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非球面镜头技术的基础知识

光学课设

非球面镜头技术的基础知识

●杨相利摘译

引言

非球面镜头历史悠久,它在光学设计中的作用可追溯到17世纪。

非球面透镜发挥主体的作用最早体现在1992年发售的美能达APEX90照相机用的38~90ram镜头中,它包含了2面都是非球面的2片非球面透镜,作为变焦镜头实现

了“理论最少构成数”一4片,达到了“小型化与低成

本化两者兼具”。这以后迎来了90年代非球面的全盛时代,即从高级镜头到普通镜头广泛地采用非球面。

面向2l世纪,非球面镜头的作用越发重要,并且有迹象表明,可以期待出现从未有过的非球面的新作用。1非球面镜头

球面透镜是指从透镜的中心到边缘具有恒定的曲率,而非球面透镜则是从中心到边缘之曲率连续发生变化。在摄影镜头中,为了保证光学性能,必须校正众多的“像差”。若仅仅用球面透镜来校正,则对应镜头的技术要求需要有许多透镜组合。并且对于特殊的高级镜头,仅仅用球面透镜有时不能使像差校正至Ⅱ用户满意的

程度。

球面透镜所产生的像差(球差)

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非球面透镜的理想成像图1利用非球面透镜来校正像差

万 

方数据倘若使用非球面透镜,仅l片就能达到或超过几片球面透镜组合的效果,从而实现仅用球面透镜达不到的技术要求,同时又能大幅度削减透镜的片数。图l是用非球面透镜来校正像差的概念图。

一般,非球面透镜的效果和使用目的大有以下几点:①提高技术性能;

②提高光学性能(校正像差);③增加技术规格;④小型化(轻量化);

⑤减少透镜的片数进而降低成本。

以上的效果并非彼此独立,常常是兼有几个目的而采用非球面的。

球面透镜有1个曲率的设计自由度,而非球面的原理上有无限个设计自由度。

非球面透镜在制造方面欲高精度加工连续变化的曲率比球面透镜难得多,无论怎样成本总是高的。并且,不仅非球面透镜自身的加工和保持难,而且采用非球面后由于实行小型化和削减透镜片数,增大了误差敏感度,使得装配到镜筒中的难度增加,在这方面的成本也提高

表1各种非球面加工方法的特点玻璃模压

复合型非球面模塑法创成式非球面面精度优良优良较差优良偏芯精度

较优较优较优较优信赖性(温度特性)优良较优较差优良量产性(成本)优良较优优良不利玻璃材料的自由度较优较优较差优良两面为非球面的可能性

优良

较差

优良

较差

了。所以,采用非球面进行设计时,为尽可能获得好效果,应在利用非球面的作用方面下功夫。2非球面镜头的种类和特征

非球面镜头大致汇集以下4种加工方法:①创成式(直接加工)非球面研磨法;

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