ISO 10110-52026 光学和光学仪器 - 光学元件和系统的图形制备 - 第5部分表面形状公差标准立项发展报告

ISO10110-5:2026《光学和光学仪器——光学元件和系统的图形制备——第5部分：表面形状公差》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Opticsandphotonics—Preparationofdrawingsforopticalelementsandsystems—Part5:Surfaceformtolerances摘要关键词：光学标准；表面形状公差；ISO10110；图形制备；光学检测；标准化Keywords:Opticalstandards;Surfaceformtolerances;ISO10110;Preparationofdrawings;Opticaltesting;Standardization一、引言表面形状公差是光学元件质量评定的核心参数之一，它规定了光学表面与理想几何形状之间的允许偏差范围，直接影响光学系统的成像质量、能量传输效率和波前特性。从传统的球面光学元件到现代的非球面、自由曲面元件，从可见光波段到深紫外光刻和红外热成像，光学元件面形精度要求已从微米量级提升至纳米甚至亚纳米量级，这对表面形状公差的标准化标注和精确评定提出了前所未有的挑战。ISO10110系列标准由国际标准化组织（ISO）下设的ISO/TC172“光学和光子学”技术委员会（SC1“基础和通用技术”分技术委员会）负责制定，是国际光学领域最具权威性和广泛适用性的图纸标注标准体系。该系列标准为光学元件和系统的图纸制备提供了统一的图形符号、标注规则和技术要求表达方法，被全球范围内的光学设计人员、制造工程师、质量检验人员以及光学软件开发商广泛采用。其中，ISO10110-5专门针对表面形状公差的标注与解释作出规定，是确保光学元件设计意图精确传递、避免跨国界和跨企业技术沟通歧义的关键技术文件。2026年5月，ISO10110-5:2026版本正式发布，这是该标准发展历程中的一次重要修订。本次修订充分吸纳了近年来非球面检测技术（如计算全息法、子孔径拼接法）、干涉测量数字化技术和自由曲面加工技术的进步成果，对表面形状公差的标注规则、允差带定义、评价方法及图纸表达方式进行了全面更新。本报告将从标准立项背景、技术内容分析、主要修订变化、行业应用前景及标准参与单位等方面，对该项标准的立项发展情况进行系统阐述。二、标准立项背景2.1光学制造技术发展驱动近年来，全球高端光学制造技术呈现三方面显著趋势。其一，非球面和自由曲面光学元件的应用范围从高端科研仪器扩展到消费电子（如手机镜头、AR/VR显示设备）、车载光学（如HUD抬头显示、激光雷达）和生物医疗设备等领域，市场需求的爆发式增长对非球面元件的面形检测和公差标注提出了标准化需求。其二，极紫外光刻（EUVL）和深紫外光刻（DUVL）技术的产业化推进，使光学投影物镜中反射镜和透镜的面形精度达到0.1nmRMS量级，传统以“光圈数”或“峰谷值”为主的标注方式已无法满足此类极端精度需求的表达。其三，计算全息（CGH）干涉检测、子孔径拼接干涉检测、相位恢复检测等数字化检测技术的日趋成熟，使得面形误差的空间频率成分（低频、中频、高频）可以被精确分离和定量评价，亟需标准层面将这些检测评价方法纳入统一规范。2.2国际标准体系完善需求ISO10110系列标准自1980年代开始制定以来，经历了多次修订和扩展。原ISO10110-5:2015版本在球面光学元件的面形公差标注方面形成了较为成熟的规则体系，但在非球面标注、面形误差功率谱密度（PSD）评价、结构性误差（如波纹度和粗糙度的区分）等方面仍存在标准空白。与此同时，美国军用标准MIL-PRF-13830B和德国工业标准DIN3140等区域性或国别性标准在某些技术细节上仍与ISO10110存在差异，增加了国际贸易中技术文件互认的难度。通过修订ISO10110-5，进一步统一国际光学图纸标注规则，消除技术壁垒，成为ISO/TC172/SC1工作组的优先事项。2.3产业界标准应用反馈ISO10110-5:2015版本在实际应用中暴露出若干需要解决的问题，包括：对于具有显著非旋转对称面形误差的光学元件（如离轴非球面），允差带定义不够清晰；对中频误差（波纹度）的标注方法缺失，导致部分高端光学系统在装配调试后发现中频误差引起的杂散光问题难以追溯；面形误差评价基准（最佳拟合面、设计面等）的选择规则缺乏明确指引，造成不同检测机构对同一元件给出不一致的合格判定结果。这些产业界反馈构成了本次标准修订的直接推动力。三、标准技术内容分析3.1标准范围与定位ISO10110-5:2026延续了该系列标准的基本框架，规定了光学元件和系统图纸中表面形状公差的标注方法、代号体系、允差带定义和检验判定规则。该标准适用于球面、非球面和自由曲面光学元件的图纸表达，覆盖从光学设计到加工检测的全流程技术沟通需求。标准与ISO10110系列的其它部分（如第1部分“术语”、第2部分“材料缺陷”、第3部分“表面粗糙度”、第6部分“中心偏差”等）形成完整的配套体系。3.2表面形状公差的表示方法修订后的标准进一步明确和扩展了表面形状公差的表示体系。在代号标注方面，标准采用“3/A(B/C)”的基本格式，其中数字3表示表面形状公差特征代号，A表示允许的峰谷值误差（以干涉条纹数N表示），B表示局部光圈数（ΔN），C表示旋转对称性偏差。标准规定，对于非旋转对称的像散偏差，允许增加附加标注。本次修订引入了对中频面形误差（波纹度）的标注规则，可通过补充功率谱密度（PSD）曲线或特定空间频率区间内的误差均方根值（RMS）来实现更精确的公差定义。3.3允差带的定义标准对不同类型的面形误差定义了明确的允差带评价方法。对于球面元件，以设计曲率半径为参考基准，允差带为两等距球面之间的区域；对于非球面元件，则允差带的定义基于最佳拟合球面或设计非球面两种参考基准，设计人员根据元件功能需求选择并标注。标准明确规定：当未特殊标注时，默认采用最佳拟合球面作为评价基准，以保证检测的可操作性。对于离轴非球面和自由曲面，标准要求在附注或附加文件中明确指明基准面的确定方法。3.4检验与符合性判定3.5与ISO10110-8的衔接关系在版本修订过程中，ISO10110-5与ISO10110-8（表面纹理）的边界划分进一步明确。ISO10110-8规定了表面粗糙度和波纹度的标注与评定方法，而ISO10110-5负责面形误差（低频误差）的标注。随着PSD方法的引入，两个标准在中频区域的衔接关系更加紧密，标准文本中增加了专门的协调性说明，以避免在实际应用中出现标注冲突或技术真空。四、标准的主要修订变化相较于ISO10110-5:2015版本，ISO10110-5:2026版主要呈现以下技术变化：第一，引入非球面和自由曲面的标准化标注规则，完善了离轴非球面、环形非球面等复杂面形的允差带定义和基准面选择方法。第二，新增中频面形误差（波纹度）的标注规则，建立了从低频到高频全覆盖的面形误差多尺度标注框架。第三，扩展了数字化检测技术的适用性说明，明确计算全息法和子孔径拼接法的测量不确定度分析和结果表达要求，使之与ISO15530系列标准中的测量不确定度评估体系相呼应。第四，将PV值、RMS值和PSD曲线三种评价指标相结合，构建了更加科学和完善的表面形状质量评价指标体系，采用RMS作为补充评价指标的做法扩展到更多应用场景。第五，更新了标准附录中的标注示例和图例，增加了非球面元件、自由曲面元件和大口径光学元件的标注实例，增强标准的可操作性和实用性。第六，完善了与ISO14999系列标准（光学元件和系统的干涉测量）在检测方法和数据处理方面的关联引用，提升了标准体系的内部一致性。五、标准应用前景与行业影响5.1高端光学制造领域ISO10110-5:2026的发布对高端光学制造领域具有重要的指导意义。在光刻机物镜系统中，数十枚透镜和反射镜的面形精度要求达到纳米量级，新标准提供的多尺度面形误差标注框架为光刻物镜的设计冻结、加工检测和系统集成提供了全链条的技术语言支撑。在空间光学遥感领域，大口径非球面主镜的面形精度直接决定遥感图像的分辨率和幅宽，新标准中对离轴非球面的标注规则的明确，将有效促进商业航天和卫星互联网等新兴领域的光学系统研制效率。5.2面向智能制造的数字化转型随着光学制造向数字化、智能化方向转型，光学图纸作为产品定义数据的核心载体，其标准化程度直接影响制造执行系统（MES）、质量管理系统（QMS）和产品生命周期管理（PLM）系统的数据交互效率。ISO10110-5:2026中表面形状公差信息的规范化表达，为光学元件三维模型标注（基于ISO16792等3D标注标准）和计算机辅助检测规划（CAIP）提供了统一的信息模型基础，有助于实现“设计-工艺-检测”全链路的数据贯通。5.3国际贸易与技术合作标准在国际贸易中的协调作用不可替代。新版ISO10110-5进一步消除了与主要光学工业国家标准之间的技术差异，降低了光学元件跨国采购中的技术沟通成本和贸易壁垒。对于我国光学制造企业而言，掌握并运用好新版标准，有助于提升产品国际竞争力，拓展海外高端光学市场。六、主要参与单位介绍中国计量大学是国内唯一以“计量”命名的高等学府，在光学计量测试领域具有深厚的学术积淀。该校光学与电子科技学院设有光学工程浙江省一流学科，建有“光学计量测试”教育部工程研究中心和“现代计量测试技术与仪器”浙江省重点实验室，长期从事光学面形干涉精密测量技术、极端精度光学元件检测方法以及光学计量标准器具的研究。在ISO10110-5:2026标准修订过程中，中国计量大学作为ISO/TC172/SC1的国内技术对口单位核心成员，深度参与了标准草案的讨论、技术验证和国际协调工作。学校的科研团队在非球面面形误差评价算法、干涉测量数据处理、测量不确定度评估等方面开展了系统的实验验证，为标准中检测方法条款的修订提供了有力的数据和理论支撑。学校依托中国计量大学光学计量测试团队，将国内外最前沿的科研成果转化为标准技术内容，推动我国在光学面形计量领域的技术积累向国际标准输出。此外，中国计量大学还承担了标准修订过程中部分条款的中英文对照审核和技术注释工作，为促进中国专家深入参与国际标准化事务发挥了桥梁作用。该校的参与不仅提升了我国在光学国际标准化领域的话语权和影响力，也为高校科研人员将学术研究成果服务于国家标准化战略提供了成功范例，体现了“产学研用”协同推进标准化工作的示范效应。七、结论与展望ISO10110-5:2026《光学和光学仪器——光学元件和系统的图形制备——第5部分：表面形状公差》的发布，是国际光学标准化领域的一项重要成果。本次修订系统回应了非球面/自由曲面技术普及、数字化检测技术进步和极端精度制造需求增长对表面形状公差标注标准化提出的新要求，在保持标准连续性的基础上实现了技术内容的重大拓展和深化。该标准的实施将对我国光学产业产生深远影响。一方面，它为我国光学制造企业参与国际竞争提供了统一的技术语言，有助于降低对外贸易中的技术壁垒；另一方面，它也为我国光学标准化体系建设提供了重要的参考基准，推动国内相关标准（如GB/T13323等）与国际标准的进一步协调一致。展望未来，随着人工智能辅助光学设计、计算光学成像和超精密制造技术的持续演进，光学表面质量评价将从传统的几何参数描述向基于性能的误差描述方法深化发展。ISO10110-5标准的后续修订有望进一步融入数字孪生技术，实现表面形状公差信息与光学系统性能仿真模型的直接关联。我国应持续加强在ISO/TC172/SC1框架下的参与深度和广度，积极贡献中国方案和中国智慧，推动国际光学标准化体系向着更加科学、开放和包容的方向发展，为全球光学科技进步和产业发展作出更大贡献。参考文献[1]ISO10110-5:2026,Opticsandphotonics—Preparationofdrawingsforopticalelementsandsystems—Part5:Surfaceformtolerances[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2026.[2]ISO10110-1:2019,Opticsandphotonics—Preparationofdrawingsforopticalelementsandsystems—Part1:General[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2019.[3]ISO10110-8:2019,Opticsandphotonics—Preparationofdrawingsforopticalelementsandsystems—Part8:Surfacetexture[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2019.[4]ISO14999-1:2019,Opticsandphotonics—