光學(xué)型輪廓儀精準(zhǔn)測(cè)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(xué)元件，其曲率在不同方向上不均勻變化，與傳統(tǒng)的球面形狀不同，在衍射非球面上，光線通過(guò)非球面的表面時(shí)會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，這種衍射會(huì)使得光線的波前形狀被改變，從而實(shí)現(xiàn)特定的光學(xué)功能，提高成像質(zhì)量和性能。

衍射光學(xué)元件是以光的衍射效應(yīng)為基本工作原理，通過(guò)表面微浮雕結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)制入射波面，從而得到所希望的波面。為了實(shí)現(xiàn)更豐富的光學(xué)功能，增加光學(xué)設(shè)計(jì)自由度，通常把衍射元件的微結(jié)構(gòu)疊加在非球面的基底上。

在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件 CODE V 中，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱衍射面表示為：

式中：n1、n2 分別是衍射面之前的介質(zhì)折射率和衍射面之后的介質(zhì)折射率；λ0為等效設(shè)計(jì)波長(zhǎng)；c1、c2、c3 分別是衍射面2、4、6 次相位系數(shù)；HOR為衍射級(jí)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(jié)構(gòu)特征，其光學(xué)設(shè)計(jì)含義如下圖所示。衍射光學(xué)元件是將連續(xù)折射 面形折疊為衍射結(jié)構(gòu)，在達(dá)到相同光學(xué)性能的條件下，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化及輕量化。

衍射非球面廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括光學(xué)鏡頭、顯微鏡、攝影鏡頭、激光光束整形、天文望遠(yuǎn)鏡等，它們?cè)诳茖W(xué)研究、醫(yī)療診斷、工業(yè)檢測(cè)、通信傳輸?shù)阮I(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)精確的光學(xué)設(shè)計(jì)和加工工藝，衍射非球面鏡片可以實(shí)現(xiàn)更廣闊的視場(chǎng)、更高的分辨率和更好的像差控制。

在光學(xué)領(lǐng)域，衍射非球面鏡片的測(cè)量一直是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，主要有以下難點(diǎn)：

1. 測(cè)量精度要求高：非接觸式測(cè)量方法通常無(wú)法像接觸式測(cè)量那樣直接獲取精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量過(guò)程中任何微小的誤差都可能影響到最終的光學(xué)效果；
2. 測(cè)量環(huán)境要求嚴(yán)格：由于衍射非球面零件的尺寸和形狀復(fù)雜，在測(cè)量過(guò)程中需要保持一定的環(huán)境條件，如噪音、震動(dòng)、溫度等；
3. 測(cè)量范圍要求廣：衍射非球面的測(cè)量范圍需要覆蓋其整個(gè)表面，包括各種曲率和尺寸，這需要測(cè)量設(shè)備具有足夠的測(cè)量范圍和精度；
4. 數(shù)據(jù)處理難度大：測(cè)量得到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行復(fù)雜的處理和分析，以獲得準(zhǔn)確的表面形狀和尺寸信息，這需要具備相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技能和經(jīng)驗(yàn)。

以往國(guó)內(nèi)能夠檢測(cè)高精度衍射非球面鏡片參數(shù)的專業(yè)測(cè)量設(shè)備基本依賴進(jìn)口，為了滿足市場(chǎng)對(duì)衍射非球面測(cè)量的需求，中圖儀器SJ5900光學(xué)型輪廓儀新增衍射非球面測(cè)量功能，為衍射非球面鏡片高質(zhì)量生產(chǎn)保駕護(hù)航。

SJ5900光學(xué)型輪廓儀

SJ5900光學(xué)型輪廓儀解決方案：

1. 高精度接觸式測(cè)量：采用超高精度納米衍射光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，儀器精度達(dá)到國(guó)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(guò)測(cè)針接觸鏡片掃描實(shí)現(xiàn)高精度的衍射非球面測(cè)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(tǒng)隔絕環(huán)境振動(dòng)；
3. 測(cè)量范圍：X行程最大可達(dá)200mm，測(cè)針掃描高度最大可達(dá)24mm，基本覆蓋大多數(shù)非球面有效口徑范圍；
4. 定制個(gè)性化方案：可提供個(gè)性化定制服務(wù)，根據(jù)用戶的特定需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整，以滿足用戶的獨(dú)特要求和應(yīng)用。
5. 智能軟件系統(tǒng)：
6. 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并提供詳盡的數(shù)據(jù)分析和報(bào)告，操作簡(jiǎn)便。用于廠家生產(chǎn)設(shè)備的修正

2）準(zhǔn)確分析衍射區(qū)臺(tái)階參數(shù)（寬度、高度）

3）智能顯示理論曲線與實(shí)測(cè)曲線對(duì)比圖（原始輪廓曲線、形狀誤差曲線）

4）針對(duì)每一個(gè)衍射區(qū)計(jì)算出帶有公差的參數(shù)：角度，高度，形狀誤差，pt等

測(cè)量示例

衍射面測(cè)量

衍射面分析

掃描原始圖

實(shí)測(cè)曲線與理論曲線形狀誤差結(jié)果對(duì)比

形狀誤差結(jié)果

衍射形狀誤差結(jié)果

衍射面測(cè)量報(bào)告：可定制個(gè)性化測(cè)量報(bào)告，數(shù)據(jù)導(dǎo)出用于生產(chǎn)設(shè)備修正。

不論是光學(xué)系統(tǒng)制造、激光設(shè)備領(lǐng)域還是科學(xué)研究，SJ5900光學(xué)型輪廓儀都是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)、提升生產(chǎn)效率的利器。