什么是非球面透鏡？

 

非球面透鏡

成都中宇光電科技發(fā)展有限公司(http://zhongyuguangdian.com/)非球面透鏡生產工廠

概述

球面透鏡是指從透鏡的中心到邊緣具有恒定的曲率，而非球面透鏡則是從中心心到邊緣之曲率連續(xù)發(fā)生變化。在攝影鏡頭中，為了保證光學性能，必須校正眾多的“像差”。若僅僅用球面透鏡來校正，則對應鏡頭的技術要求需要有許多透鏡組合。對于特殊的高級鏡頭，僅用球面透鏡有時不能使像差校正到用戶滿意的程度

 

  

1，技術原理

非球面透鏡，曲率半徑隨著中心軸而變化，用以改進光學品質，減少光學元件，降低設計成本。非球面透鏡相對于球面透鏡具有獨特的優(yōu)勢，因此在光學儀器、圖像、光電子工業(yè)得到了廣泛的應用，例如數(shù)碼相機、CD播放器、高端顯微儀器。

2，對比優(yōu)勢

a 球差校準

非球面透鏡用以替換球面透鏡，最顯著的優(yōu)勢在于可以修正球面透鏡在準直和聚焦系統(tǒng)中所帶來的球差。通過調整曲面常數(shù)和非球面系數(shù)，非球面透鏡可以最大限度的消除球差。非球面透鏡（光線匯聚到同一點，提供光學品質），基本上消除了球面透鏡所產生的球差（光線匯聚到不同點，導致成像模糊）。

采用三片球面透鏡，增大有效焦距，用于消除球差。但是，一片非球面透鏡（高數(shù)值孔徑，短焦距）就可以實現(xiàn)，并且簡化系統(tǒng)設計和提高光的透過率。

b 系統(tǒng)優(yōu)勢

非球面透鏡簡化了光學工程師為了提高光學品質所涉及的元素，同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如在變焦系統(tǒng)中，通常情況下10片或者更多的透鏡被采用（附加：高的機械容差，額外裝配程序，提高抗反射鍍膜），然而1片或者2片非球面透鏡就可以實現(xiàn)類似或更好的光學品質， 從而減小系統(tǒng)尺寸，提高成本率，降低系統(tǒng)的綜合成本。

3，成型工藝

a 精密玻璃模壓成型

精密玻璃模壓成型，是將玻璃材料加熱至高溫而變得具有可塑性，通過非球面模具來成型，然后逐步冷卻至室溫。目前，精密玻璃模壓成型，不適用于直徑大于10mm的非球面透鏡。但是，新的工具、光學玻璃和計量過程，都在推動該項技術的發(fā)展。 精密玻璃模壓成型，雖然在設計初期時成本較高（高精密的模具開發(fā)），但是模具成型后，生產的高品質產品可以平攤掉前期的開發(fā)成本，特別適合于需要大批量生產的場合。

b 精密拋光成型

研磨和拋光一般適用于一次生產單片非球面透鏡的場合，隨著技術的提高，其精度越來越高。最為顯著，精準拋光由計算機進行控制，自動調整以實現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化。如果需要更高品質的拋光，磁流變拋光（magneto-rheological finishing）將被采用。磁流變拋光相對于標準拋光而言，具有更高的性能和更短的時間。精密拋光成型，需要專業(yè)的設備，目前是樣品制作和小批量試樣的首要選擇。

c 混合成型

混合成型，以球面透鏡為基底，通過非球面模具在球面透鏡表面壓鑄并采用紫外光固化上一層高分子聚合物的非球面體。混合成型，一般采用消色差球面透鏡為基底，表面壓鑄一層非球面，用以實現(xiàn)同時消除色差和球差。圖7是混合成型非球面透鏡的制造工藝流程。混合成型非球面透鏡， 適用于需要附加特性（同時消除色差和球差），大批量制造的場合。

d 注塑成型

除了玻璃材質的非球面透鏡，還存在塑料材質的非球面透鏡。塑料成型，是將熔融的塑料注射入非球面模具中。相對于玻璃，塑料的熱穩(wěn)定性和抗壓性較差，需要經過特別處理，以得到類似的非球面透鏡。然而，塑料非球面透鏡最大的特點是成本低、重量輕、易成型，廣泛應用于光學品質適中、熱穩(wěn)定性不敏感、抗壓力不大的場合。

4，選擇依據(jù)

各種類型的非球面透鏡，都有其自身的相對優(yōu)勢。因此針對不同的應用場合，選擇合適的產品就現(xiàn)得很重要。主要的考慮因素，包括：批量、品質和成本。

a 精密玻璃成型非球面透鏡， 具有批量化生產和熱穩(wěn)定性高的特點，適合于批量大、品質高、熱穩(wěn)定性高的場合

b 精密拋光成型非球面透鏡，具有制樣周期短和不需要模具的特點，適合于樣品制作和小批量試樣的場合

c 混合成型非球面透鏡，具有球差和色差同時校準的特點，適合于寬光譜、批量大、品質高的場合

d 塑料成型非球面透鏡，具有成本低和重量輕的特點，適合于批量大、品質適中、熱穩(wěn)定性不高的場合

需要定制非球面透鏡時（沒有標準產品或者庫存產品不足），開發(fā)成本、試樣成本、批量化價格、交貨周期等因素都要考慮在內。