非球麵透鏡
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非球(qiú)麵透(tòu)鏡(Aspheric Lenses)不同於球麵透鏡具有恒定的曲率半(bàn)徑,非球麵透(tòu)鏡的曲率半徑是從中間到邊(biān)
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非球(qiú)麵透(tòu)鏡(Aspheric Lenses)不同於球麵透鏡具有恒定的曲率半(bàn)徑,非球麵透(tòu)鏡的曲率半徑是從中間到邊(biān)
可以更好(hǎo)的校正球差、色差,進而提高透(tòu)鏡的光斑質量(liàng)。通過對圓錐常數和非球麵係數進(jìn)行調整,使透鏡得到優化,以較大限度地減小像(xiàng)差
,其(qí)常被用於條碼掃(sǎo)描、激光準直、光學成像等領域。非球麵透鏡采(cǎi)用單一元件設計,有助於較大限(xiàn)度地(dì)減少光學係統中的透鏡數量,
非球麵(miàn)透鏡允許光學元件設(shè)計者使用比傳統球麵元件更少(shǎo)的光學元件(jiàn)數量來校正像(xiàng)差(chà),
因為前者為他們(men)所提供的像差校正要多於後者使用多個表麵所能(néng)提供的像差校正。
光學係(xì)統中(zhōng)最常用的球麵透鏡是指(zhǐ)透鏡表麵是回轉(zhuǎn)對稱的球麵表麵(miàn),即從透鏡的(de)中(zhōng)心到邊緣具有恒定的曲(qǔ)率。而非球麵透鏡則是透鏡表麵為回轉對(duì)稱的不是球麵的表麵,即符合特定(dìng)表(biǎo)達式的(de)回轉對稱的且(qiě)表麵是光滑連續(xù)的表(biǎo)麵。
光學(xué)係統中采用的非(fēi)球麵(miàn)有三大類:第一類是軸對(duì)稱非球麵,如回轉圓錐曲(qǔ)麵、回轉高次(cì)曲麵;第二類是具有兩個對(duì)稱(chēng)麵的(de)非球麵,如柱麵、複曲麵;第三(sān)類是沒有對稱性的自由(yóu)曲麵。
非球麵(miàn)透鏡的優點
球麵透鏡無(wú)論是否(fǒu)存在任何的測量(liàng)誤差和製造(zào)誤差,都會出現球差。而非球麵透鏡最顯著(zhe)的優點便是它能夠通過(guò)對圓錐常數和非(fēi)球麵係數進行調整、優化,以(yǐ)最大限度地減(jiǎn)小像差,如圖3所示,展示了一個帶有顯著球(qiú)差的球麵透鏡,和(hé)一個幾乎沒有任何球差的非球麵透鏡,相比而言,單片非球麵透鏡獲得了更(gèng)好(hǎo)的像質。
非球麵透鏡在激光準(zhǔn)直方麵的應用
非球麵透鏡在光學係統(tǒng)中扮(bàn)演著非常重要的角色。例(lì)如,我(wǒ)們接(jiē)觸到的最多的手機鏡頭、相機鏡(jìng)頭、超短焦(jiāo)投影(yǐng)儀等,這類複(fù)雜係統中多是通過(guò)使用(yòng)多片非球麵和球麵鏡組合來對係統像差進行優化設計,沒有形成標準化產品。
非球麵鏡的另(lìng)一類重要應用是在激光(guāng)準直、聚焦、激光器與光纖耦合方麵。從激光器中(zhōng)直接出來的光束通常為高斯光束,而實際應用中,如光學測量、激光醫療、激光(guāng)加工等領域,需要對激(jī)光光束進行準直、聚焦、均勻化等整形。常規的(de)通過球麵透(tòu)鏡準直的方法,通常需要至少2片(piàn)透鏡。
由於激光是單波長的光源(yuán),球差往往是(shì)阻礙單個球麵透鏡聚焦或準直(zhí)光時獲得衍射極限性能(néng)的因素,而單片的(de)非球麵透(tòu)鏡對於球(qiú)差的優化完美地解(jiě)決這個問(wèn)題,因此,常(cháng)用於對光纖或激光二極管的輸出光進行準直、將激光耦合到光纖中等。