對於製作大口徑非球面航太鏡片來說，拼接干涉量測與磁流拋光是目前較可靠且先進的製程技術，台灣儀器科技研究中心整合了此兩項關鍵製程與四十多年光學元件製作能量，提供關鍵精密光學元件，讓太空計畫進一步往前邁進並帶動台灣光學產業升級。

台灣儀器科技研究中心  余宗儒、郭慶祥副研究員

台灣儀器科技研究中心致力於精密光學元件製作已邁入四十五周年，從成立光學工廠、建立傳統光學元件研磨拋光技術、自製600倍光學顯微鏡，逐步累積光學元件製作及檢測能量，早期提供國內學術與產業界多樣化光學元件，協助開發光學儀器系統。而在近二十年來國家太空計畫發展需求下，投資建置精密檢測及拋光設備，成功自主開發福衛五號光學遙測酬載所需之非球面反射鏡組，從此在國內建立了航太級大口徑非球面鏡製作能量。其中，用來確認鏡面形貌誤差的拼接干涉量測(stitching interferometry)與修正鏡面形貌誤差之磁流拋光(Magnetorheological Figuring, MRF)為關鍵技術之一。

拼接量測之次口徑位置鋪陳示意圖 (出處：台灣儀器科技研究中心)

拼接干涉量測技術

雷射干涉儀是製作球面與平面光學鏡片不可或缺之檢測儀器，其利用干涉量測技術可完整取得鏡面表面之3D形貌誤差，讓拋光製程依據量測結果修正並收斂形狀誤差以得到更高品質之光學元件。目前半導體曝光投影鏡頭以及衛星光學望遠鏡等高端精密光學系統，光學元件尺寸不僅超過口徑100 mm甚至設計為非球面曲面，這已非傳統干涉儀所能量測，因此拼接式干涉儀就此開發問世。拼接干涉量測技術利用量測次口徑小範圍之鏡面形貌誤差，再比對次口徑相互重疊區域並逐步拼接為完整鏡面形貌，突破了傳統干涉儀量測口徑的限制，甚至在不依靠其他輔助光學元件下得以量測非球面鏡面，對於開發必須導入非球面鏡片之精密光學系統有莫大幫助。

磁性流體於鏡片表面循環流動進行材料移除拋光

電腦數值控制磁流拋光技術

隨著高端光學系統對光學鏡片精度要求提高與設計非球面鏡片必要性與量測可行性增加，傳統光學研磨拋光技術已不能滿足上述光學鏡片規格需求。因此，電腦數值控制(Computer Numerical Control, CNC)拋光系統隨之誕生。其中，磁性流體拋光為較先進且精密之技術之一。磁流拋光技術為精準控制含有磨料與磁性粒子之拋光流體，讓其持續且穩定地在待拋光鏡面表面循環流動，流體中的拋光磨料可穩定地移除鏡片材料，進而精準修正鏡片表面形貌誤差。此技術可將鏡片表面精度由傳統拋光所能達到λ/4~λ/10等級，有效率且可預期地提升至λ/15~λ/20等級，甚至更好。

儀科中心團隊不僅止於建置上述這兩項檢測及拋光機台設備，更整合傳統光學拋光製程、克服鏡片支撐自重變形問題，將精密光學元件製作流程最佳化，是國內唯一具備大口徑非球面鏡片拋光與檢測能力之單位。團隊已將此關鍵技術能量投入太空三期計畫任務與國內精密光學系統需求，並持續關注國際先進光學技術發展，協助台灣精密光學產業升級。