光学元件的中心偏差(二) 表征方法

1   引言

在上一篇文章中，我们对光学元件的中心偏差做了介绍，包括与中心偏差相关的术语，球面与非球面表面中心偏差的定义，与之相关的偏心差、球心差、边厚差等指标的概念，以及它们之间的相互转换关系。在本文中，我们参照ISO 10110标准中对光学图纸和元件中心偏差的规范说明，对光学元件中心偏差的表征方法做详细的阐述，从而帮助大家准确理解图纸中对该指标的具体要求。

2 ISO 10110光学元件图纸指标说明

ISO 10110，是一部制定用于光学加工与检验,光学元件及系统的技术图纸绘制及其技术要求的总的技术规范。该规范共包含13部分，对光学材料的缺陷（应力双折射、气泡与杂质、非均匀性与条纹等）、光学元件的参数指标(面形、中心偏差、表面缺陷、微观轮廓)、表面处理和镀膜、非球面、激光辐射损伤阈值等内容都做了详尽的介绍，感兴趣的朋友可以去查阅。我们现行的标准图纸，多数是以ISO 10110为依据来绘制的，在图纸中，对于一个光学透镜元件指标的表征，如下图所示：

在上面的图中，以红线为分界线，把指标区分成了1、2、3三部分，第1部分表示对元件左侧表面的指标要求，即Surface 1面，该区域的指标，从上到下依次是该表面的曲率半径(R值)，在这里需要注明是凹面还是凸面（凹面用CV表示，是英文字母Concave的缩写，凸面用CX表示，是英文字母Convex的缩写），有效口径Φ_e，保护性倒角大小，以表示的对元件表面镀膜的要求，3/ 的内容表示对表面面形误差的要求，4/的内容表示对该表面中心偏差的要求，5/ 的内容表示对元件表面缺陷的要求，6/ 的内容表示对表面镀膜后激光损伤阈值的要求。

在指标区中间区域的第2部分，是对元件所使用的光学材料的要求，需要在这个区域说明要使用的材料是什么，并标注该材料对应的折射率n和色散系数v。0/ 的内容表示光学材料的应力双折射公差，1/的内容表示对材料内气泡和杂质的要求，2/的内容，表示对条纹度和材料不均匀性的要求。

在指标区右侧区域的第3部分，是对元件右表面，即Surface 2的要求，该区域内的各个指标的定义与Surface 1是一致的。

3 中心偏差的表征

在上一节中提到，4/ 表示对元件中心偏差的要求，在4/ 后面，需要标注1到2个公差值，来说明允许的最大中心偏差的数值，常见的格式为：

1、 4/ σ ， 其中σ表示该表面可允许的最大倾角，以角分或角秒为单位；

2、 4/σ(L) , 除了倾角σ外，在后面括弧里有个字母L，参照我们前面一篇文章中的介绍，L表示元件表面顶点到基准轴的最大可允许的横向位移，单位是毫米。

3、 4/ Δτ，当出现三角形符号Δ时，说明这个表面是胶合面，而字母τ，则表示胶合层最大允许的楔角的大小。

在了解了以上的定义后，我们就以实际的图例来阐述中心偏差的具体表征方法。

在上面的图中，是一个球面透镜元件，元件的基准轴是透镜边缘的外圆柱，左侧表面允许的最大倾角为3‘，右侧表面允许的最大倾角为2’。有的时候，在简化图纸中，会省去A基准的标注，这种情况下也是默认以透镜外圆柱做为基准。

我们再来看一个例子，在上图的球面透镜中，只标注了右侧表面允许的最大允许倾角为1分，而左侧表面没有做中心偏差的标注，在这种情况中，是选择了左侧表面的中心顶点与其曲率中心的连线做为基准轴的，所以就没有对左表面做公差标注。

我们来看一个非球面透镜的例子，在上图中，同样是只标注了右侧非球面的中心偏差，允许的最大倾角为10分，非球面光轴顶点与基准轴的横向距离为0.05mm，这个透镜的基准轴，是以透镜边缘外圆柱和左侧平面表面做参考的。 

我们最后看一个双胶合透镜的例子，按照中心偏差的表征方法，我们可以知道，这个胶合透镜的中心偏差是以边缘外圆柱做为基准的，左侧表面允许的最大倾角为3分，中间胶合面允许的最大倾角为1分，右侧表面允许的最大倾角为1分。

除了ISO 10110的图纸形式外，实际应用中，还有许多单位在使用国标来对光学元件的指标做定义，常见的指标说明如下图所示：

在这种形式下，有的时候以面倾角χ来规范中心偏差，还有的时候以球心差C来做定义，因为前面一篇文章已经对这些指标的含义做过说明，所以大家应该很容易就可以理解。