如何選擇透射球面鏡：孔徑、f/# 與波前

By Zygo | Published: 2026-10-15

Category: 購買指南

透射球面鏡選擇實用指南：將孔徑與F值匹配至待測件，確認波前品質，並選擇正確的安裝配件。

快速解答

將傳輸球面的清晰孔徑與您需要測試的最大光學元件相匹配，然後選擇仍能覆蓋該孔徑的最快 f 值。確認波前規格足夠嚴格以滿足所需的量測不確定度。最後，檢查安裝以及您需要的任何轉換器配件，以安全地將光學元件固定在測試光束中。

透射球體的清晰孔徑決定了其可傳遞的測試光束的最大直徑。如果您購買的球體太小，則完全無法測試較大的光學元件。如果您購買的球體遠大於所需，您將為可能永遠不會使用的玻璃和對準複雜性付費。首先列出您在未來幾年內預計要測試的最大和最小零件，然後選擇一個孔徑，該孔徑能覆蓋最大的零件，並留有少量對準餘量。

孔徑也會影響測試光束的可使用量。較大的球體可能會產生過度填充小零件的光束，浪費光線並可能增加雜散反射。在實踐中，大多數實驗室會選擇一兩種孔徑尺寸來涵蓋大部分工作，其餘的則使用轉接器或轉換器。

光圈值（f/#）描述光錐從球面匯聚或發散的速度。較低的光圈值表示更陡的光錐，讓您能測試更彎曲（更快）的表面。較高的光圈值產生較慢的光錐，更適合近乎平坦或曲度平緩的表面。傳輸球面的光圈值必須與測試表面相容；如果光錐太快，可能無法對齊返回光束；如果太慢，則可能損失靈敏度或浪費光圈。

在給定光圈下，較快的球面通常更難達到指定的波前品質，因此在速度與可達到的精度之間存在取捨。如果您的工作主要針對慢速光學，通常可以用相同的預算選用較慢但波前性能更佳的球面。

透射球面的波前規格通常以指定波長下的波數 PV（峰谷值）表示。1/20 波 PV 球面是常見的高品質參考標準，但您應確認波長與測試條件。球面的波前誤差會直接加入您的量測誤差，因此應佔總誤差預算的一小部分。

請勿假設更嚴格的波前數值對您的應用一定更好。如果您的測試工件或環境會引入較大的誤差，高階球面可能無法改善最終結果。請將球面的波前與您實際需要的不確定度相匹配，並考量量測是用於生產篩檢還是最終驗證。

傳輸球體的效能取決於其安裝座。安裝座必須牢固地固定球體，且不產生會扭曲波前的應力。它還需要相對於干涉儀和測試部件精確定位球體。在某些設置中，會使用孔徑轉換器來將較小的球體適配到較大的測試光束；該轉換器隨後需要其自身的穩定支架，以保持其水平並對齊。

檢查安裝座是否與您現有的干涉儀相容，以及是否需要額外的轉接器。如果您計劃使用轉換器，請確認支架將其保持在正確的方向，並且組合組件在測量過程中不會下垂或移動。

先選擇光圈： 選擇仍能以小幅餘裕涵蓋最大測試零件的最小光圈。4 吋球體可處理許多常見光學元件；僅在您定期測試較大零件時，才改用 6 吋球體。 如果不確定，請先使用 4 吋球體，日後如有需要再新增轉換器。
將 f/# 與表面曲率匹配： 對於強烈彎曲的表面，使用快速球體（低f/#）；對於較平坦的表面，使用較慢的球體。錐體必須與測試表面匹配，以避免對齊問題。 在購買前，列出您彎曲度最大的測試零件的f/#。
波前預算： 選擇一個僅佔總誤差預算一小部分的波前規格。1/20 波PV球體是高精度工作的良好預設，但您可能在生產篩選中不需要它。 如果您的測試環境有雜訊，高階球體可能無法改善結果。
安裝與配件： 確認支架適合您的干涉儀，並能無應力地固定球體。如果使用轉換器，請規劃穩固的底座以保持水平。 將支架及任何轉換器底座的費用納入總成本預算。