衍射非球面是一种特殊形状的光学元件，其曲率在不同方向上不均匀变化，与传统的球面形状不同，在衍射非球面上，光线通过非球面的表面时会发生衍射现象，这种衍射会使得光线的波前形状被改变，从而实现特定的光学功能，提高成像质量和性能。

衍射非球面

衍射光学元件是以光的衍射效应为基本工作原理，通过表面微浮雕结构来调制入射波面，从而得到所希望的波面。为了实现更丰富的光学功能，增加光学设计自由度，通常把衍射元件的微结构叠加在非球面的基底上。

在光学设计软件 CODE V 中，旋转对称衍射面表示为：

式中：n1、n2 分别是衍射面之前的介质折射率和衍射面之后的介质折射率；λ0为等效设计波长；c1、c2、c3 分别是衍射面2、4、6 次相位系数；HOR为衍射级次。从公式中可以看出，衍射面方程涵盖了非球面基底以及衍射微结构特征，其光学设计含义如下图所示。衍射光学元件是将连续折射 面形折叠为衍射结构，在达到相同光学性能的条件下，实现光学系统的小型化及轻量化。

衍射非球面广泛应用于各个领域，包括光学镜头、显微镜、摄影镜头、激光光束整形、天文望远镜等，它们在科学研究、医疗诊断、工业检测、通信传输等领域中发挥着重要作用。通过精确的光学设计和加工工艺，衍射非球面镜片可以实现更广阔的视场、更高的分辨率和更好的像差控制。

非球面衍射型多焦人工晶状体图

在光学领域，衍射非球面镜片的测量一直是一项具有挑战性的任务，主要有以下难点：

1、测量精度要求高：非接触式测量方法通常无法像接触式测量那样直接获取精确的测量数据，测量过程中任何微小的误差都可能影响到最终的光学效果；

2、测量环境要求严格：由于衍射非球面零件的尺寸和形状复杂，在测量过程中需要保持一定的环境条件，如噪音、震动、温度等；

3、测量范围要求广：衍射非球面的测量范围需要覆盖其整个表面，包括各种曲率和尺寸，这需要测量设备具有足够的测量范围和精度；

4、数据处理难度大：测量得到的数据需要进行复杂的处理和分析，以获得准确的表面形状和尺寸信息，这需要具备相应的数据处理技能和经验。

以往国内能够检测高精度衍射非球面镜片参数的专业测量设备基本依赖进口，为了满足市场对衍射非球面测量的需求，中图仪器SJ5900光学型轮廓仪新增衍射非球面测量功能，为衍射非球面镜片高质量生产保驾护航。

SJ5900光学型轮廓仪

SJ5900光学型轮廓仪解决方案：

1、高精度接触式测量：采用超高精度纳米衍射光学测量系统，仪器精度达高水平（仪器直线度≤0.25μm/200mm，大范围形貌微观轮廓Pt≤0.3μm），通过测针接触镜片扫描实现高精度的衍射非球面测量；

2、一体封闭式：一体封闭式外观减少外界噪声，气浮减震系统隔绝环境振动；

3、测量范围：X行程可达200mm，测针扫描高度最大可达24mm，基本覆盖大多数非球面有效口径范围；

4、定制个性化方案：可提供个性化定制服务，根据用户的特定需求进行设计和调整，以满足用户的要求和应用。

5、智能软件系统：

1）强大的数据处理系统，能够对测量数据进行实时处理，并提供详尽的数据分析和报告，操作简便。用于厂家生产设备的修正

2）准确分析衍射区台阶参数（宽度、高度）

3）智能显示理论曲线与实测曲线对比图（原始轮廓曲线、形状误差曲线）

4）针对每一个衍射区计算出带有公差的参数：角度，高度，形状误差，pt等

测量示例

衍射面测量

衍射面分析

扫描原始图

实测曲线与理论曲线形状误差结果对比

形状误差结果

衍射形状误差结果

衍射面测量报告：可定制个性化测量报告，数据导出用于生产设备修正。

不论是光学系统制造、激光设备领域还是科学研究，SJ5900光学型轮廓仪都是实现高质量生产、提升生产效率的利器。