GB T 2831-2009 光学零件的面形偏差.pdf

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1、lCS 37020N 30 圆圈中华人民共$-n国国家标准GBT 28312009代替GBT 28311981光学零件的面形偏差Surface form deviation of optical elements(IS(J 10110-5：2007，0ptics and photonicsPreparation of drawings for optical elements and systemsPart 5：Surface form tolerances，NEQ)20091115发布 2010-02-01实施宰瞀髁鬻瓣訾襻瞥星发布中国国家标准化管理委员会仪1”6BT 28312009前言1

2、 范围2规范性引用文件3术语和定义4面形偏差的公差规定5标注方法6公差标注示例7检验方法附录A(规范性附录)附录B(资料性附录)附录C(资料性附录)附录D(资料性附录)参考文献目 次弧矢偏差的公差与曲率半径公差间的换算光圈度量使用干涉仪判读不规则干涉条纹PV值、rms值及Power值与其他参数的关系I，1234589墙毖捣刖 菁GBT 28312009本标准对应ISO 10110 5：2007(光学和光子学光学零件和光学系统图样第5部分：面形公差，与ISO 101105：2007的一致性程度为非等效。本标准与IsO 101105：2007的主要差异：一一删除国际标准的序言和前言；增加了术语和定

3、义；增加了光圈识别检验方法；增加了面形偏差的未注公差规定增加了不规则干涉条纹判读及有关数字干涉条纹解析内容。本标准代替GBT 2831 1981光学零件面形偏差的检验方法(光圈识别法)，本标准与GBT 2831 1981的主要差异为：修改了标准名称；增加了术语和定义，明确了PV值及rms值的定义；增加了面形偏差的公差的单位规定；增加了面形偏差的画图表示，并修改了面形偏差的表示方法及表示位置；增加了未注公差的标注规定；增加了数字化PV值及rms值的测量问题；将换算公式、光圈识别方法放人附录A和附录B；增加了不规则干涉条纹判读及数字干涉条纹鳃析，并将其内容放人附录c。本标准的附录A是规范性附录，附

4、录B、附录c和附录D是资料性附录。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国光学和光子学标准化技术委员会(SACTC 103)归口。本标准负责起草单位：宁波永新光学股份有限公司、上海光学精密机械研究所、上海理工大学、凤凰光学集团有限公司、江南永新光学有限公司、苏州一光仪器有限公司。本标准参加起草单位：浙江舜宇集团股份有限公司、宁波华光精密仪器有限公司、宁波市教学仪器有限公司、麦克奥迪实业集团有限公司、贵阳新天光电科技有限公司、梧州奥卡光学仪器公司、南京东利来光电实业有限公司。本标准主要起草人：曾丽珠、徐德衍、章慧贤、冯琼辉、邬子刚。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 2831 19

5、811范围光学零件的面形偏差GBT 28312009本标准规定了光学零部件面形偏差的术语和定义、公差及检验方法。本标准适用于使用光学样板的等厚干涉方法及干涉仪方法检验光学零部件的面形偏差。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBT 13323光学制图(GBT 13323 2009，1SO 10110 1：2006，Optics and photonics Prep

6、aration of drawings for optical elements and systems-Part 1：General，NEQ)3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。31面形偏差surface form deviation被测光学表面相对于参考光学表面的偏差。注：在用样板检测的陬形检验范围内，面形偏差是通过垂直位置所观察到的干涉条纹(通称光圈)的数目、形状、变化和颜色来确定。32峰谷值peakto-valley(PV)value两面之间的最大距离减去最小距离，简称Pv值。33条纹间隔单位unit of fringe spacing一个条纹问隔的面形偏差等于12波长。34总表面

7、偏差状态total surface deviation function实际表面和所期望的理论表面之差所规定的理论表面。35近似球面approximating spherical surface总面形偏差均方差为最小值的球面。36弧矢偏差sagittal error近似球面和平面之间的PV值。37不规则性状态irregularity function总面形偏差状态和近似球面之差所规定的理论表面。】GBT 2831200938不规则性irregularity不规则性状态与最接近它的平面之间的PV值。注：对丁一个名义上的球面，不规则性表示偏离于这个球面的程度；对于一个非球面，不规则性表示总面形偏差

8、状态偏离于这个非球面度的部分。39近似非球面approximating aspheric surface对于不规则性状态均方差是一个最小值的旋转对称表面。3 10旋转对称不规则性rottionally systemletric irregularity近似球面与最佳接近球面的平面之间的峰谷值(PV值)。注：旋转对称不规则性是由不规则性的旋转对称部分规定的，其值不得超过不规则性。311总面形偏差均方差total IillS deviationRMst被测光学表面与所期望的理论表面之间的均方差(rms)值。没有减去任何类型的面形偏差。312不规则性均方差rills irregularityRMSi

9、按37的不规则性状态均方差值。31 3非对称性均方差rills asymmetryRMSa不规则状态与近似非球面之间差值的均方差值。314光圈正负号Positive(High)and Negative(Low)signs of newton rings在用样板检验的圆形检验范围内，当被测光学表面相对于参考光学表面中间接触时，规定高光圈(凸)为正；边缘接触时，规定低光圈(凹)为负。31 5像散偏差astigmatism deviation of newton rings被测光学表面相对于参考光学表面在两个相互垂直方向上产生的光圈数不等所对应的偏差。316局部偏差irregularity devi

10、ation of newton rings被测光学表面相对于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性程度。4面形偏差的公差规定41 总则411 面形偏差的公差由最大可允许弧矢偏差值、不规则性和旋转对称不规则性表示。另外，还可以用测量面形偏差的3项均方差rms的公差(总面形偏差均方差，RMSt；不规则性均方差，RMSi；非对称性均力差，RMSa)表示。412在用样板检验时，面形偏差的公差包括3项：a) 被测光学表面相对于参考光学表面的曲率半径偏差所对应的光圈数用N表示；b)像散偏差对应光罔数用。N表示；，GBT 28312009c) 局部偏差所对应的光圈数用。N表示。41 3在用数字

11、干涉仪检验时，PV值和rms值仅仅在实际的检验区域内计算给出。其表达形式见附录D。42单位弧矢偏差值、不规则性和旋转对称不规则性的最大可允许误差，规定以条纹间隔或以纳米(1ri)为单位。若面形偏差检验是由入射光与反射光干涉方法进行，则光的半波长的面形偏差产生1个波长的波前蒺，形成干涉图的不同明暗度。从1个亮环到另一个亮环或从1个暗环到另一个暗环为1个条纹间隔。条纹间隔并不表示条纹的横向距离，实际干涉图E可见的干涉条纹相当于波前差的波长数。若技术要求是用一个或几个rrns值偏差类型给出，也应以条纹间隔或纳米(nm)为单位。注1：实际上规定1个干涉条纹间隔即12个波长(波长单位为纳米)。注2：应用

12、rnls类型的公差值需要对光学系统用数字干涉分析方法给出。4 3波长除非另有规定，以汞绿色谱线(e线)为参考波长，一54607 nril。注1：规定可以从一种标准波长转换到另一种波长见式(1)：2一Na】(112) ”(1)式中：M 波长z的条纹间隔数；Na波长，的条纹间隔数。44未注公差光学零件的产品图样上未标注面形偏差公差时，其表面应符合表1规定的一般面形偏差要求。当零件的面形偏差要求高于或低于面形偏差末注公差时，均应在零件的产品图样予以标注。表1面形偏差未注公差光学零件最大尺寸范围rnm 2(AR2) 式中：R曲率半径，单位为毫米(ram)；R曲率半径公差值，单位为毫米(ram)；d被测

13、区域的直径，单位为毫米(ram)；A波长，单位为纳米(nm)(一般指波长为54607 nm)。12AA(附录B(资料性附录)光圈度量GBT 28312009B1 目视估读光圈度量B11光圈数N的度量B111 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，如图B1。匪 匿雕 雕图B1 光圈数的度量图B1表示在被测光学表面与参考光学表面仅有半径偏差情况下的光圈数N的度量方法以及表不偏差大小和方向的误差曲线。其中，虚线表示参考光学表面，曲线表示球面(或平面)相对于参考光学表面的偏差大小和方向。平行线间距表示122。B112在光圈数少的情况下，光圈数N以通过直径方向上千涉条纹的

14、弯曲量(h)相对于条纹的间距(H)的比值(N)来度量，如图B2。图B2 N：N 7，所以该检面的光圈数N一鬲h一孺4一o53，A2No4。GBT 28312009B15 S形光圈的度量对像散光圈数A，N和局部光圈数：N没有要求的且表面光圈数少时出现S形光圈，则按图B11所示的方法度量N，该被测面的的N一百h百204。B2干涉色估读光圈度量B21 用样板检验，以荧光灯作光源时，当边缘接触其边缘颜色为灰白色时，则可根据中间颜色按表B1确定光圈数。表B1干涉色估读光圈度量光圈数N 中间颜色1 O 绿黄o 9 淡黄绿o 8 淡绿蓝o 7 蓝o6 紫蓝o5 紫红o 4 橙红o 3 深黄0 2o1 淡黄B

15、22用样板检验，以荧光灯作光源时，与空气隙厚度相对应的光圈数和颜色见表B2。表B2干涉色估读光圈度量空气层厚度nm 光圈数N 颜色 空气层厚度Flm 光圈数N 颜色27 3 01 黑灰 3004 11 紫蓝54 6 0 2 铁灰 327 7 l_2 蓝819 0 3 草灰 355 1 3 淡绿蓝1 09 2 0 4 灰 382 3 1 4 淡黄绿1365 0 5 灰白 409 6 1 5 绿黄163 8 06 淡黄 436 9 16 黄191 l 0 7 黄 464 2 l 7 深黄218 4 0 8 深黄 491 5 1 8 玫瑰红24 5 7 09 橙红 518 8 l 9 淡红紫273

16、1 0 紫红 546 1 2 0 紫B 2 3 0人卒7t隙的杵学例零级条纹附近小现J；肤r1也rrlJ小姊确定目-乜的蓐刖时一-Tr人髓洲零什o林准【m之t，J的川隙他之小脱较叫娃的颇乜。然n，从颧也川隙z,JNIj!)一I什出边缘l-l-川觑t也的*旧tli,I呲的置仇求ll掉光嘲数。例如n D凡Iii】隙后-I-liJJ茁I色对淡蛛雌从凡It 2巾|1fI该筋色所埘盹的兜瑚数N1 3，J边缘膨c色为曲乜1黼乜所时应的光I目数。 ”7州碱删零什的光嗍数为N N h_N” O“3实物照片附图附图B 1=3 附图_2、=+2附图B 3 1=+1 6附图B 4、训0附图B 5、一0 44口匝一一

17、一一一一附图B15 N=0 4 A。Y=0 4附图B 16=0 3 A，=0 18 附圈II 17、=一0 2 A，N=0 1 3附图B 1 8=十0 3 A、=0 3 咐圉B 19 x形光圈=I 3附录c(资料性附录)使用干涉倪判读不规则干涉条纹C 1总则使用干涉仪常用十牛产现场的光学零忭而形偏惹水规则性的快建1盘删。1州1I：接触1。涉仪嗡骑mi1时出现的弧*偏篮取决于破洲而与誊考II】之州的距离，有效奎每阿址将#磬母i投影剐被洲州r当“般罄昔而的曲率f往等于名义的竭I论表面时确定弧矢偏差蛏简单。m僻口苛虑弧*偏差符号名义舳理论表面矢商和有效磬考1盘i矢高之箍必须椰加。即相对于干涉参考嘶必

18、须确定那个被测11l址川丧面还足凸表面。通常这个有效参考面的曲率半径址未知的固此，不能确定弧矢偏差但4确定水胤州性。(2无倾斜的干涉条纹c 2 1圆形干涉条纹图、小存n所有托他类删的偏芷时弧欠偏芷产q一组同-IL,的、嘲形l涉杀垃I目条垃的!F张陆羝垃数的平方根而增加从条纹罔中心r算。C 2 2椭圆干涉条纹圈当存在微小的怍对称偏蕞_|I嘲环附形畸变成椭圆(如圈C 1所示)。若战洲而州对于参考光学丧lfl是口的如果被测面胡向摩考光学裘而移动划干涉条纹向中心穆动如果r涉条纹向外移动，则被测州足凸的。凸州而的判断1光罔识别洼栩同。C 2 3双曲线干涉条纹图若存n：较大的非对称偏捧研，产牛证似的双曲线

19、肜条垃(如l目【-2所示)这时破洲I柏馓向錾与断移动肘冉肚条垃向内移动仃肚条纹向外移动。C 2 4干涉条纹不规则性估读计算分别取从中心到边缘脯十方向的条纹数m和”4(通常埘正交A向即削u 90)图C 1表示2个不规则性条纹圆囤C 2表示4个不规则性条纹承例(1按lL-l f1弹椭圆条垃：水规州性=”t=(3=2条纹川隔小例o 2按IL 2i1并双曲线彤条纹小规则性。，一?5tl 5一荣纹间隔C 3有倾斜时的干涉条纹C 3 1干涉条纹调节埘过被测n】州对r錾考l酊将条纹固至两垂直方向上判读两个方向的条纹M隔叭，”C 3 2凹、凸面殛误差判断拧阿个肯向条纹穆脚都朝向中一C,mt被测面是凹的，若向外

20、，则教测面姓凸的，若两个方向条垃移M柏厦则不规911性夫干弧父偏差。c 3 3干涉条纹不规则性计算：“例0 n按嘲C 3：一h stnrih=1 nl 3 h=0 5 5 7一0j不规则制；”l+m=山+h7=1 8个条垃千knh-t-0#m*w【：_I$#m】#m*8日nn图C 3按参考面在两个方向取向不规则性1 8个条纹间隔C 4非圆形检验区域c 4 1椭圆条纹计算符r涉的墼学耐。o融洲面之间仔住倾蒂r，当破测面朝向参考面轻激移动时袋垃n：阿十矗向的移动h向排IW娃地向rI，心移动：业住两种方向下泉纹都是明显地背向ch0移动则扼矢偏第越过水胤州性川“F脯蛐条纹的两式1l博：l目【I，j 5

21、0 532 n n1一22 mm R16 mnl W弧x菇(椭口纹)号鼎=52*纹w水规则性(黼咖条纹)一c 4 2双曲线条纹计算(“：+) 3 6条纹州雕朴l涉的磬考同与融洲i日之hJ仔往倾斜当被测而刊向磐莓晰轻敞髂功I_f一个方向条垃驯显向r心移动向钟 个宵Ih荣纹lW娃地什i-|心移动州不规则性大丁弧父偏蓐用计算t叹曲线条纹的阿j=l P竹：弧父偏蓐(烈肌线条垃) R。|(mm+)小规则悱烈曲线条纹) 2R孑(；岩：专字生j影图c 4非圆形检验区域的例图表明弧矢偏差5 2个条纹间隔有3 6个条纹间隔的不规则性c 5旋转对称不规则性n存在倾斜情jj己下，呈现“w”或“M”形状这取决丁倾斜方

22、向。偏离球面的偏蕞姓由祭纹A栈的偏差所袅祉符旋转对称的不规则fl!用条纹偏离直线州收示条纹间隔用，小则旋转埘称小规则r：等J一如I斟(5中心条纹偏离卣线的偏差址0 5个泉纹问隔，则旋转对称小规则性为：hoj个泉纹间隔。?国c 5表示0 5个条纹间隔的旋转对称不规则性实例l衔形偏差n有旋转对称什的韩一废址篮通址h述f哑斜州仃厦堑脱测的井他樽在另一个疗向l祭垃定忙阿脱测。m现的泉纹n*个打_lJ l址一样的911岍形偏正址旋转对称的 旋转对称的不舰则性偏肛推杀垃的所打疗向l址t样的。GBT 28312009附录D(资料性附录)PV值、rms值及Power值与其他参数的关系D1 PV值、rms值及P

23、ower值与52标注构成中A、B、C值的关系现代数字波面干涉仪的输出参数，除提供干涉图、二维图形及三维等高图外，一般给出PV、rms及Power 3个数值。这些数值与52中A(BC)值的关系由数字处理进一步得出：数字波面干涉仪(如，ZYGO GPl干涉仪)输出界面上设置有“ISO 10110 5”窗口。当测试结束，并已给出PV值、rms值及Power值后，再点击“ISO 10110-5”窗口，则仪器将给出SAG，IRR，RSI等数值，分别对应A，B，c值。也可以给出RMSt，RMSi，RMSa数值。若干涉仪数据中没有提供“ISO 101105”窗口所给出的数值，仅按PV值、rms值及Power

24、值只能给出A值，即Power值等于A值或等于SAG，而其他值没有直接的对应关系。D2 PV值、Power值与N、Ajv的关系一个实际被测波前的PV值，有两个含义：可以理解为波前的最高(前)点到最低(后)点的距离；也可以理解为这一波前移出(Remove)最佳拟合球面后的PV值。一般情况下，两者有不小的差异。波前移出(Remove)最佳拟合球面后的PV值与52中A(BC)值中的B、c以及RMSx有一定的对应关系。干涉检验平面表面时，通常不应移出Power值，因为表面残存多大程度的凸凹表面(光圈)是平面要求控制的技术指标之一；然而，应用在光束传输中的某些平面表面，移出Power值后的PV值是最重要的

25、，即是否移出Power值应视具体使用和检验要求而定。一般将Power值定为A值，即为f。移出Power值后的PV值为AN。如果数字式干涉仪没有提供移出Power值的结果，按如下3种情况判断：a) 当被测面较好时，即Power值等于或近似等于PV值，则PV值或Power值等于N。b) 当被测面较差或很差时，则一般Power值都很小，故将Pv值直接作为N。实际上，此时N值已无意义或不作为要求，只对N有要求，类似于3(BC)的形式。c)当被测平面质量一般时，Power值仍为N，N无法得到准确结果，一般可近似视为PV值减去Power值的结果作为N的参考。D3 rms值质量指标评判示例PV值通常被用于描

26、述系统的光学质量。rills值是反映整个被测波前(或光学表面)范围内与最佳匹配的参考波前的光程差平方和的均方值，是全表面上平均误差的表征，而不是由一两点的PV值判定被测整个光学表面的优劣。如，一个400 mm400 mm的良好光学表面，其中仅有一个约1 mm1 mm的深凹坑，由此PV值可能很大，但其面积仅占整个光学表面的o000 6，其影响几乎可被忽略，它仍可被判定为好的光学表面。因为其rtiis值仍然很小。又如，光学表面上的不洁净点、划痕(在缺陷要求之内)或干涉检验时的被测光学表面的边缘效应，都将大大地影响PV值，但其本身质量却有可能是一个好的表面，故用rms值作为质量评价指标避免了这种失误

27、。通常，rills值的变化范围约为Pv值的15左右。这个比值主要取决于波前(或表面)的“相关性”，这一相关性是指波前(或表面)内凸起数量的倒数。参考文献GBT 28312009E1 GBT 13962 1992光学仪器术语r2 GBT 19096 2003技术制图 图样画法 未定义形状边的术语和注法E3ISO 10110一I：2006 Optics and photonics-PreParation of drawings for optical elementsof drawings for optical elementsand systems Part 5：Surface form to

28、lerancesE6 ISO 101 10 6：1996 Optics and optical instruments Preparation of drawings for optical elements and systems-Part 6：Centring tolerancesE6 ISO 101 10 7：1996 Optics and optical instruments Preparation of drawings for optical elements and systems-Part 7：Surface imperfection tolerancesE7 ISO 101

29、108：1997 Optics and optical instruments Preparation of drawings for optical elements and systems-Part 8：Surface texturer8 ISO 1011010：2004 Optics and optical instrumentsPreparation of drawings for opticalelements and svstems-Part 10：Table representing data of optical elements and cemented assemblies

30、r9 ISO 10110 11：1996 Optics and optical instruments Preparation of drawings for opticalelements and systems-Part 1 1：Non toleranced datar10 ISO 14999 4：2007 Optics and photonics-nterferometric measurement of optical elements and svstems-Part 4：Interpretation and evaluation of tolerances specified in ISO 10110帆咿一。咖加_蓦唧甜叮麓_l吾M蔷眦洲_曼