光學(xué)元件表面質(zhì)量

光學(xué)鏡片的表面質(zhì)量——光潔度是用來衡量光學(xué)產(chǎn)品表面特性，是評(píng)估光學(xué)表面缺陷質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，它直接影響鏡片的透光率、成像質(zhì)量和激光損傷閾值等性能。光學(xué)表面缺陷是指光學(xué)元件表面的不wan美或損壞,這些缺陷按照特定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類和評(píng)估，以便判斷其對(duì)最終產(chǎn)品性能的影響。目前光學(xué)行業(yè)對(duì)于光學(xué)元件表面檢測(cè)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，大多為美國jun用標(biāo)準(zhǔn)（MIL-PRF-13830B）、國標(biāo)（GB/T1185-2006）和ISO 10110-7。索雷博、愛特蒙特以及麓邦等常見廠家的表面光潔度均以通用且直觀的美國jun用標(biāo)準(zhǔn)（MIL-PRF-13830B）為依據(jù)。

一、光學(xué)表面缺陷分類和等級(jí)

1、美國jun用標(biāo)準(zhǔn)（MIL-PRF-13830B）

圖1  劃痕和麻點(diǎn)示意圖和真實(shí)圖片

光學(xué)元件的表面光潔度標(biāo)注參數(shù)（如 40/20，60/40），定量描述了光學(xué)表面劃痕和麻點(diǎn)這兩種主要外觀缺陷的最大允許尺寸，規(guī)定將“長(zhǎng)寬比大于 4:1 的表面缺陷"定義為劃痕，“長(zhǎng)寬比小于 4:1 的表面缺陷"定義為麻點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)格式為S/D(scratch/dig)，S和D為具體的數(shù)值。

圖2  表面光潔度測(cè)試板

S代表劃痕的級(jí)號(hào)，限制劃痕大小，道子、亮路、傷、擦痕都稱為劃痕。S的數(shù)值代表了單位寬度 0.001 mm的倍數(shù)。表面光潔度40/20，則允許的劃痕寬度≤0.001 mm x 40=0.04 mm

D代表麻點(diǎn)的級(jí)號(hào)，限制麻點(diǎn)大小，斑點(diǎn)、坑點(diǎn)、點(diǎn)子都稱為麻點(diǎn)。D的數(shù)值代表了單位麻點(diǎn)直徑 0.01 mm的倍數(shù)。表面光潔度40/20，則允許麻點(diǎn)直徑為≤0.01 mm x 20=0.2 mm

常見麻點(diǎn)級(jí)號(hào)D對(duì)應(yīng)直徑如下表，直徑為 1 mm的麻點(diǎn)將表示為麻點(diǎn)號(hào)數(shù) #100，直徑為 0.5 mm的麻點(diǎn)將表示為麻點(diǎn)號(hào)數(shù) #50。

表1  MIL-劃痕和麻點(diǎn)的等級(jí)和尺寸

注意：18mm是檢測(cè)時(shí)的統(tǒng)一測(cè)量基準(zhǔn)長(zhǎng)度，劃痕是否合格只看寬度是否達(dá)標(biāo)，和實(shí)際長(zhǎng)度無關(guān)。這個(gè)數(shù)字號(hào)碼并不是直接對(duì)應(yīng)劃痕或麻點(diǎn)具體的尺寸，而是與標(biāo)準(zhǔn)劃痕比較后的等級(jí)。

在光學(xué)零件圖紙中，光潔度S/D是判斷零件質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，級(jí)號(hào)越小，表面的劃痕和麻點(diǎn)占比就越小，如表面光潔度 40/20 的鏡片相比于 60/40 的鏡片，表面更干凈，缺陷更少。

2、國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 10110-7)

中國國標(biāo)(GB:T 1185-2006)與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10110-7基本接軌，表示方法和含義相同。

例如：5/3×0.04。5/為缺陷標(biāo)記，3是允許缺陷數(shù)量，0.04是缺陷等級(jí)（指缺陷面積的平方根，單位mm) ，允許在總?cè)毕菝娣e不變的情況下進(jìn)行等拆分。

國際標(biāo)準(zhǔn)不同的缺陷標(biāo)記代表不同含義：

5x0.16：指所有不清晰的區(qū)域不能超過5個(gè)面積平方根為0.16的坑或劃痕。

C3x0.16：表明鍍膜污點(diǎn)區(qū)域不能超過3個(gè)面積為0.16的區(qū)域。

L4x0.25：表明長(zhǎng)劃痕的總寬度不超過4個(gè)0.25mm。

E 0.4：表明邊緣崩邊不能向內(nèi)延伸超過0.4mm。

二、劃痕和麻點(diǎn)檢驗(yàn)

環(huán)境：通常以黑色屏幕為背景。

光源：使用36V電壓、60W-100W的普通白熾燈，或在一些廠家指定標(biāo)準(zhǔn)的光源。

觀察方式：在透射光或反射光下，透射法（光源在零件后）用于透明元件?（如透鏡、濾光片），?反射法（光源在零件前）用于不透明或高反表面?（如反射鏡、鍍膜元件），用肉眼或4-10倍的放大鏡進(jìn)行觀察。

圖3  表面質(zhì)量透射和反射的檢驗(yàn)場(chǎng)景

方法：檢驗(yàn)時(shí)需轉(zhuǎn)動(dòng)零件，從不同角度尋找和判斷缺陷。最終，將觀察到的情況與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣板或文字規(guī)定進(jìn)行比對(duì)，以確定是否合格。

例如：Thorlabs劃痕麻點(diǎn)檢測(cè)遵循美軍標(biāo)MIL-PRF-13830B，采用72W/110V白熾燈肉眼檢測(cè)，僅限定尺寸不限數(shù)量，在受控暗場(chǎng)照明條件下肉眼比較元件的劃痕亮度和標(biāo)準(zhǔn)劃痕麻點(diǎn)對(duì)照板的劃痕亮度的最佳匹配程度。

三、不同表面質(zhì)量等級(jí)的應(yīng)用領(lǐng)域與場(chǎng)景

這些等級(jí)既體現(xiàn)了對(duì)光學(xué)元件表面質(zhì)量的不同要求，也展示了其廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為光學(xué)元件的選用提供了參考。

四、建議

1、明確需求等級(jí)：高等級(jí)表面質(zhì)量意味著高成本，若應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)性能要求不高，選擇低等級(jí)的元件可以大幅降低成本。同樣對(duì)于放大或成像的應(yīng)用需求，則需要高表面質(zhì)量等級(jí)。

2、關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)體系：不同廠商可能采用不同的標(biāo)準(zhǔn)體系，選購時(shí)要明確標(biāo)注的是ISO標(biāo)準(zhǔn)還是美軍標(biāo)，避免因標(biāo)準(zhǔn)誤解導(dǎo)致元件不符合需求。

3、注意運(yùn)輸與維護(hù)：光學(xué)元件的表面缺陷很多是在運(yùn)輸、安裝過程中產(chǎn)生的，例如靜電吸附、包裝粘附等，因此要做好清潔和防護(hù)，清潔時(shí)采用廠家推薦的清潔工具和方法，避免銳物劃傷。