白光干涉儀測量光學鏡片的表面粗糙度、面形PV值、曲率半徑案例分享

隨著科學技術的發展，光學鏡片廣泛應用于人們的日常生活。提高光學鏡片的產品質量與性能對提升現代光學產業的競爭力起著至關重要的作用，而要提高光學鏡片的產品質量與性能，不僅要依靠先進的加工技術，更離不開精密檢測技術。表面粗糙度、面形、曲率半徑等參數是影響光學鏡片品控與性能的重要因素，選擇一種精度高、速度快、操作簡便的檢測方法，能夠幫助降低光學鏡片的報廢率，進一步提升光學鏡片產業的競爭力與核心技術。

一、光學鏡片的分類：

按照鏡片的形狀，可分為球面鏡片和非球面鏡片兩大類。

1、球面鏡片是指一面是球面、另外一面是平面，或者是內外兩面都為球面的鏡片。球面鏡一般分為凹面鏡和凸面鏡。球面鏡片會有像差的現象發生，因此，能減少、補足、矯正像差和畸變的非球面鏡片應運而生。

2、非球面鏡片是由多像高次方程決定面形上各點的半徑均不相同的鏡片，鏡片表面的曲率不是完全圓形的。這種鏡片在光學系統中可以通過校正多種像差來提高成像質量，擴大視場和提高光學系統的性能，從而提高光學系統的鑒別能力。一個或者幾個非球面鏡片可以替代很多個球面鏡片，以此來降低產品制作成本，簡化產品制作流程和結構，并在一定程度上降低光學產品的重量。目前非球面已經漸漸成為光學產品中應用最廣泛的光學元件之一。

• 非球面技術一般應用于高端攝像頭、天文望遠鏡、精密顯微鏡、光學測量儀器等光學儀器中，使其成像更加清晰、準確。
• 在半導體激光器和光纖通信領域中，非球面技術可以提高光束的聚焦和耦合效率，提高設備的性能和穩定性。
• 在醫療器械領域中，非球面透鏡可以實現激光束的精確定位和聚焦，提高激光手術的準確性和安全性；還可以應用于人工晶體、眼鏡鏡片等醫療器械制造中，提高視力矯正的效果和舒適度。
• 在航天航空領域中，非球面透鏡可以提高衛星、望遠鏡等空間光學設備的成像精度和穩定性，適應極端的空間環境。在飛機、導彈等航空器件中，非球面技術還可以提高光學導引系統的性能，提高導航和制導的準確性。

二、光學鏡片的精密測量需求：

表面粗糙度是指表面具有較小間距和微小谷峰的不平度。表面粗糙度越小，則表示物體表面越光滑。Sa是指取樣面積內“所有波峰波谷的輪廓偏距絕對值的算術平均值”。

面形是指光學鏡片表面的形狀和曲率。不同的面形會對光線的傳播和聚焦產生不同的影響。在光學領域中，光學表面面形質量的指標一般為PV值，也叫峰谷值，一般表示透鏡的實際表面與理想球面之間的偏差，是一種較為全面的表面誤差指標。一般來說，PV值越小，表示物體表面越平整，加工質量越高。

曲率半徑指的是光學鏡片的頂點與曲率中心之間的距離，是光學元件研發和生產的一個重要參數。通過曲率半徑的精密測量，可以確定光線穿過鏡片時的光學路徑長度，以此幫助研發、生產與品控監測各個階段的參數需求。

為了達到光學鏡片預期的精度標準，在光學鏡片的加工過程中會進行多次精密測量與修形，檢測是否符合產品質量標準，通過多次迭代磨削、研磨、拋光等手法，提高光學鏡片的產品精度、質量與性能。因此，精密測量是光學鏡片產品研發、生產、制造中不可缺失的一步。

（1）超光滑加工元件：

在精密光學領域，一般把Ra值＜0.3nm的元件稱為超光滑（超滑）元件。在光學系統中，超光滑加工元件憑借極低的表面粗糙度和無損表面的特點，有效減少光的散射。

下面是超光滑透鏡的表面粗糙度的測量案例：

（2）微透鏡：

微透鏡是一種常見的微型光學元件，在光學系統中用于聚、發散光輻射。微透鏡陣列是由多個微透鏡組成的陣列結構，不單單具備傳統透鏡的聚焦、成像等基本功能，還有著集成度高、單元尺寸小的優點。這種結構可以實現對光線的高效控制和處理，廣泛應用于光學通信、光學成像、激光加工等領域。

下面是微透鏡矩陣的表面粗糙度、曲率半徑、面形PV值的測量案例：

（3）菲涅爾透鏡：

菲涅爾透鏡，也被稱為螺紋透鏡，其鏡片表面上，一面是光滑的，另一面則刻有一系列由小到大的同心圓。這種同心圓紋理是根據光的干涉、擾射、相對靈敏度以及接收角度的要求而設計的。

菲涅爾透鏡的應用非常廣泛，常被應用于精密光學、高分子材料、機械加工、航空航海、紅外探測、智能電子產品、聚光聚能、新能源光伏等領域。

下面是菲涅爾透鏡曲率半徑、面形PV值測量案例：

（4）柱面鏡：

柱面鏡是一種特殊的非球面透鏡，具有改變成像尺寸大小等特殊的光學性能，可以有效減小色差與球差，廣泛應用于各種光學產品之中。隨著科學技術的發展，對柱面鏡零件的要求也越來越高，此時精密測量技術就起到了關鍵作用。

下面是柱面鏡的曲率半徑、面形PV值的測量案例：

（5）凹面鏡、凸面鏡：

凹面鏡是指用球面的內側做反射面的球面鏡，凸面鏡是指用球面的外側做反射面的球面鏡。凹面鏡對光線起到匯聚作用，常應用于衛星天線、雷達、燈具、望遠鏡等產品；凸面鏡對光線起到發散作用，常應用于需要擴大視野的產品中，如轉彎鏡、廣角鏡等。

下面是凹面鏡表面粗糙度、面形PV值測量案例：