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球面透鏡的光學(xué)特性范文1

(合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

【摘　要】通過對半導(dǎo)體激光光束特性進(jìn)行分析，依據(jù)費馬原理和非球面方程理論，對半導(dǎo)體激光準(zhǔn)直系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，設(shè)計了利用兩片式非球面透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)，并在zemax軟件中進(jìn)行了仿真，最后完成指標(biāo)，具有良好的效果。

關(guān)鍵詞 Zemax；準(zhǔn)直；非球面

0　引言

半導(dǎo)體激光器因其體積小、重量輕、閾值電流低等特點已被廣泛應(yīng)用于材料加工、激光通信、信號處理、醫(yī)療、軍事等相關(guān)領(lǐng)域。但由于半導(dǎo)體激光有源層在橫向和側(cè)向的尺寸不一樣，導(dǎo)致出射光束發(fā)散角較大且不均勻，嚴(yán)重影響了能量的傳播和后續(xù)的測量過程。一般常用的激光準(zhǔn)直的方法有圓柱透鏡法、非球面柱鏡法、光纖耦合法、漸變折射率透鏡法和液體透鏡法等。本文主要介紹利用兩片非球面柱透鏡的方法進(jìn)行激光準(zhǔn)直，并在zamax軟件中進(jìn)行仿真，同時提出一種對點光源整形為線光源的方法。

1　半導(dǎo)體激光光束特性

半導(dǎo)體激光的發(fā)光原理是基于受激光發(fā)射，滿足粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)和閾值條件，模式可分為空間模和縱模。因為在橫向和側(cè)向的尺寸不一樣，導(dǎo)致的衍射效應(yīng)疊加的結(jié)果也不一樣，最后形成輸出光束為橢圓高斯的光束。本文討論的是小功率半導(dǎo)體激光器，因為它的發(fā)光面尺寸較小，近似用基模高斯分布來分析，輸出光束的光強分布可用下面的公式給出：

αx和αy分別為側(cè)向和橫向的遠(yuǎn)場發(fā)散角，這里定義在XZ和YZ坐標(biāo)系下，Z軸代表光束傳播方向，θx和θy為實際光束在側(cè)向和橫向的角度。一般情況下，激光器生產(chǎn)廠家給出的是半功率全角的參數(shù)，符號為θfwhm，這樣可利用下面的公式求得αx和αy，如下：

2　非球面準(zhǔn)直透鏡組設(shè)計

2.1　非球面方程介紹

非球面可有非球面方程來表示，設(shè)非球面的對稱軸為Z軸，如果在成像光學(xué)中即為光軸，坐標(biāo)原點設(shè)在頂點，則方程可寫為：

Z（r）為非球面的凹陷度；r為非球面的孔徑半徑，r2=x2+y2（若只考慮YOZ平面的話，x可以為零）；c為曲率半徑的倒數(shù)；k為圓錐系數(shù)。

2．2　非球面方程參數(shù)確定

橫向在光學(xué)設(shè)計中也可以理解為子午方向上，即YOZ平面，如下圖所示。

根據(jù)費馬原理可得到表達(dá)式：

式中dy代表光源距離透鏡頂點的距離，ty代表透鏡的厚度。將公式（4）按照公式（3）改寫為：

最后得到橫向的非球面方程各參數(shù)為：

設(shè)橫向方向上出射光斑半徑為y，橫向遠(yuǎn)場發(fā)散角為αy，則根據(jù)圖上關(guān)系易得：

聯(lián)立公式（5）、（9）得：

在準(zhǔn)直設(shè)計中會給出目標(biāo)光斑大小y以及透鏡折射率n，這樣αy、y、n已知，計算得到，再代入式（6）~（8）中求出橫向非球面透鏡的參數(shù)。側(cè)向的柱透鏡的非球面方程系數(shù)可通過上面過程同樣可以得到。

3　軟件仿真與整形系統(tǒng)介紹

3.1　參數(shù)計算

本文選用半導(dǎo)體激光的波長為650nm，子午方向上的半功率全角θy=28°，弧矢方向上的半功率全角θx=9°。最后算得兩個柱透鏡的非球面方程參數(shù)為：

3.2　zemax仿真及結(jié)果對比

在非序列模式下對光源建模可以用軟件里面自帶的Source Diode，然后設(shè)置它的子午方向和弧矢方向的發(fā)散角，兩個柱透鏡的建模可以使用軟件里面集成的Biconic Lens，然后根據(jù)本章計算得到的參數(shù)輸入到相應(yīng)的位置中，再在透鏡后的位置放置Detector面，最后對半導(dǎo)體激光光線進(jìn)行追跡，用接收面積為60mm*60mm的接收面在距離光源50mm、100mm和200mm處分別采集光斑圖樣，并與沒有加準(zhǔn)直透鏡的系統(tǒng)進(jìn)行比較。如下圖所示，其中（a）、（b）、（c）圖分別表示的是在50mm、100mm、200mm的光斑大小對比，最后準(zhǔn)直后的發(fā)散角近似計算得到為0.29°，準(zhǔn)直性良好，滿足設(shè)計要求。

3.3　整形系統(tǒng)介紹

點激光整形為線激光通常使用柱面鏡、回轉(zhuǎn)棱鏡等，但是柱面鏡產(chǎn)生的是高斯光束，中心區(qū)域較兩邊能量高，直線亮度不均勻，而本文采用的鮑威爾棱鏡則不同，它可以產(chǎn)生光強均勻的線光。鮑威爾棱鏡是一種光學(xué)劃線棱鏡，入射光斑入射到鮑威爾棱鏡前面的非球面表面，然后光線偏折，最后在后表面折射出去，可以仿照建立非球面準(zhǔn)直的思路，對鮑威爾棱鏡在zemax軟件中建模并進(jìn)行仿真。

4　結(jié)論

本文從理論出發(fā)，設(shè)計了在橫向和側(cè)向上的兩片式非球面透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)。在給定設(shè)計參數(shù)的情況下求出非球面系數(shù)，并通過zemax軟件進(jìn)行仿真，該方法建模簡單，可通過編寫軟件后自動計算參數(shù)，最后達(dá)到準(zhǔn)直的效果良好，有待加工出實際透鏡后做進(jìn)一步驗證。

參考文獻(xiàn)

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球面透鏡的光學(xué)特性范文2

關(guān)鍵詞：

微型投影； 雜散光； 硅基液晶（LCoS）； TracePro； 光線追跡

中圖分類號： O 439 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引 言

微型投影技術(shù)又稱便攜式投影技術(shù)、超微投影技術(shù)、“皮口”投影技術(shù)，利用此技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品也被形象地稱為掌上投影機、口袋投影機。相對傳統(tǒng)的電視等顯示技術(shù)，攜帶方便是微型投影技術(shù)的最大優(yōu)勢。微型投影機的迅猛發(fā)展，給經(jīng)常移動演示的商務(wù)人士以解放。2005年至今，微型投影技術(shù)在市場需求的驅(qū)動下，發(fā)展極為迅速。發(fā)展至今，微型投影技術(shù)一共衍生出了LCD、LCoS、DLP三種主流技術(shù)，分別對應(yīng)三種微顯示芯片：LCD（liquid crystal devise，液晶顯示器）、LCoS（liquid crystal on silicon，硅基液晶）、DMD（digital micromirror devices，數(shù)字微反射鏡陣列）。LCoS是2000年以后發(fā)展起來的最新液晶投影技術(shù)[1]，相對LCD技術(shù)與DLP（digital light processing，數(shù)字光處理）技術(shù)，LCoS技術(shù)具有高分辨力、高開口率、色域廣、成本低等優(yōu)勢，文中以LCoS微投影顯示系統(tǒng)為對象。

光學(xué)系統(tǒng)的雜散光可理解為設(shè)計者不希望到達(dá)像面或探測面的那部分光線。雜散光對光學(xué)系統(tǒng)（特別是空間光學(xué)系統(tǒng)[2]）的成像質(zhì)量有嚴(yán)重影響，由于雜散光的存在會降低系統(tǒng)對比度、信噪比和成像質(zhì)量，嚴(yán)重者會導(dǎo)致設(shè)計失敗，因此抑制雜散光是相當(dāng)重要的課題[3]。光學(xué)系統(tǒng)雜散光依其來源可分為兩大類：（1）非成像光束在像平面產(chǎn)生的亮斑，這主要是由于沒有對視場外光線進(jìn)行有效的遮攔或機械結(jié)構(gòu)縫隙的漏光導(dǎo)致；（2）光學(xué)系統(tǒng)因為散射、衍射、多次反射等產(chǎn)生的非定向雜散光，這部分雜散光主要包括透射光學(xué)表面和鏡筒內(nèi)壁等非光學(xué)表面的多次反射，以及由于光學(xué)表面擦傷等光學(xué)表面質(zhì)量問題產(chǎn)生的散射光。第一類雜散光具有一定的方向性；第二類則強度較低，其方向雜亂無章。

蒙特卡羅方法是以概率統(tǒng)計為基礎(chǔ)，使用隨機數(shù)來解決問題的一種算法。使用Tracepro進(jìn)行雜散光分析，按不同的表面屬性，每條光線在分界面的吸收、反射、透射、散射等傳播都由服從概率分布的隨機數(shù)決定。文中利用TracePro軟件對LCoS微型光引擎的雜散光進(jìn)行了模擬仿真，找到了系統(tǒng)雜散光的來源，提出了增加擋光裝置、對關(guān)鍵面進(jìn)行處理等抑制雜散光的方法。

1 基于LCoS的投影光學(xué)系統(tǒng)

現(xiàn)研究的投影光學(xué)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。光源為大功率白光LED。LED具有體積小、壽命長、發(fā)光效率高、光譜中無紫外及紅外成分等優(yōu)點，適合作為微型投影機的光源使用。空間光調(diào)制器為color-filter LCoS顯示芯片。LCoS即硅基液晶，是一種基于CMOS（complementary metal oxide semiconductor）工藝的反射式液晶顯示技術(shù)。由于工作模式為反射式，相關(guān)電路驅(qū)動部件放置在背面，故其克服了傳統(tǒng)透射式LCD開口率、對比度、分辨力偏低等缺點。

投影光學(xué)系統(tǒng)主要由照明與成像兩部分組成。出于體積、成本等方面的考慮，照明部分采用單片旋轉(zhuǎn)對稱非球面透鏡。LED發(fā)出光束經(jīng)過該透鏡后在目標(biāo)面上被整形為具有一定入射角的圓型光斑[4]。LCoS有效區(qū)域尺寸5.76 mm×4.32 mm（對角線長度0.28英寸）。為保證LCoS被均勻照明，只有圓斑中央與LCoS大小相同的一部分區(qū)域才能被利用，超出的部分則照射在LCoS面之外的區(qū)域，這部分光線是第一類雜散光的主要來源。

由于液晶自身的特性其只能調(diào)制特定振動方向的偏振光，而LED發(fā)出的是具有各個振動方向的自然光，故需要在LCoS前置一塊偏振分光棱鏡（polarization beam splitter，PBS）。PBS棱鏡一般由兩塊高折射率的直角棱鏡膠合而成，斜面制備多層薄膜以實現(xiàn)對S光高反射對P光高透射，上下表面為磨砂面，其余各光學(xué)面均制備增透膜。如圖1所示，亮態(tài)投影時入射到LCoS的S光被調(diào)制為P光反射出去，穿過PBS后經(jīng)物鏡成像在屏幕，暗態(tài)投影時入射的S光未被調(diào)制仍然以S偏振態(tài)出射，被PBS棱鏡反射回照明光路無法到達(dá)屏幕。

結(jié)合3D建模軟件ProE在TracePro中建立光機實體模型，然后賦予各實體材料屬性及表面屬性。各光學(xué)面均已鍍增透膜且光學(xué)系統(tǒng)自身較為簡單，暫不考慮光線在分界面的多次反射[7]產(chǎn)生的雜光，故各光學(xué)面均設(shè)置為Perfect Transmitter。PBS上下表面及鏡片邊緣設(shè)置為Frosting，其余機構(gòu)件表面屬性設(shè)置為PC。特別需要說明，理想模型中PBS棱邊為一條直線，建模過程中為模擬實際PBS個體存在的崩邊等品質(zhì)缺陷，對理想模型邊緣進(jìn)行了倒角。最終光引擎的光學(xué)機械模型如圖3（a）所示。

從鏡頭向里觀察所能看見的表面為關(guān)鍵面[8]，關(guān)鍵面被光源直接照亮后即形成一次散射雜散光。重點采樣是一種蒙特卡羅技術(shù)，該技術(shù)可以大大增加光線往光學(xué)系統(tǒng)定方面產(chǎn)生和傳播的概率。應(yīng)用重點采樣技術(shù)后追跡較少的光線即可得到真實的結(jié)果。光引擎實體模型建立完成后對PBS上下磨砂面、PBS倒邊等關(guān)鍵面設(shè)置了重點采樣。光源采用尺寸為1.2 mm×1.2 mm的朗伯體面光源，總光線條數(shù)500 000條，總能量100 lm，追蹤閾值10-8 lm。設(shè)置完畢后開始光線追跡，在屏幕得到如圖3（b）所示的照度圖。中央是長寬比為4∶3投影區(qū)域，即LCoS經(jīng)過物鏡成的像，其他的光斑即雜散光。得到照度圖后，從像面出發(fā)，采用反向追跡的方法向前搜尋雜散光的來源。先將TracePro中屏幕的入射光線另存為反向光源文件，然后利用MatLab強大的數(shù)據(jù)處理功能對不同區(qū)域的光線進(jìn)行篩選，需要分析的光線保留，不需要分析的光線刪除。使用新生成的光線文件進(jìn)行光線追跡。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）投影區(qū)域四周條狀亮斑來自PBS的倒邊及上下磨砂面；（2）投影區(qū)域四頂角外的三角型亮斑來自隔圈內(nèi)表面；（3）最外部圓環(huán)狀亮斑來自二號鏡片的邊緣及鏡筒內(nèi)壁。

針對第（1）點，首先在PBS棱邊涂消光漆改善其散射屬性，實際PBS棱邊涂消光漆后依然存在散射雜光，只是強度有所降低。若進(jìn)一步在PBS出射面與成像物鏡之間增加擋光片予以遮擋，則該處雜散光不可見。擋光片尺寸的確定以不遮擋成像光線為原則，以免引入額外漸暈影響像面均勻性。針對第（2）、（3）點，隔圈內(nèi)表面、鏡筒內(nèi)壁及二號鏡片邊緣涂黑[9]。如圖4所示，仿真及實驗均表明采取以上措施后（2）、（3）兩處雜散光基本消除。

3 結(jié) 論

利用TracePro軟件對LCoS投影光引擎的雜散光進(jìn)行了仿真分析，針對不同成因的雜光提出了抑制措施，并且實驗驗證了其可較好抑制各部分雜光。基于上述分析可得出以下結(jié)論：

照明設(shè)計時為保證LCoS被均勻照明需對經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡的出射圓斑進(jìn)行裁剪，沒有被利用的那部分光線是雜散光的主要來源。直接暴露在這部分光斑下的關(guān)鍵面（從鏡頭往里可被看見的機構(gòu)件及光學(xué)元件表面）應(yīng)做消光處理，必要時增加攔光裝置對關(guān)鍵面的散射雜光予以阻擋。

鏡筒內(nèi)壁、鏡片邊緣、隔圈內(nèi)表面等關(guān)鍵面應(yīng)做涂黑消光處理以抑制散射雜光。機械設(shè)計時應(yīng)盡量使照明與成像兩部分隔開，避免照明系統(tǒng)漏光經(jīng)散射后經(jīng)由物鏡成像。

參考文獻(xiàn)：

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球面透鏡的光學(xué)特性范文3

關(guān)鍵詞： 國家標(biāo)準(zhǔn)； 光學(xué)制圖； 對比； 建議

中圖分類號： TN 201文獻(xiàn)標(biāo)識碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.05.004

引言在工程技術(shù)界中，由于“形”信息的重要性，工程技術(shù)人員均把掌握工程圖學(xué)作為基本素質(zhì)及基本技能來看待。圖紙是工程人員的語言，而光學(xué)圖紙就是光學(xué)專業(yè)工程技術(shù)人員的語言。要掌握一門語言，就應(yīng)該掌握它的發(fā)音方法、語法結(jié)構(gòu)和規(guī)則，光學(xué)制圖的國家標(biāo)準(zhǔn)就是起到這樣的作用。它是我國光學(xué)領(lǐng)域的一項重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，是企業(yè)、工廠選擇光學(xué)材料、制訂工藝規(guī)程和進(jìn)行光學(xué)加工、檢驗的依據(jù)[1]，為保障我國光學(xué)產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)間的相互溝通發(fā)揮了重要的作用。《光學(xué)制圖》國家標(biāo)準(zhǔn)的最早版本是GB 1331-77，1991年改版為GB 13323-91[2]。1991版光學(xué)制圖標(biāo)準(zhǔn)實施已達(dá)20年，對我國光學(xué)行業(yè)的影響是根深蒂固的。隨著國家光學(xué)行業(yè)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步和我國加入世界貿(mào)易組織后與國際交流的日益頻繁，國際標(biāo)準(zhǔn)的影響日漸增大。由于GB 13323-91與ISO 10110-1《光學(xué)和光子學(xué) 光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)繪圖準(zhǔn)備 第1部分：總則》在很多方面有明顯區(qū)別，造成在行業(yè)溝通中出現(xiàn)一些分歧。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，暢通和開拓國際間技術(shù)交流渠道，新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13323-2009[3]《光學(xué)制圖》應(yīng)運而生。2009版標(biāo)準(zhǔn)主要參考了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10110-1：2006[4]，與1991版標(biāo)準(zhǔn)相比有很大的變化。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)2009.12.15，從2010.02.01開始實施，至今已有兩年了。從實際情況來看，新標(biāo)準(zhǔn)的實施與推廣效果并不明顯，國內(nèi)圖紙絕大部分仍按1991版標(biāo)準(zhǔn)繪制，甚至現(xiàn)在還有很多技術(shù)人員不知有2009版新標(biāo)準(zhǔn)。造成這種現(xiàn)象的原因，一方面是由于對新標(biāo)準(zhǔn)的宣貫不力，另一方面是由于新標(biāo)準(zhǔn)與1991版標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別較大，缺乏相應(yīng)的解讀資料，技術(shù)人員不易于接受和執(zhí)行，因此實施的難度大。文中詳細(xì)說明和分析了新舊標(biāo)準(zhǔn)的不同之處，并指出了新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中需注意的一些問題，給出了實施建議。1《光學(xué)制圖》國家標(biāo)準(zhǔn)改版的必要性與意義工程類制圖標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，不但是工程技術(shù)界的語言，而且是一切工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)[5]。1991版《光學(xué)制圖》國家標(biāo)準(zhǔn)是以工程類制圖標(biāo)準(zhǔn)為主要依據(jù)，增加了光學(xué)零組件方面的技術(shù)要求和表示方法的說明，引用標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。光學(xué)儀器標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱引用時的版本標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀GB 131機械制圖 表面粗糙度代號及其注法GB 131-83改版為GB/T 131-2006《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法》GB 1204光學(xué)零件的倒角GB 1204-75作廢，調(diào)整為JB/T 10567-2009《光學(xué)零件的倒角》GB 1316光學(xué)零件鍍膜 減反射膜GB 1316-1988作廢，調(diào)整為JB/T 8226.1-1999《光學(xué)零件鍍膜 減反射膜》GB 1322光學(xué)零件鍍膜 內(nèi)反射膜GB 1322-1988作廢，調(diào)整為JB/T 8226.4-1999《光學(xué)零件鍍膜 內(nèi)反射膜》GB 4457.1機械制圖 圖紙幅面及格式GB 4457.1-1984作廢，被GB/T 14689《技術(shù)制圖 圖紙幅面及格式》替代GB 4457.2機械制圖 比例GB 4457.2-1984改版為GB/T 4457.2-2003《技術(shù)制圖 圖樣畫法 指引線和基準(zhǔn)線的基本規(guī)定》GB 4457.3機械制圖 字體GB 4457.3-1984作廢，被GB/T 14691《技術(shù)制圖 字體》替代GB 4457.4機械制圖 圖線GB 4457.4-1984改版為GB/T 4457.4-2002《機械制圖 圖樣畫法 圖線》GB 4457.5機械制圖 剖面符號GB 4457.5-1984仍為現(xiàn)行GB 4458.1機械制圖 圖樣畫法GB 4458.1-1984改版為GB/T 4458.1-2002《機械制圖 圖樣畫法 視圖》GB 4458.2機械制圖 裝配圖中零、部件的序號及其編排方法GB 4458.2-1984改版為GB/T 4458.2-2003《機械制圖 裝配圖中零、部件序號及其編排方法》GB 4458.3機械制圖 軸測圖GB 4458.3-1984仍為現(xiàn)行有效GB 4458.4機械制圖 尺寸注法GB 4458.4-1984改版為GB/T 4458.4-2003GB 4458.5機械制圖 尺寸公差與配合的注法GB 4458.5-1984改版為GB/T 4458.5-2003《機械制圖 尺寸公差與配合注法》――――――新增GB/T 4458.6-2002《機械制圖 圖樣畫法 剖視圖和斷面圖》GB 4459.1機械制圖 螺紋及螺紋緊固件的畫法GB 4459.1-1984已改版，整體不適用于光學(xué)元件GB 4459.2機械制圖 齒輪畫法GB 4459.2-1984已改版，整體不適用于光學(xué)元件GB 4459.3機械制圖 花鍵畫法GB 4459.3-1984已改版，整體不適用于光學(xué)元件GB 4459.4機械制圖 彈簧畫法GB 4459.4-1984已改版，整體不適用于光學(xué)元件GB 4459.5機械制圖 中心孔畫法GB 4459.5-1984已改版，整體不適用于光學(xué)元件GB 4460機械制圖 機構(gòu)運動簡圖符號GB 4460-1984仍為現(xiàn)行有效GB 10609.1技術(shù)制圖 標(biāo)題欄GB 10609.1-1989改版為GB/T 10609.1-2008GB 10609.2技術(shù)制圖 明細(xì)欄GB 10609.2-1989改版為GB/T 10609.2-2009中國于2001年加入世界貿(mào)易組織后，各項標(biāo)準(zhǔn)向國際標(biāo)準(zhǔn)看齊，機械制圖和技術(shù)制圖的國家標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)于國際標(biāo)準(zhǔn)都進(jìn)行了相應(yīng)的修改，以之為主要基礎(chǔ)的光學(xué)制圖標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)隨之作相應(yīng)修改。從表1中可以看出，（1）原標(biāo)準(zhǔn)所引用的標(biāo)準(zhǔn)大部分發(fā)生了變化；（2）部分標(biāo)準(zhǔn)已作廢或被替代，如GB 1204、GB 1316、GB 1322、GB 4457.1、GB 4457.3；（3）還有部分引用標(biāo)準(zhǔn)不適用于光學(xué)元件，應(yīng)取消，如GB4459、GB 4460。我國加入國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO后，早在20世紀(jì)80年代初期就已明確提出應(yīng)采用ISO標(biāo)準(zhǔn)并貫徹于技術(shù)領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)的要求。光學(xué)制圖的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10110于1996年首次，其中ISO 10110-1于2006年進(jìn)行了改版，為進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)化水平和貫徹最新國際標(biāo)準(zhǔn)，對光學(xué)制圖國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂十分必要。另一方面，1991版《光學(xué)制圖》在表達(dá)方式上較多地使用了文字?jǐn)⑹觯瑥膱D紙版面設(shè)置上來說，是用文字將“對材料的要求”、“對零件的要求”、“對膠合件的要求”以專用表格的形式列于圖紙的右上角。從有利于標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和便于各國之間技術(shù)交流的角度出發(fā)，應(yīng)在圖樣中少出現(xiàn)漢字，盡量以數(shù)字或字母代號來表示各項參數(shù)。2新舊標(biāo)準(zhǔn)主要變化GB/T 13323-2009對應(yīng)ISO 10110-1：2006《光學(xué)和光子學(xué) 光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)繪圖準(zhǔn)備 第1部分：總則》，一致性程度為非等效。與ISO 10110-1：2006的主要差異在于：刪除了國際標(biāo)準(zhǔn)的序言和前言；根據(jù)ISO 10110-1：2006及我國標(biāo)準(zhǔn)用語習(xí)慣對標(biāo)準(zhǔn)范圍及符號作了重新編寫；參考并補充了ISO 10110-8、ISO 10110-10、ISO 10110-12相關(guān)部分的內(nèi)容。總體來說，與ISO 10110-1：2006是基本一致的，而與GB 13323-91相比，變化十分明顯。主要變化內(nèi)容如下：（1）修改了標(biāo)準(zhǔn)范圍：增加了對尺寸、公差標(biāo)注的規(guī)定。（2）修改了光軸的標(biāo)注方法：1991版中以單點劃線表示光軸，而2009版中為了區(qū)別光軸和中心線，特別規(guī)定要以雙點劃線表示光軸，單點劃線只是用于表示中心線。（3）在描述方面，將GB 13323-91的毛面修改為非拋光面。（4）修改了附錄A（資料性附錄）的示例，并增加了非球面透鏡的圖樣標(biāo)注方法。（5）修改了光學(xué)零件圖樣的列表格式及內(nèi)容：此處變化非常明顯，整個圖面的排版布局都完全不同。1991版是在右上角列表，2009版是在圖面下方列表或是引線標(biāo)注，且各項要求的標(biāo)注方法也不同，后面將詳細(xì)說明。（6）修改了對材料的要求的標(biāo)注方法，1991版中對材料的各項要求基本都執(zhí)行GB 903-87《無色光學(xué)玻璃》[6]，在2009版中，“氣泡度”執(zhí)行GB/T 7661-2009《光學(xué)零件氣泡度》[7]的最新標(biāo)準(zhǔn)，雙折射和非均勻性暫無單獨的國家標(biāo)準(zhǔn)與之對應(yīng)，所做的公差標(biāo)注方法的修改是在附錄B（規(guī)范性附錄）中詳細(xì)描述。具體修改內(nèi)容后續(xù)將詳細(xì)說明。（7）增加了表面結(jié)構(gòu)的公差的標(biāo)注方法，并將其內(nèi)容放入附錄C（規(guī)范性附錄）。3需注意的重要修改部分在表述上，參照ISO 10110-1：2006，將原標(biāo)準(zhǔn)中“對材料的要求”和“對零件的要求”統(tǒng)稱為“缺陷公差”，缺陷公差項目的表示方法對比如表2所示。

3.1材料缺陷標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生顯著變化GB 13323-91中，材料缺陷公差項目都以文字說明來表示，在“對材料的要求”列表中左側(cè)顯示，右側(cè)對應(yīng)的是按GB 903-87《無色光學(xué)玻璃》執(zhí)行的等級表示。GB/T 13323-2009則取消了所有的文字表示，均以數(shù)字碼作為不同材料缺陷公差代號。最重要的是，各公差執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了顯著變化。（1）應(yīng)力雙折射在1991版中，“應(yīng)力雙折射”按照GB 903-87《無色光學(xué)玻璃》，其等級有中部應(yīng)力和邊緣應(yīng)力兩種表示方法。在2009版中，參考了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10110-2：1996，不再區(qū)分中部應(yīng)力和邊緣應(yīng)力，直接以樣品單位程長內(nèi)的光程差（OPD）表示，且不再以數(shù)字代號作為等級標(biāo)志，直接以光程差大小表示，即“0/”后面所跟的數(shù)字即為允許的OPD值大小。（2）氣泡度在1991版中，材料的“氣泡度”按GB 903-87《無色光學(xué)玻璃》執(zhí)行的等級表示。除“對材料的要求”中有氣泡度要求外，在“對零件的要求”中也有對光學(xué)零件氣泡度的要求，以字母“q”表示，執(zhí)行的是GB 7661-87《光學(xué)零件氣泡度》，導(dǎo)致氣泡度標(biāo)注較為混亂。在2009版中，“氣泡度”以數(shù)學(xué)碼“1”表示，執(zhí)行GB/T 7661-2009《光學(xué)零件氣泡度》的最新標(biāo)準(zhǔn)。對氣泡度的要求做了統(tǒng)一規(guī)定，不再出現(xiàn)重復(fù)標(biāo)注現(xiàn)象。該標(biāo)準(zhǔn)參考了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10110-3：在圖紙上的標(biāo)注為1/N×A，其中N是氣泡和雜質(zhì)的數(shù)目，A是氣泡和雜質(zhì)投影面積的平方根，以mm計。（3）非均勻性和條紋光學(xué)零件內(nèi)部折射率的逐漸變化的最大折射率與最小折射率之差，在GB 13323-91中，稱之為“光學(xué)均勻性”，而在GB/T 13323-2009中，則根據(jù)其實際意義改稱為“非均勻性”。GB/T 13323-2009中，認(rèn)為“條紋”也是“非均勻性”的一種表現(xiàn)形式，所以“非均勻性”和“條紋”統(tǒng)一用數(shù)字碼“2”表示，即“2/”所跟的兩個數(shù)字，前者指“非均勻性”，后者指“條紋”。在1991版中，按GB 903-87《無色光學(xué)玻璃》執(zhí)行的等級表示，光學(xué)均勻性類別的數(shù)值越小，代表折射率微差越小；條紋度等級表示數(shù)字越小或字母越靠前，代表材料的條紋等級越好。而在GB/T 13323-2009中，“非均勻性”、“條紋”的分類方法與ISO 10110-4是一致的，與GB 13323-91則正好反過來，數(shù)字越大，代表“非均勻性”和“條紋”要求越高。此處非常容易混淆，在看圖紙時一定要注意，材料的生產(chǎn)方和使用方必須予以特別當(dāng)心[8]。

3.2加工缺陷標(biāo)注變化GB 13323-91中，加工缺陷公差在“對材料的要求”列表中左側(cè)顯示公差代號，右側(cè)對應(yīng)的是按各相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的等級標(biāo)注。在2009版中，主要差別體現(xiàn)在公差項目代號的不同，見表2。

需要注意的是，表面疵病所執(zhí)行的《光學(xué)零件表面疵病》最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1185-2006[9]中規(guī)定是以字母“B”為代號，而光學(xué)制圖新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定是以數(shù)字代碼“5”表示。繪圖識圖時，代號應(yīng)按GB/T 13323-2009，以“5”表示，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)按GB/T 1185-2006。隨著高能激光在軍事和民用技術(shù)領(lǐng)域越來越廣泛地應(yīng)用，抗激光輻射損傷閾值成為激光系統(tǒng)中對光學(xué)零件的一項重要技術(shù)要求。該指標(biāo)指的是光學(xué)零件受到激光輻射后，導(dǎo)致表面破壞概率為零的最大能量密度或功率密度，它與材料的結(jié)構(gòu)和性能、表面光滑程度、膜層結(jié)構(gòu)與性能以及膜層與材料的結(jié)合性能有關(guān)。該項指標(biāo)在1991版中無體現(xiàn)，目前國家標(biāo)準(zhǔn)中也尚無與之相對應(yīng)的要求和規(guī)范，主要參考國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10110-17：2004《光學(xué)和光學(xué)儀器 光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)圖樣 第17部分：抗激光破壞閾值》[10]，以代號“6”表示該指標(biāo)。

3.3表面結(jié)構(gòu)公差標(biāo)注變化表面結(jié)構(gòu)公差即表面粗糙度的標(biāo)注。在GB 13323-91中，未對光學(xué)零件表面粗糙度的標(biāo)注做專門說明，執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 131《機械制圖 表面粗糙度代號及其注法》和GB 1031《表面粗糙度 參數(shù)及其數(shù)值》即可。光學(xué)工作者普遍認(rèn)為，用機械表面標(biāo)準(zhǔn)表述光學(xué)表面是極不充分的，尤其是在超光滑表面、高功率激光光學(xué)等方面，表面粗糙度是一個相當(dāng)重要的參數(shù)[8]，不能簡單套用機械表面標(biāo)準(zhǔn)。2009版光學(xué)制圖標(biāo)準(zhǔn)中對光學(xué)零件表面粗糙度的標(biāo)注參考了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10110-8：1997《光學(xué)和光學(xué)儀器 光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)圖樣 第8部分：表面質(zhì)地》[11]中對光學(xué)零件表面粗糙度的要求，將光學(xué)表面分為粗糙表面和拋光表面。粗糙表面結(jié)構(gòu)用字母G（Ground）表示輪廓面，其微觀輪廓要求用輪廓均方根偏差Rq來度量。拋光表面結(jié)構(gòu)用字母P（Polished）表示輪廓表面，有四種表示方式：（1）無輪廓微缺陷要求的拋光表面，直接以“P”表示；（2）帶有輪廓微觀缺陷要求的拋光表面，字母P的右側(cè)數(shù)字表示可允許的輪廓微觀缺陷密度等級（P1～P4四級）；（3）輪廓均方根偏差Rq；（4）功率頻譜密度函數(shù)（PSD）的定量方法，該項指標(biāo)對于在高技術(shù)強激光應(yīng)用中確定超光滑表面特性特別有用。4應(yīng)注意的問題和實施建議透鏡圖示例如圖1所示。

圖1GB/T 13323-2009透鏡圖示例

Fig.1Drawing of lens according to GB/T 13323-2009

結(jié)合透鏡圖示例和前面的分析，在新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中需重點注意以下幾點問題：（1）首先要注意整體圖面的布局變化，改變在圖面右上角進(jìn)行各項要求說明的習(xí)慣，而改為在圖面下方列表說明或引線說明的方式。（2）注意各項指標(biāo)代號的變化和等級表示方法的變化。尤其是對材料的應(yīng)力雙折射、非均勻性和條紋的標(biāo)注，其等級描述與1991版是恰好相反的，千萬不能搞錯。（3）由于一項國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂、改版是需要很長時間的，因此難免出現(xiàn)相關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)未能完全配套的現(xiàn)象，如表面疵病的最新國家標(biāo)準(zhǔn)與該標(biāo)準(zhǔn)中疵病的代號就不同，但兩個標(biāo)準(zhǔn)都是現(xiàn)行有效的最新標(biāo)準(zhǔn)，又如GB 903-87《無色光學(xué)玻璃》也依然是現(xiàn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)，但其中各項指標(biāo)的標(biāo)注在相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)里均有較大的變更，這些都是技術(shù)人員在看圖、識圖、繪圖的過程中要特別注意的地方。對于更好地貫徹和實施該標(biāo)準(zhǔn)，提出以下幾點建議：（1）及時了解和掌握最新標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)，樹立標(biāo)準(zhǔn)化意識。標(biāo)準(zhǔn)中已說明不注日期的引用文件是以最新版本為準(zhǔn)，所以一定要及時跟蹤掌握，查用現(xiàn)行有效的最新標(biāo)準(zhǔn)。（2）認(rèn)真學(xué)習(xí)與審慎理解標(biāo)準(zhǔn)各條文的含義和內(nèi)在要求，由于標(biāo)準(zhǔn)編寫有規(guī)范的結(jié)構(gòu)和用語，言簡意賅，不能淺嘗輒止，避免出現(xiàn)曲解或誤用現(xiàn)象。5結(jié)論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步及國際交流的日益頻繁，國家標(biāo)準(zhǔn)跟蹤國際標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而發(fā)展，需要不斷地制定、修訂、充實和更新。對于光學(xué)工程技術(shù)人員而言，正確理解和認(rèn)識修訂改版后的《光學(xué)制圖》國家標(biāo)準(zhǔn)十分重要。通過對新舊標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)解讀，指出了新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中需注意的一些問題，并給出了實施建議，讓技術(shù)人員更易接受理解，從而更快推動新版《光學(xué)制圖》國家標(biāo)準(zhǔn)的貫徹與執(zhí)行。參考文獻(xiàn)：

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