光學(xué)鏡頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配工藝

眾所周知，對(duì)于高檔鏡頭來說，光學(xué)設(shè)計(jì)固然很重要，但是如何把一個(gè)好的光學(xué)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，才是最關(guān)鍵的。然而鏡頭(尤其是高檔鏡頭)是如何制造，裝配和檢測的?本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，以一個(gè)中倍顯微物鏡為例，簡單地談一下鏡片的光學(xué)冷加工，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配工藝。

　　光學(xué)冷加工： 很多沒進(jìn)過光學(xué)冷加工車間的朋友對(duì)光學(xué)透鏡的加工技術(shù)很好奇，其實(shí)光學(xué)冷加工就是把像石頭一樣形狀的光學(xué)玻璃原料，進(jìn)行切割，粗磨，精磨，拋光，磨邊，鍍膜，膠合等一整套工藝，最終得到圖紙要求精度的光學(xué)透鏡。

　　具體的光學(xué)冷加工工藝在這里就不詳細(xì)說了，此處重點(diǎn)說一下目前國內(nèi)光學(xué)透鏡的一般加工精度：

　　1.外徑公差-0.02~0左右;

　　2.中心厚度公差：±0.02左右;

　　3.偏心：2′左右;

　　4.光圈：3左右;

　　5.局部光圈：0.3左右;

　　6.鍍?cè)鐾改ず蟮姆瓷渎剩盒∮?.5%左右。

　　注：光學(xué)透鏡的標(biāo)注是需要進(jìn)行嚴(yán)格的公差分析的，此處給出的是一般的加工精度，只作為參考。另外，需要注意的是，公差標(biāo)注的越緊，加工難度就越大，車間的報(bào)廢率就會(huì)越高，對(duì)于需要考慮成本的鏡頭來說，這個(gè)是需要結(jié)合公差分析的結(jié)果，仔細(xì)權(quán)衡的。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1.參照該裝配圖，改鏡頭主要分為前組，中一組，前壓帽，中二組，后組，隔圈，鏡體，物鏡殼，壓圈，彈簧，后光欄等幾個(gè)零件。

　　2.本設(shè)計(jì)共有5片透鏡，第一片透鏡固定在前組里，第二片和第三片透鏡膠合在一起，固定在中一組里，第四片透鏡固定在中二組里，第五片透鏡固定在后組里。

　　3.前組，中一組，中二組，后組，隔圈是放在鏡體里面的，然后用壓圈壓住，而鏡體的外面旋有物鏡殼和前壓帽。鏡體和物鏡殼之間裝有彈簧(保護(hù)樣品)，后光欄旋在物鏡殼內(nèi)。

　　4. 肯定有人要問：為什么要把鏡片固定在前組，中一組，中二組和后組里，而不是直接放在鏡體里?那是因?yàn)?，采用前者的方式，可以得到更高的同軸精度，它是采用光學(xué)中心儀，先確定前組機(jī)械軸(對(duì)前組的機(jī)械加工要求很高，需要“一刀切”)，然后移動(dòng)透鏡，使得透鏡的光軸與前組機(jī)械軸共軸，再點(diǎn)膠，曝光，固定。

　　5.前組，中一組，后組和鏡體的配合間隙越小越好，前組，中一組，后組外徑公差和鏡體內(nèi)徑公差可以標(biāo)注在5um左右。

　　6.中二組和鏡體的間隙大概有0.1到0.2左右，目的是留有調(diào)節(jié)彗差的余量。

　　7.前組，中一組，中二組，后組，隔圈內(nèi)部車有螺紋(遮光絲)，目的是減少雜散光。

　　裝配工藝

　　對(duì)于該鏡頭來說，裝配鏡頭的過程就是調(diào)節(jié)像差(球差，彗差，象散，場曲，畸變，兩種色差)的過程，此處主要介紹工廠里常用的“星點(diǎn)法”。

　　星點(diǎn)法是用透射光照在一個(gè)鍍有鋁膜的玻璃板上(鋁膜很薄，有些部分會(huì)透光)，產(chǎn)生衍射斑，然后通過帶有需要調(diào)校鏡頭的顯微系統(tǒng)觀察。理論上，如果該鏡頭沒有像差，那么在目鏡視野里看到的衍射斑點(diǎn)都應(yīng)該是艾里斑加幾個(gè)很細(xì)的圓環(huán)，所以調(diào)校鏡頭的過程是一邊觀察衍射斑形狀一邊改變鏡頭參數(shù)的實(shí)時(shí)過程。對(duì)于擁有豐富調(diào)校鏡頭經(jīng)驗(yàn)的老師傅來說，他們一眼就可以看出來鏡頭存在哪一種像差，該如何調(diào)校。對(duì)于剛?cè)腴T的新手來說，這個(gè)是相當(dāng)困難的。

　　下面對(duì)衍射斑的形狀和各種像差的對(duì)應(yīng)做一個(gè)小結(jié)：

　　1.球差：艾里斑亮度占整個(gè)衍射斑的的亮度比例不對(duì)(理論上是84%)或者衍射環(huán)太粗;一般的解決方法是通過車削鏡座或者在鏡座之間加墊片來改變空氣間隔(需要用軟件模擬各個(gè)空氣間隔的敏感程度，再?zèng)Q定在鏡頭的什么位置進(jìn)行變動(dòng));

　　2. 彗差：顧名思義，就是衍射斑像彗星尾巴的形狀;一般的解決方法是調(diào)整同軸度，上面提到的“中二組和鏡體的間隙大概有0.1到0.2左右”正是這個(gè)目的，另外，需要注意的是，鏡頭剛裝配好，彗差往往是最明顯的，所以一般都是調(diào)整同軸度，校正彗差，然后再觀察其他幾種像差。

　　3.象散：需要旋轉(zhuǎn)鏡頭觀察，一般通過更換玻璃來改善(象散難以調(diào)節(jié)的鏡頭往往是鏡頭里面某些玻璃的面型超差);

　　4.場曲：離焦觀察中心視野與邊緣視野的斑點(diǎn)情況;

　　5.畸變：衍射斑點(diǎn)形狀不規(guī)則，如果不是設(shè)計(jì)本身的問題，此種異常往往也是需要從透鏡的面型下手。