光學型輪廓儀精準測量衍射非球面的新利器

衍射非球面是一種特殊形狀的光學元件，其曲率在不同方向上不均勻變化，與傳統的球面形狀不同，在衍射非球面上，光線通過非球面的表面時會發生衍射現象，這種衍射會使得光線的波前形狀被改變，從而實現特定的光學功能，提高成像質量和性能。

衍射光學元件是以光的衍射效應為基本工作原理，通過表面微浮雕結構來調制入射波面，從而得到所希望的波面。為了實現更豐富的光學功能，增加光學設計自由度，通常把衍射元件的微結構疊加在非球面的基底上。

在光學設計軟件 CODE V 中，旋轉對稱衍射面表示為：

式中：n1、n2 分別是衍射面之前的介質折射率和衍射面之后的介質折射率；λ0為等效設計波長；c1、c2、c3 分別是衍射面2、4、6 次相位系數；HOR為衍射級次。從公式中可以看出，衍射面方程涵蓋了非球面基底以及衍射微結構特征，其光學設計含義如下圖所示。衍射光學元件是將連續折射 面形折疊為衍射結構，在達到相同光學性能的條件下，實現光學系統的小型化及輕量化。

衍射非球面廣泛應用于各個領域，包括光學鏡頭、顯微鏡、攝影鏡頭、激光光束整形、天文望遠鏡等，它們在科學研究、醫療診斷、工業檢測、通信傳輸等領域中發揮著重要作用。通過精確的光學設計和加工工藝，衍射非球面鏡片可以實現更廣闊的視場、更高的分辨率和更好的像差控制。

在光學領域，衍射非球面鏡片的測量一直是一項具有挑戰性的任務，主要有以下難點：

1. 測量精度要求高：非接觸式測量方法通常無法像接觸式測量那樣直接獲取精確的測量數據，測量過程中任何微小的誤差都可能影響到最終的光學效果；
2. 測量環境要求嚴格：由于衍射非球面零件的尺寸和形狀復雜，在測量過程中需要保持一定的環境條件，如噪音、震動、溫度等；
3. 測量范圍要求廣：衍射非球面的測量范圍需要覆蓋其整個表面，包括各種曲率和尺寸，這需要測量設備具有足夠的測量范圍和精度；
4. 數據處理難度大：測量得到的數據需要進行復雜的處理和分析，以獲得準確的表面形狀和尺寸信息，這需要具備相應的數據處理技能和經驗。

以往國內能夠檢測高精度衍射非球面鏡片參數的專業測量設備基本依賴進口，為了滿足市場對衍射非球面測量的需求，中圖儀器SJ5900光學型輪廓儀新增衍射非球面測量功能，為衍射非球面鏡片高質量生產保駕護航。

SJ5900光學型輪廓儀

SJ5900光學型輪廓儀解決方案：

1. 高精度接觸式測量：采用超高精度納米衍射光學測量系統，儀器精度達到國際高端水平（儀器直線度≤0.25μm/200mm，大范圍形貌微觀輪廓Pt≤0.3μm），通過測針接觸鏡片掃描實現高精度的衍射非球面測量；
2. 一體封閉式：一體封閉式外觀減少外界噪聲，氣浮減震系統隔絕環境振動；
3. 測量范圍：X行程最大可達200mm，測針掃描高度最大可達24mm，基本覆蓋大多數非球面有效口徑范圍；
4. 定制個性化方案：可提供個性化定制服務，根據用戶的特定需求進行設計和調整，以滿足用戶的獨特要求和應用。
5. 智能軟件系統：
6. 強大的數據處理系統，能夠對測量數據進行實時處理，并提供詳盡的數據分析和報告，操作簡便。用于廠家生產設備的修正

2）準確分析衍射區臺階參數（寬度、高度）

3）智能顯示理論曲線與實測曲線對比圖（原始輪廓曲線、形狀誤差曲線）

4）針對每一個衍射區計算出帶有公差的參數：角度，高度，形狀誤差，pt等

測量示例

衍射面測量

衍射面分析

掃描原始圖

實測曲線與理論曲線形狀誤差結果對比

形狀誤差結果

衍射形狀誤差結果

衍射面測量報告：可定制個性化測量報告，數據導出用于生產設備修正。

不論是光學系統制造、激光設備領域還是科學研究，SJ5900光學型輪廓儀都是實現高質量生產、提升生產效率的利器。