计算机控制使非球面加工不再成为难题

　　非球面元件可以使复杂的多元件设计变得异常简单，同时它们可以提高设计者设计出高性能光学系统的能力。在一个多元件系统中，一个非球面元件可以替代两个，有时是三个球面元件。对于红外(IR)系统来说，非球面可以使用，因为很多红外材料都适合于单点金刚石车削。与此相反，可见光系统当中所使用的脆性光学玻璃是典型的不适合于金刚石车削的材料。

　　用这些材料制造非球面目前还没有柔性、低消耗的方法。这一难题限制了具有高性能光学几何形状的零件的使用，同时也激励了光学加工技术的发展。

　　尽管非球面元件的制造费用高昂，但大量军用和商业系统中还需要这些光学元件。以Javelin反坦克导弹发射装置为例，使用非球面透镜允许设计者减少光学元件的数量，在提高光学透射率及综合性能的同时减少了系统的重量、尺寸、复杂程度及成本。红外材料锗的价格相对较贵，所以减少不必要光学元件的数量对于降低成本有很重要的作用。其它从使用非球面中获益军用光学系统还包括MIAZ潜望镜、反坦克导弹的红外前视系统、MIAZ光学系统升级、先进火炮系统中的可见及红外通道、未来步兵的作战工具、12防尘眼镜，以及先进的激光眼睛保护镜等。

　　一些产品，例如医用成像设备、防碰撞系统、光纤藕合装置、计算机光学数据存储高清晰度电视等也将从使用非球面中获益.一个非常好的例子是用于德克萨斯仪器公司(Tl，Dallas，TX)的数字多镜显示系统(DMD)中的非球面聚光镜。系统的放大率要求它具有极其高的光学分辨率。单独采用球面系统不能满足这样高的要求，采用非球面透镜是唯一的选择。

　　光学工业要求有一种经济上可以承受的制造非球面的方法。所需要的元件并不是望远镜当中的抛物镜，而是传统可见光系统当中的高次玻璃非球面。例如，Roehester大学的光学制造中心(COM)就已经收到了美国精密光学制造协会成员的请求，委托其加工直径为3一50mm，最大非球面度达12级即600um的非球面零件，这些零件的精度要求小于1um。然而对于这些透镜来说还不存在一种既快速又省钱的加工方法。

　　在为满足工业要求所进行的努力当中，COM与Tl合作扩展了该中心的Optieam计算机控制铣磨系统及磁流变抛光技术(MRF)，用以加工DMD投影系统中所需要的非球面元件。直径为47mm的平凸非球面的曲面是一个非球面度为140um的双曲面。其面形精度要求为0.93um(P一V值)，半径误差小于0.1%。

　　非球面的计算机控制加工

　　OPticam是一个计算机控制铣磨系统，加工工件的直径从10到10omm(见LaserFoeusWorld1992年7月第146页)。一个高速的刀具主轴驱动粗、中、细等几种粒度的金刚石砂轮成形高精度的球面。加工精度为:面形误差小于1个波长，表面粗糙度小于20nm，下表面破坏层深度小于2拼m。球面零件经过不到10分钟的铣磨加工后即可直接进行抛光。利用同样的设置，还可以在OPticam上完成定心、磨边、倒角等工序加工。