非球面是对偏离球面的曲面的总称。非球面包括回转对称非球面，离轴非球面以及自由曲面等。

  相比球面只有曲率半径和口径两个自由度，非球面具有更高的自由度，以此来实现更多的功能。一方面，非球面能轻松实现高阶像差的修正，进而获得更高的成像质量；另一方面，一片非球面能够达到多片球面镜才能实现的效果，有利于减小光学系统的体积与重量。这在需要兼顾系统载荷与成像质量的现代光学系统中显得很重要。

  这篇文章分析了非球面参数测量与传统面形误差测量的不同，揭示了参数测量的内在本质，对现有的非球面参数测量技术的分类提出了新的观点，并概述了可能的未来趋势与挑战。

  非球面的测量技术大致上可以分为两种，面形测量与参数测量。面形是指待测面在空域中的三维分布。面形的测量结果通常用表面高度来表示，表面高度是一个以长度为单位的（x，y）坐标的函数。非球面参数是定义明确的，可以从面形导出的物理量。面形和参数的测量都可拿来评估非球面的质量。

  面形测量能获取被测面与理想模型在空域上的偏差，从而能够有效的指导光学加工，在光学制造中有着广泛的运用。理论上，只要系统中每个表面的面形误差都足够小，光学系统就可以满足要求。然而，在实际的系统中，很少给每个表面都分配极小的面形误差，因为这将会显著的增加成本。如何准确分配光学系统中每个表面的加工指标，是光学加工中的重要课题。

  参数测量可以获取被测面与理想模型在对光束调制功能上的偏差，从而可以轻松又有效的评估待测面是否可以在光学系统中发挥预期作用。对系统中各非球面的各项参数进行测量以后，将测量结果代入光学设计软件，即可通过光线追迹判定待测面是否满足系统要求。

  简而言之，面形测量为加工提供了方向，参数测量则为加工提供了一个合适的终点。一个成熟的、经济的、高效的测量方案，需要对两种测量方法进行合理运用与组合。

  作者根据对测量数据的处理方法，将参数测量方法分为两类：广义拟合法与曲率中心法。

  将仪器中获取的数据，直接用于拟合参数。作者将这种方法定义为广义拟合法。广义拟合法可以实现对所有非球面参数的高精度测量，在非球面参数测量中存在广泛的应用。根据测量数据的类型，可以将广义拟合法分为三种类型：直接拟合法（绝对面形），干涉法（波前像差），以及几何法（表面梯度）。

  在精确获取非球面绝对面形以后，对其直接进行拟合，即可获取非球面参数。由于非球面面形测量技术的逐渐成熟，这种方法得到了广泛应用。然而，非球面绝对面形的精确测量成本普遍较高，效率较低。

  干涉法是一种高精度的光学测量方法，测试结果有着很好的溯源性。作者课题组在非球面干涉法测量领域进行了多年研究，可以同时实现面形与参数的高精度测量。不过其测试装置较为复杂，成本比较高，测量范围相对较小。

  相较于干涉法，几何法的测试结果缺少溯源性，然而其测试装置结构相对比较简单，成本较低，有着较大的测试范围。

  将仪器中获取的数据，用于定位非球面的曲率中心。作者将这种方法定义为曲率中心法。曲率中心法大多用于测量二次非球面的曲率半径，其通用性较差，无法测量非球面的高阶系数。

  得益于非球面面形测量方法的逐渐成熟，直接拟合法有着高精度、高通用性的优点，在非球面参数测量中得到了广泛应用。而干涉法、几何法与曲率中心法在测试准确性、通用性和成本控制方面具有不一样的优势。

  近些年来，针对非球面参数测量的方法与技术蒸蒸日上。在不同的测试场景中，针对不同的待测面与参数，有不一样的适用方法。然而，跟着社会与科学技术进步，各式先进光学系统的发展总是带来新的挑战。考虑精度、成本与通用性，将是参数测量技术发展的必由之路。（来源：先进制造微信公众号）

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