光學元件表面質量

光學鏡片的表面質量——光潔度是用來衡量光學產品表面特性，是評估光學表面缺陷質量的關鍵指標，它直接影響鏡片的透光率、成像質量和激光損傷閾值等性能。光學表面缺陷是指光學元件表面的不wan美或損壞,這些缺陷按照特定的標準進行分類和評估，以便判斷其對最終產品性能的影響。目前光學行業對于光學元件表面檢測的執行標準，大多為美國jun用標準（MIL-PRF-13830B）、國標（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用標準（MIL-PRF-13830B）為依據。

一、光學表面缺陷分類和等級

1、美國jun用標準（MIL-PRF-13830B）

圖1  劃痕和麻點示意圖和真實圖片

光學元件的表面光潔度標注參數（如 40/20，60/40），定量描述了光學表面劃痕和麻點這兩種主要外觀缺陷的最大允許尺寸，規定將“長寬比大于 4:1 的表面缺陷"定義為劃痕，“長寬比小于 4:1 的表面缺陷"定義為麻點，標準格式為S/D(scratch/dig)，S和D為具體的數值。

圖2  表面光潔度測試板

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

D代表麻點的級號，限制麻點大小，斑點、坑點、點子都稱為麻點。D的數值代表了單位麻點直徑 0.01 mm的倍數。表面光潔度40/20，則允許麻點直徑為≤0.01 mm x 20=0.2 mm

常見麻點級號D對應直徑如下表，直徑為 1 mm的麻點將表示為麻點號數 #100，直徑為 0.5 mm的麻點將表示為麻點號數 #50。

表1  MIL-劃痕和麻點的等級和尺寸

注意：18mm是檢測時的統一測量基準長度，劃痕是否合格只看寬度是否達標，和實際長度無關。這個數字號碼并不是直接對應劃痕或麻點具體的尺寸，而是與標準劃痕比較后的等級。

在光學零件圖紙中，光潔度S/D是判斷零件質量的關鍵指標，級號越小，表面的劃痕和麻點占比就越小，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、國際標準(ISO 10110-7)

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

例如：5/3×0.04。5/為缺陷標記，3是允許缺陷數量，0.04是缺陷等級（指缺陷面積的平方根，單位mm) ，允許在總缺陷面積不變的情況下進行等拆分。

國際標準不同的缺陷標記代表不同含義：

5x0.16：指所有不清晰的區域不能超過5個面積平方根為0.16的坑或劃痕。

C3x0.16：表明鍍膜污點區域不能超過3個面積為0.16的區域。

L4x0.25：表明長劃痕的總寬度不超過4個0.25mm。

E 0.4：表明邊緣崩邊不能向內延伸超過0.4mm。

二、劃痕和麻點檢驗

環境：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準的光源。

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倍的放大鏡進行觀察。

圖3  表面質量透射和反射的檢驗場景

方法：檢驗時需轉動零件，從不同角度尋找和判斷缺陷。最終，將觀察到的情況與相應的標準樣板或文字規定進行比對，以確定是否合格。

例如：Thorlabs劃痕麻點檢測遵循美軍標MIL-PRF-13830B，采用72W/110V白熾燈肉眼檢測，僅限定尺寸不限數量，在受控暗場照明條件下肉眼比較元件的劃痕亮度和標準劃痕麻點對照板的劃痕亮度的最佳匹配程度。

三、不同表面質量等級的應用領域與場景

這些等級既體現了對光學元件表面質量的不同要求，也展示了其廣泛的應用場景，為光學元件的選用提供了參考。

四、建議

1、明確需求等級：高等級表面質量意味著高成本，若應用場景對性能要求不高，選擇低等級的元件可以大幅降低成本。同樣對于放大或成像的應用需求，則需要高表面質量等級。

2、關注標準體系：不同廠商可能采用不同的標準體系，選購時要明確標注的是ISO標準還是美軍標，避免因標準誤解導致元件不符合需求。

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