光学元件表面质量

光学元件表面质量

光学镜片的表面质量——光洁度是用来衡量光学产品表面特性，是评估光学表面缺陷质量的关键指标，它直接影响镜片的透光率、成像质量和激光损伤阈值等性能。光学表面缺陷是指光学元件表面的不wan美或损坏,这些缺陷按照特定的标准进行分类和评估，以便判断其对最终产品性能的影响。目前光学行业对于光学元件表面检测的执行标准，大多为美国jun用标准（MIL-PRF-13830B）、国标（GB/T1185-2006）和ISO 10110-7。索雷博、爱特蒙特以及麓邦等常见厂家的表面光洁度均以通用且直观的美国jun用标准（MIL-PRF-13830B）为依据。

一、光学表面缺陷分类和等级

1、美国jun用标准（MIL-PRF-13830B）

图1  划痕和麻点示意图和真实图片

光学元件的表面光洁度标注参数（如 40/20，60/40），定量描述了光学表面划痕和麻点这两种主要外观缺陷的最大允许尺寸，规定将“长宽比大于 4:1 的表面缺陷"定义为划痕，“长宽比小于 4:1 的表面缺陷"定义为麻点，标准格式为S/D(scratch/dig)，S和D为具体的数值。

图2  表面光洁度测试板

S代表划痕的级号，限制划痕大小，道子、亮路、伤、擦痕都称为划痕。S的数值代表了单位宽度 0.001 mm的倍数。表面光洁度40/20，则允许的划痕宽度≤0.001 mm x 40=0.04 mm

D代表麻点的级号，限制麻点大小，斑点、坑点、点子都称为麻点。D的数值代表了单位麻点直径 0.01 mm的倍数。表面光洁度40/20，则允许麻点直径为≤0.01 mm x 20=0.2 mm

常见麻点级号D对应直径如下表，直径为 1 mm的麻点将表示为麻点号数 #100，直径为 0.5 mm的麻点将表示为麻点号数 #50。

表1  MIL-划痕和麻点的等级和尺寸

注意：18mm是检测时的统一测量基准长度，划痕是否合格只看宽度是否达标，和实际长度无关。这个数字号码并不是直接对应划痕或麻点具体的尺寸，而是与标准划痕比较后的等级。

在光学零件图纸中，光洁度S/D是判断零件质量的关键指标，级号越小，表面的划痕和麻点占比就越小，如表面光洁度 40/20 的镜片相比于 60/40 的镜片，表面更干净，缺陷更少。

2、国际标准(ISO 10110-7)

中国国标(GB:T 1185-2006)与国际标准ISO 10110-7基本接轨，表示方法和含义相同。

例如：5/3×0.04。5/为缺陷标记，3是允许缺陷数量，0.04是缺陷等级（指缺陷面积的平方根，单位mm) ，允许在总缺陷面积不变的情况下进行等拆分。

国际标准不同的缺陷标记代表不同含义：

5x0.16：指所有不清晰的区域不能超过5个面积平方根为0.16的坑或划痕。

C3x0.16：表明镀膜污点区域不能超过3个面积为0.16的区域。

L4x0.25：表明长划痕的总宽度不超过4个0.25mm。

E 0.4：表明边缘崩边不能向内延伸超过0.4mm。

二、划痕和麻点检验

环境：通常以黑色屏幕为背景。

光源：使用36V电压、60W-100W的普通白炽灯，或在一些厂家指定标准的光源。

观察方式：在透射光或反射光下，透射法（光源在零件后）用于透明元件‌（如透镜、滤光片），‌反射法（光源在零件前）用于不透明或高反表面‌（如反射镜、镀膜元件），用肉眼或4-10倍的放大镜进行观察。

图3  表面质量透射和反射的检验场景

方法：检验时需转动零件，从不同角度寻找和判断缺陷。最终，将观察到的情况与相应的标准样板或文字规定进行比对，以确定是否合格。

例如：Thorlabs划痕麻点检测遵循美军标MIL-PRF-13830B，采用72W/110V白炽灯肉眼检测，仅限定尺寸不限数量，在受控暗场照明条件下肉眼比较元件的划痕亮度和标准划痕麻点对照板的划痕亮度的最佳匹配程度。

三、不同表面质量等级的应用领域与场景

这些等级既体现了对光学元件表面质量的不同要求，也展示了其广泛的应用场景，为光学元件的选用提供了参考。

四、建议

1、明确需求等级：高等级表面质量意味着高成本，若应用场景对性能要求不高，选择低等级的元件可以大幅降低成本。同样对于放大或成像的应用需求，则需要高表面质量等级。

2、关注标准体系：不同厂商可能采用不同的标准体系，选购时要明确标注的是ISO标准还是美军标，避免因标准误解导致元件不符合需求。

3、注意运输与维护：光学元件的表面缺陷很多是在运输、安装过程中产生的，例如静电吸附、包装粘附等，因此要做好清洁和防护，清洁时采用厂家推荐的清洁工具和方法，避免锐物划伤。