CN101598825A - 高精度空心棱镜反射器装置 - Google Patents

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CN101598825A CNA200910062015XA CN200910062015A CN101598825A CN 101598825 A CN101598825 A CN 101598825A CN A200910062015X A CNA200910062015X A CN A200910062015XA CN 200910062015 A CN200910062015 A CN 200910062015A CN 101598825 A CN101598825 A CN 101598825A
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李翠霞
时文涛
吴卫敏
李道岂
胡红菊
张黎
边志远
金耀明
熊开宇
顾乐奇
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Abstract

本发明公开了一种高精度空心棱镜反射器装置，它包括玻璃平板、棱镜支座，其特征在于：三块玻璃平板相互粘接，粘结剂将三块玻璃平板粘接接成空心棱镜反射器，粘接后呈空心椎体形状，第一玻璃平板与第二玻璃平板通过光敏胶粘接，第三玻璃平板与第一玻璃平板、第二玻璃平板通过光敏胶粘接，用紫光灯照射将光敏胶固化，在三块玻璃平板的相对应的标准面为三块玻璃平板内面，棱镜支座与第三玻璃平板的标准面的背面通过环氧树脂胶粘接。本发明结构简单，使用方便，该装置质量轻、精度高、而空心棱镜反射器通过镀膜后，几乎达到99％以上的反射率。适合全波段测量。

Description

高精度空心棱镜反射器装置
技术领域
本发明涉及一种光学仪器，更具体的涉及一种高精度空心棱镜反射器装置，是实心角锥棱镜的改进品，适用于航天航空、测绘领域中特殊使用环境，如人造卫星的激光反射器、航天航空的测摆装置、弱视环境下的红外测量、实验室中各种不可见光谱的量测等。
背景技术
角锥棱镜由3个相互垂直的反射面和一个透射底面构成的四面体锥状棱镜，是一种特殊的逆向反射器。在理想情况下，入射光束经相互垂直的三个反射面相继反射后，出射光线与入射光线平行，但方向相反。当棱镜绕通过其顶点的中心线转动时，不会引起出射光线的变化，而且光线在棱镜内的光程是一个常数。因此，它在激光测距仪、干涉仪、波长计以及激光谐振腔等地方得到广泛应用。经历50多年的应用发现，实心角锥棱镜在某些特殊的应用领域中存在一些严重局限。如对不可见光波段的吸收、在人造卫星上使用质量偏重等。针对实心角锥棱镜存在的这些不足，我厂利用本厂在棱镜加工上的优势，采用“比测法”加工工艺，发明了一种可以方便安装的高精度空心棱镜反射器装置。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种高精度空心棱镜反射器装置，该装置结构简单，使用方便，质量轻，精度高，适合全波段测量。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种高精度空心棱镜反射器装置，它包括第一、第二、第三玻璃平板、第一、第二、第三玻璃平板内面、棱镜支座。其连接关系是：第一、第二、第三玻璃平板相互粘接，粘结剂(采用光敏胶)可以很方便的将第一、第二、第三玻璃平板粘接接成空心棱镜反射器。第一玻璃平板与第二玻璃平板通过光敏胶粘接，第三玻璃平板与第一玻璃平板、第二玻璃平板通过光敏胶(光敏胶材料名称是GBN-501)粘接，粘接好后用紫光灯照射将光敏胶固化(时间：10～20分钟；温度：常温下进行)，待胶完全固化后拿出靠体。这时空心棱镜反射器制作完毕。在第一、第二、第三玻璃平板的相对应的标准面为第一、第二、第三玻璃平板的内面，这三个面需要镀膜。棱镜支座与第三玻璃平板的标准面的背面通过环氧树脂胶粘接。用环氧树脂胶粘接空心棱镜反射器和空心棱镜支座。
具体粘接方式如下：首先将擦拭干净的标准靠体与玻璃平板光胶，然后将玻璃平板擦拭干净后贴在靠体上，能看到均匀的干涉条纹即可。接着在玻璃平板与玻璃平板的粘结区域涂上光敏胶，用同样的方法使玻璃平板与玻璃平板和玻璃平板相粘接，粘接成形后用紫光灯照射将光敏胶固化，待光敏胶完全固化后拿出靠体。这时空心棱镜反射器制作完毕。
一种高精度空心棱镜反射器装置，其制备步骤是：
一、φ70型空心棱镜反射器由三块玻璃平板相互粘接组成，玻璃平板切割成65×65×12mm3的长方体。玻璃平板内面通过磨制其表面粗糙度达到Ra0.008μm，以玻璃平板内面为基准磨制其背面，使每块玻璃平板的厚度为8+0.20mm，平行差为0.01mm。以玻璃平板内面为基准，磨制过程中要求与其相邻的四个侧面与玻璃平板内面相互成90°，并保证磨制后的玻璃平板长宽为60*60mm2，表面均为Ra0.008μm的要求。玻璃平板内面细磨后置入分离器中抛光。使玻璃平板内面面面形达到λ/10(λ为检测用光源波长)，光洁度达到Ra0.008μm。细磨并抛光玻璃平板内面的对面。磨制过程中保证玻璃平板内面和其相对应的背面平行度为5″，背面面形达到λ/10，光洁度达到Ra0.008μm。
将基准平面和其对面抛光好的平板重叠光胶在一起细磨侧面(重叠过程要求一块玻璃平板的基准面跟另一块玻璃平板的非基准面光胶)。以玻璃平板内面为基准，细磨抛光侧面。要求玻璃平板的四个侧面彼此的夹角为90°±4″(89°59′56″——90°4″)且都与玻璃平板成90°±4″(89°59′56″——90°4″)。
二、滚圆。根据用户需求，空心棱镜反射器外径大小可做调整。如对φ70型空心反射器，车外圆时要求外圆直径为φ70mm。
三、用光敏胶可以很方便的将三块玻璃平板粘接接成空心棱镜反射器。粘接方式如图2所示。玻璃平板与玻璃平板通过光敏胶粘接，玻璃平板与玻璃平板、玻璃平板2通过光敏胶粘接，粘接区域如图2所示。
四、空心棱镜反射器装置制作过程中要求保证每个玻璃平板的基准面及基准面的背面的面形精度为λ/10，玻璃平板之间的直角精度为90°±4″(89°59′56″——90°4″)，由此可达到的空心棱镜综合角精度为180°±20″(179°59′40″——180°20″)。
五、三块玻璃平板标准面，即玻璃平板内面处镀多层反射膜，要求反射率达到99％以上。镀膜采用真空蒸发技术，镀膜材料可以根据用户要求镀金、银或者铝等金属材料。
六、空心棱镜反射器与空心棱镜支座通过粘结剂相粘接。如图5所示，玻璃平板内面的背面(即玻璃平板内面的背面)与棱镜支座(即空心棱镜支座)通过粘结剂相粘接，粘接区域如图5所示。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
重量轻。以φ70角锥棱镜为例，空心棱镜的重量为130g，而实心角锥棱镜的重量为250g。
反射率高。因光线经过任何材料都会有一定的吸收率，因此实心角锥棱镜反射器难以达到高反射率。而空心棱镜反射器通过镀膜后，几乎可达到99％以上的反射率。
适合全波段。对普通光学材料而言，实心角锥棱镜对红外和紫外光谱段光线具有较高的吸收损耗，所以普通材料的角锥棱镜不能应用在不可见光谱设备中。而空心棱镜因为直接利用内表面反射，辅以适当材质的反射膜，对任意波长都可以提供很高的反射率。
附图说明
图1为一种高精度空心棱镜反射器装置主视图
图2为玻璃板粘接示意图
图3为空心棱镜反射器透视图
图4为空心棱镜支座示意图
图5空心棱镜支座与空心棱镜反射器粘接示意图
其中，1、2、3为玻璃平板，1A、2A、3A为玻璃平板内面，即标准面，4为棱镜支座。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：
一种高精度空心棱镜反射器装置，它包括第一、第二、第三玻璃平板1、2、3、第一、第二、第三玻璃平板内面1A、2A、3A、棱镜支座4。其连接关系是：第一、第二、第三玻璃平板1、2、3相互粘接，粘结剂(采用光敏胶)可以很方便的将第一、第二、第三玻璃平板1、2、3粘接接成空心棱镜反射器。第一玻璃平板1与第二玻璃平板2通过光敏胶粘接，第三玻璃平板3与第一玻璃平板1、第二玻璃平板2通过光敏胶(光敏胶材料名称是GBN-501)粘接，粘接好后用紫光灯照射将光敏胶固化(时间：10～20分钟；温度：常温下进行)，待胶完全固化后拿出靠体。这时空心棱镜反射器制作完毕。在第一、第二、第三玻璃平板1、2、3的相对应的标准面为第一、第二、第三玻璃平板内面1A、2A、3A，第一、第二、第三玻璃平板内面1A、2A、3A需要镀膜。棱镜支座4与第三玻璃平板3的第三玻璃平板内面3A的背面通过环氧树脂胶粘接。所述的第一、第二、第三玻璃平板1、2、3切割成65×65×12mm3的长方体，第一、第二、第三玻璃平板内面1A、2A、3A通过磨制其表面度达到Ra0.008μm，第一、第二、第三玻璃平板内面1A、2A、3A为基准磨制其背面，第一、第二、第三玻璃平板内面1A、2A、3A的厚度为8+0.20mm，第一、第二、第三玻璃平板1、2、3的四个侧面与第一、第二、第三玻璃平板内面1A、2A、3A相互成90°。所述的第一、第二、第三玻璃平板1、2、3的四个侧面彼此的夹角为90°与第一、第二、第三玻璃平板内面1A、2A、3A成90°。磨制完毕后的上述三块65×65×12mm3的长方体粘接成空心棱镜形状滚圆。
一种高精度空心棱镜反射器装置，其制备步骤是：
1.选择玻璃材质，制作三块达到面形精度要求的第一、第二、第三玻璃平板1、2、3。这个过程包括三大工序：下料、粗磨成型、细磨抛光。具体实施过程如上所述。
2.上步加工的第一、第二、第三玻璃平板1、2、3粘接成整体，为滚圆做准备。将经过精修并达到面形精度要求的第一、第二、第三玻璃平板1、2、3按照图2所示方式用蜂蜡粘接成空心椎体形状，粘接过程需要一个φ72mm的实心椎体棱镜做套体。制作步骤为：首先将第一玻璃平板1贴在套体的任一抛光平面上；接着将第二玻璃平板2贴着套体另外一个抛光面用蜂蜡跟第一玻璃平板1粘接，粘接区域如图2所示；随后将第三玻璃平板3贴着套体最后一个抛光面跟第一玻璃平板1和第二玻璃平板2用蜂蜡粘接，粘接区域如图2所示。这时第一、第二、第三玻璃平板1、2、3和φ72mm的套体粘接成一个整体，为下步滚圆做准备。
3.对第2步粘接成整体的空心棱镜滚圆。上一步φ72mm的套体与第一、第二、第三玻璃平板1、2、3粘接一起后成实心椎体棱镜形状，便于滚圆。对于φ70型空心棱镜反射器，要求滚圆后的外径为φ70mm。
4.脱胶，加热分离玻璃平板(一般温度是60°左右，温度可以将蜂蜡软化即可)。第3步滚圆后，需要将玻璃平板分开重新粘接成保证彼此90°的空心棱镜。由于第2步中，是由蜂蜡将第一、第二、第三玻璃平板1、2、3粘接在一起的，所以加热能软化蜂蜡，很容易的将第2步形成的整体分离开来。完成这一步后，第一、第二、第三玻璃平板1、2、3外形加工完毕。
5.控制直角精度，粘接第一、第二、第三玻璃平板1、2、3。将第4步分开的第一、第二、第三玻璃平板1、2、3用光敏胶粘接成空心椎体形状，粘接过程跟第2步相似，粘接中需要一个φ60mm综合角误差为1″的高精度实心椎体棱镜做为靠体。制作过程为：首先将擦拭干净标准靠体与第一玻璃平板1光胶；然后将第二玻璃平板2擦拭干净后贴在靠体上，能看到均匀的干涉条纹即可；接着在第一玻璃平板1与第二玻璃平板2的粘结处(参考图2所示阴影部分)涂上光敏胶；用同样的方法使第三玻璃平板3与第一玻璃平板1和第二玻璃平板2相粘接(粘接区域参考图2所示)；用紫光灯照射将光敏胶固化；等光敏胶完全固化后拿出靠体。空心棱镜反射器雏形制作完毕。
6.对第5步制作的空心棱镜反射器雏形镀膜，形成有效反射面。这时空心棱镜反射器制作完毕。
7.选择配套金属材质，加工空心棱镜支座。空心棱镜支座示意图如图4所示。
8.用环氧树脂胶粘接空心棱镜反射器和空心棱镜支座。粘接区域如图5所示，空心棱镜支座与第三玻璃平板内面3A标准面的背面相粘接。最终高精度空心棱镜装置制作完毕。如图1所示。

Claims (6)

1、一种高精度空心棱镜反射器装置，它包括玻璃平板(1、2、3)、棱镜支座(4)，其特征在于：第一、第二、第三玻璃平板(1、2、3)相互粘接，粘结剂将第一、第二、第三玻璃平板(1、2、3)粘接接成空心棱镜反射器，粘接后呈空心椎体形状，第一玻璃平板(1)与第二玻璃平板(2)通过粘结剂粘接，第三玻璃平板(3)与第一玻璃平板(1)和第二玻璃平板(2)通过粘结剂粘接，在第一、第二、第三玻璃平板(1、2、3)的相对应的标准面为第一、第二、第三玻璃平板内面(1A、2A、3A)，棱镜支座(4)与第三玻璃平板内面(3A)的背面通过环氧树脂胶粘接，用环氧树脂胶粘接空心棱镜反射器和空心棱镜支座(4)。
2、根据权利要求1所述的一种高精度空心棱镜反射器装置，其特征在于：所述的粘结剂采用光敏胶。
3、根据权利要求1所述的一种高精度空心棱镜反射器装置，其特征在于：所述的第一玻璃平板(1)贴在套体的抛光平面上，第二玻璃平板(2)贴着套体另外一个抛光面用蜂蜡跟第一玻璃平板(1)粘接，第三玻璃平板(3)贴着套体一个抛光面跟第一玻璃平板(1)和第二玻璃平板(2)用蜂蜡粘接，套体与第一、第二、第三玻璃平板(1、2、3)粘接成实心椎体棱镜形状。
4、根据权利要求1所述的一种高精度空心棱镜反射器装置，其特征在于：所述的第一、第二、第三玻璃平板(1、2、3)切割成长方体，第一、第二、第三玻璃平板内面(1A、2A、3A)通过磨制其表面达到Ra0.008μm，第一、第二、第三玻璃平板内面(1A、2A、3A)为基准磨制其背面，第一、第二、第三玻璃平板(1、2、3)的厚度为8+0.20mm。
5、根据权利要求4所述的一种高精度空心棱镜反射器装置，其特征在于：所述的第一、第二、第三玻璃平板(1、2、3)的四个侧面与第一、第二、第三玻璃平板内面(1A、2A、3A)相互成90°，第一、第二、第三玻璃平板(1、2、3)的四个侧面彼此的夹角为90°与第一、第二、第三玻璃平板内面(1A、2A、3A)成90°。
6、根据权利要求5所述的一种高精度空心棱镜反射器装置，其特征在于：入射光线经1A、2A、3A面反射后，出射光线与入射光线的夹角为180°±20″。
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