基于数字干涉仪的平行光管分划板安装方法

Instalation M ethod of Collimator Reticle Based on Digital InterferometerCAO Zhi-rui.WU Guo-dongrChangchun Institute ofOptics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy ofSciences，Changchun 130033，ChinaJAbstract：In order to improve installation accuracy of collimator reticle.an installation method based on dig。

ital interferometer is proposed.Principles and implementation processes of the method are introduced.Installa-tion accuracy of this and existed methods are analyzed an d calculated based on a collimator with 800 mm aper。

ture and 20 m focal length.The results show that installation accuracy of this method for any reticle is better than0.07 mm.which is much higher than that of existed methods。

Kev words：collimator；reticle installation；digital interferometer平行光管是光学实验室最常用的设备之-，可以产生平行光束，模拟无穷远的观测 目标。通过在平行光管的焦面位置精确安装不同的分划板 ，平行光管可用于光学系统的像质检测、光学参数测量和无穷远焦面位置的精确标定等工作，平行光管分划板的安装精度直接影响到光学系统的检测精度和标定精度。

安装平行光管分划板的已有方法主要是 自准直法和五棱镜法。这两种方法存在共同缺点：(1)由自准直法和五棱镜法的实施细节和实际工作经验可知，这两种安装方法所适用的分划板类型是极其有限的，其适用对象主要为十字丝或波罗板等易于对准的目标，当所安装的分划板是其他类型不易对准收稿日期：2013-04-18作者简介：曹智睿(1983-)，男，硕士，助理研究员，主要从事光学检测工作的目标时，安装精度降低甚至无法直接安装，此时需要通过十字丝或波罗板确定平行光管的焦面位置，再将要安装的分划板复位至该焦面位置，而这-复位过程操作复杂并且容易引入较大的误差；(2)这两种方法均以目视观察为准，其极限安装精度受到人眼对准误差 、平行光管焦距 、平行光管口径、系统视放大率等诸多因素的限制，而实际安装精度则容易受到操作人员主观因素的影响，安装效果不稳定。

由于这些缺点的存在，通过自准直法和五棱镜法安装的分划板安装精度较低，因此通常要求平行光管的焦距为被测光学系统焦距的3～5倍 ，其中-个主要的 目的就是为了降低分划板安装误差带来 的影响第 3期 曹智睿等：基于数字干涉仪的平行光管分划板安装方法 51 安装原理及实施过程平行光管在使用之前需要对其波像差进行测试，确认成像质量合格后，再标定出平行光管的焦面位置并在该位置安装所需的分划板，分划板安装的具体流程如图1所示。

1.1 平行光管焦面位置标定图 1分划板安装流程图平行光管波像差测试光路如图2所示，在平行光管波像差的测试过程中，应尽量调整数字干涉仪，使平行光管离焦量为零，此时数字干涉仪标准球面镜的球心刚好位于平行光管的焦面位置，这个调整过程就是平行光管焦面位置的标定过程。

2 41-标准平面镜 2-平行光管物镜3-平行光管焦面 4-数字干涉仪图2 平行光管波像差测试光路平行光管离焦量的大猩以通过系统波像差的Zenike拟合结果判断。在平行光管波像差的测试过程中，系统波像差的Zenike拟合结果中包含了系统固有像差和干涉仪调整所引入的像差”。干涉仪调整所引入的像差”包括波像差 方向倾斜量、波像差Y方向倾斜量和波像差z方向离焦量分量，其中波像差Z方向离焦量分量 对应于Zenike拟合多项式的第四项系数。由波像差和几何像差的关系推算，因干涉仪调整而引入的平行光管离焦量6与波像差z方向离焦量分量 的对应关系如下 8wpF (1)式中，F为平行光管相对孔径的倒数。

在平行光管的焦面标定工作中，通常不需要调整离焦量 绝对为零 ，而只要求 小于某-阈值即可，此时 即为平行光管焦面位置的标定误差。该标定误差应与安装过程中可能引入的其他误差综合考虑，使该标定误差能够满足分划板安装精度的指标要求。

1.2 平行光管分划板的安装在平行光管的焦面位置确定之后，将分划板插入到自准直测试光路中，调整分划板没有分划线的平面(下文称分划板背面)与干涉仪形成自准直干涉光路 ，并产生干涉条纹。当分划板背面与平行光管的焦面平行但具有-定的离焦量时，干涉条纹弯曲，如图3a所示；当分划板正面与平行光管的焦面重合时，干涉条纹笔直，如图3b所示。

观察干涉条纹 ，调整分划板没有分划线的平面第3期 曹智睿等：基于数字干涉仪的平行光管分划板安装方法 7△ 砰0.290 (2)式中， 为人眼的对准误差；F为平行光管与高斯 目镜组成的直望远镜的视放大率；D为平行光管的通光口径；D 为眼瞳直径；，为平行光管焦距。计算时 ，取 0.5，D 800 film，D 2 mm，，-20 000ITITI。由于实验室常用的高斯目镜焦距为44 miTl，取厂454.55，此时 △0.37 mm。

采用五棱镜法安装分划板时，其极 限安装精度为△- × (3)式中， 为人眼的对准误差；F为接收五棱镜出射光束的前置镜(望远系统)的视放大率；D为平行光管的通光孔径；D 为五棱镜通光孔径；厂为平行光管焦距。计算时，取 0.5，D800 ITITI，厂20 000mm。f1于实验室常用的五棱镜通光孑L径均大于25mm，此处取 D 25 mm，实验室常用的前置镜(望远系统)视放大率有限，通常均不超过几十倍 ，此处取厂100，汁算得 △0.75 IFITI。若选取的五棱镜通光孑L径大于 25 miq，前置镜 (望远 系统 )视放大率小于100倍，则 △取值更大，即极限安装精度更低。

在实际r作中，自准直法和五棱镜法对任意分划板的安装精度远小于上述极限安装精度。

3 实践工作标定精度要求达到 ±0.025 mfl。标定T作选用口径为800 mlYl，焦距为20 m的平行光管，在平行光管的像质得到确认后 ，需要安装该平行光管的分划板。

安装 f 作具体实施步骤如下：(1)确定分划板安装精度：平行光管分划板的安装精度应优于 ±0.27 mm。

(2)选择安装方法：南上文的分析计算已知，自准直法和五棱镜法均无法满足口径为800 mm，焦距为20 m的平行光管的分划板安装精度要求，因此分划板的安装工作采用基于数字干涉仪的平行光管分划板安装方法。

(4)选择安装设备：安装所需的主要设备包括4D动态干涉仪、干涉仪调整T装、分划板(厚度不均匀性 ±0.01 mm)、平行光管焦面调整机构(定位精度 ±0.005 mm)。

(5)确定平行光管焦面定位精度：由上文的精度分析可知，要实现±0.27 mm的最终安装精度，平行光管焦面定位精度应优于±0.25 mm，此时波像差z方向离焦量分量 应控制在±0. 之内。

4 结 论基于数字干涉仪的平行光管分划板安装方法是- 种新型的高效率高精度的分划板安装方法，该方法可以对任意分划板直接安装，且安装效果稳定 。

以口径为800 miTl，焦距为20 ITI的平行光管为例，该方法对任意分划板的安装精度优于0.07 mm，远高于自准直法和五棱镜法的安装精度。应用该方法安装平行光管的分划板，既增加了光学系统的检测和标定精度，同时也降低了平行光管的焦距和被测光学系统焦距之间的倍率要求。