光学石英与水晶玻璃涵盖的选择范围比大多数图纸所暗示的更广，而它们之间的差异同时决定了性能与价格。本文比较机器视觉与工业检测在基材、镀膜工艺、厚度与公差等方面的可行方案，并指出各项权衡在哪些情形下划算、哪些并不划算。
机器视觉与工业检测中的光学石英与水晶玻璃
在机器视觉与工业检测中，这转化为一组明确的要求，而非泛泛的质量偏好。机器视觉决定了一条生产线放行还是停机，因此其光学件必须可重复，而非仅仅性能好。照明波长经过刻意选择，滤光片必须精确阻挡算法无法容忍的光，而透过率或几何形状的任何变化都会造成误判拒收。其环境往往是带有冷却液雾、粉尘与振动的工厂车间。
成本与交期的驱动因素
石英在每一环节都比光学玻璃贵。原材料价格是 BK7 的数倍，且因其硬度抛光慢得多，因此深紫外牌号窗口的成本可达同等硼硅酸盐零件的 5 至 10 倍。牌号选择对价格的影响大于尺寸：低羟基、低气泡、高均匀性牌号溢价很高。平面度与表面质量遵循通常规律，每收紧一档就增加一个精加工工序。在机器视觉与工业检测中，合理的做法是购买满足透射要求的最廉价石英，且仅在波段确有需要时才指定深紫外牌号，因为多数被标为深紫外的零件从未见到 350 nm 以下的光。
基材与材料选择
熔融石英内部存在真正的选型问题。低羟基牌号几乎不含羟基，可透射至更远的红外波段，在 2.7 微米附近吸收更低，因此适用于红外及高功率应用。高羟基牌号含有数百 ppm 的羟基，在深紫外性能与抗辐照着色方面更受青睐。天然石英用于需要其结晶特性的场合，但它夹杂物更多，其各向异性也加大了抛光难度。合成晶体（人造石英）具有相同的光学表现且一致性更好。在机器视觉与工业检测中，最能避免争议的技术要求不是牌号名称，而是一组数值：羟基含量、气泡等级，以及目标波段上的透射曲线。
与替代方案的对比
替代方案取决于驱动选型的是何种特性。需要深紫外透射时，氟化钙是主要竞争者，可在更深的紫外透射，但成本高得多且更脆。以热稳定性为驱动时，硼硅酸盐或低膨胀玻璃通常足以胜任，价格仅为其一小部分。以硬度为驱动时，蓝宝石在抗划伤与红外透射上占优，尽管其各向异性且昂贵。若零件仅为机械窗口，普通硼硅酸盐通常即可胜任。在机器视觉与工业检测中，可靠的检验方法是找出廉价材料会失效的那一项特性，并确认应用是否真正达到该极限。
镀膜与沉积考量
石英镀膜意味着要控制应力与洁净度。其低膨胀特性意味着基材不会释放致密氧化物叠层引入的应力，因此在薄件上镀膜可能使窗口明显弓曲；有时需要采用在背面加应力补偿层的平衡设计。石英吸附并保持污染物的方式不同于软玻璃，因此镀前清洗时间更长，通常包含紫外-臭氧或等离子步骤。对于激光零件，镀膜吸收与激光损伤阈值主导技术要求，且镀膜必须在工作波长与脉冲宽度下评估，而非取方便测量的宽频平均。在机器视觉与工业检测中，坚硬、低吸收的镀膜结合倒角、精研磨的边缘，正是石英窗口同时承受光通量与热循环的原因。
机器视觉与工业检测的特定要求
在机器视觉与工业检测中，这转化为一组明确的要求，而非泛泛的质量偏好。机器视觉决定了一条生产线放行还是停机，因此其光学件必须可重复，而非仅仅性能好。照明波长经过刻意选择，滤光片必须精确阻挡算法无法容忍的光，而透过率或几何形状的任何变化都会造成误判拒收。其环境往往是带有冷却液雾、粉尘与振动的工厂车间。
- 适配远心镜头的平面度与低楔角
- 与照明波长匹配的波段镀膜
- 各零件透过率一致
- 耐冷却液、粉尘与清洗溶剂
ISO 10110 图纸，MIL-PRF-13830B 表面质量，以及设备制造商自身的重复性与洁净度要求。
选型数据一览
| 参数 | 典型值 | 备注 |
|---|---|---|
| 透射波段 | 185 - 2500 nm（熔融石英） | 深紫外至近红外 |
| 折射率 | 1.458（熔融石英） | 低且高度均匀 |
| CTE | 0.55 × 10⁻⁶ /K | 耐热冲击 |
| 羟基含量 | < 10 ppm 低羟基，> 200 ppm 高羟基 | 按紫外或红外用途选择 |
| 双折射 | < 5 nm/cm（熔融） | 水晶（结晶石英）本身具有各向异性 |
| 平面度 | λ/4 至 λ/10 | 石英晶圆可达 λ/20 |
| 划痕-麻点 | 40-20 标准，20-10 精密 | ISO 10110-7 |
| 厚度范围 | 0.1 - 30 mm | 晶圆最薄 0.1 mm |
| 边缘处理 | 研磨、倒角或精研磨 | 崩边 ≤ 0.05 mm |
常见问题
你们是否既供石英窗口也供石英晶圆？
是的，厚度从 0.1 mm 起，总厚度偏差与翘曲为真空吸盘加工而受控，边缘轮廓按自动化操作设备选择。
何时应选用石英而非光学玻璃？
当零件须在约 300 nm 以下透射、承受快速热循环或耐受高激光能量时。对于可见光窗口与滤光片，硼硅酸盐或 B270 以极低代价实现相同功能。
低羟基与高羟基熔融石英有何区别？
低羟基材料羟基含量极低，可透射至更远的红外。高羟基材料含数百 ppm 的羟基，可改善深紫外透射并提升抗辐照着色能力。