光机结构分析丨理解面型（二）
3、从光学镜面加工角度理解面型面型是光学镜片加工精度的重要指标之一，简单来说就是镜面表面的平整度，一般提到镜片加工面型指的是镜片表面粗糙度（镜面表面的抛光程度）。我国早期，将表面缺陷（划痕、麻点等）与微观不平度通称为表面光洁度，微观不平度用表面粗糙度表示。疑问：这里的表面粗糙度和机械设计中的表面粗糙度是一回事吗？图片来源：《光学元件技术要求与检验国际新标准的若干问题》上述文字理解又没有完全理解。在工作中，光学设计提供光学公差表中，表格中有一列写着△N，不懂光学设计的我，当时不知所以，△N是什么意思？ sigfit分析结果中没有这项呀？我不会。光学设计回复我表示，你直接看PV值就行，△N=2PV。好吧，前段时间又和一位光学设计聊到这个问题，这位光学设计表示二者没有什么关系...要是当成2倍关系也没什么问题...完蛋，我懵了，到底有没有关系呀？ 于是我到光学社区上寻找答案，花了100块去注册（非常值），终于找到了答案...以下文字内容是结合光学社区讨论内容+徐老师的书+个人理解后整合文字，对这个问题感兴趣建议到光学社区找原文。4、从光学检测角度理解面型 光学设计工作是设计出具备良好成像的光学系统，光学加工工作是通过加工工艺保证表面形状在公差范围内，需要的行之有效的检测手段。4.1 光学检测设备分类 传统检测评价光学元件成像系统质量方法有三种：星点法、傅科刀口阴影法和干涉法。其中星点法和阴影法设备简单、价格低廉、操作方法，但二者都不适合定量测量。干涉法是利用待检面的波前与参考波前的干涉得到的干涉图来实现面形偏差检测的，是一种可以用来作高精度定量检测的方法。图片来源：《面形精度评价方法研究》[D] 描述面型偏差（波前）概念包括：PV、RMS、Power（离焦）、PVr（稳定峰谷值）、PSD（功率谱密度）和GRMS（梯度均方根值）等。我不是光学，这里不展开写，感兴趣的朋友们可以翻出上图参考文献，自行看一下。 4.2 光学检测中的一些名词先了解什么是光圈。笔记内容来源于徐德衍老师书中内容，需要的自己可以找来翻一翻。（1）光圈N被检测光学表面的曲率半径相对于样板表面曲率半径的偏差称为半径偏差。此偏差对应的光圈称为平均光圈。（2）像散偏差△1N 被检光学表面在相互垂直方向上产生的光圈不等所对应的偏差称为像散偏差，实际中最容易被忽略。△1N=Nx-Ny用目视找到Nx-Ny相差最大的两个方向几乎不可能，因此容易被忽略。（3）局部偏差△2N被检光学表面与参考光学表面在任一方向上产生的干涉条纹的局部不规则度称为局部偏差。（4）最大光圈NG 在光圈数多的情况下，以有效检验范围内直径方向上最多条纹数的一半来度量，这就是将光圈和局部光圈的像散偏差合在一起。 光圈是度量表面与其检验样板的偏离，它保证了一批元件的一致性。（5）局部光圈△N将像散偏差△1N和局部偏差△2N在一起进行判读。局部光圈是度量表面与理想表面的偏差。4.3 光圈、局部光圈和PV、RMS写到这里基本捋清光圈、局部光圈、PV和RMS 这些基本概念，那么这些概念之间是什么关系呢？ 在机械设计中有三个基准：设计基准、加工基准和测量基准。其实对于光学元件同样有相似的基准问题，光学设计（对应设计基准）哐哐一顿操作，对成像系统关系无疑就是成像质量，看花里胡哨的MTF曲线，或是看SR值。光加阶段（对应加工基准），光圈或局部光圈值这些指标比较容易方便获得。检测阶段（对应测量基准），使用干涉仪测得PV、RMS值，干涉仪还能进行数据处理，也能测量光圈，干涉仪测得的结果可以反馈给光学设计和光加进行优化设计。 对于机械设计来说，读到这里可以理解光圈、局部光圈和PV、RMS其实可以理解为两套理论的东西，也能理解为何光学图纸上标的的是光圈、局部光圈。还可以理解光圈与PV的关系：光圈好的，PV值肯定好，PV值好的，光圈不一定好。（PV不考虑局部误差影响，而光圈需要考虑局部误差影响。）zygo干涉仪可以测量光圈，这里补充PV和pv之间的关系。 图片来源：《现行光学元件检测与国际标准》（1）检验良好的平面时 当被检验的球面或平面较良好时，PV=Power或PV≈Power，则 N=2PV≈2Power △N=2pv（移除power项） 图片来源：《现行光学元件检测与国际标准》（2）检测一般平面当要求指明平面的平面度时，可以直接用PV值表示，可以用上述公式求N和△N。 （3）表面质量较差（不规则）时 这时，power值很小，PV和pv值相差不大。 △N=2PV 此时，N值不需要做。原本想找个zygo的操作手册拿来研究一下，后来一想，我又不是光学，还是算了，我也看不懂，别为难自己了。关于面型写了两篇小文，做机械结构设计的你，明白什么是面型了吗？参考文献1、《光学元件技术要求与检验国际新标准的若干问题》2、《面形精度评价方法研究》3、《现行光学元件检测与国际标准》4、光学社区：光圈、局部光圈与PV、RMS之间的关系与区别 来源：认真的假装VS假装的认真
