導(dǎo)語(yǔ)：之前的文章我們介紹過(guò)自由曲面的相關(guān)知識(shí)，自由曲面其實(shí)是非球面的一種。今天我們來(lái)介紹非球面。

光學(xué)非球面的定義

廣義來(lái)說(shuō)，非球面是不包括球面和平面的其他表面。從應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，非球面可以分成軸對(duì)稱(chēng)的非球面、具有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)面的非球面、沒(méi)有對(duì)稱(chēng)性的自由曲面。

非球面的分類(lèi)

通常把非球面分成二次非球面和高次非球面。二次非球面在光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用最廣，相對(duì)于其他類(lèi)型的非球面有著特殊的位置。二次非球面又可以分為：有一對(duì)無(wú)像差點(diǎn)的非球面和沒(méi)有無(wú)像差點(diǎn)的非球面。前者廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)儀器當(dāng)中，是最常見(jiàn)的非球面。后者廣泛應(yīng)用在形成變形像的光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中。高次非球面可以分成單調(diào)子午曲線(xiàn)的表面和非單調(diào)表面。

-光學(xué)非球面的分類(lèi)-

非球面透鏡的應(yīng)用

非球面透鏡，曲率半徑隨著中心軸而變化，用以改進(jìn)光學(xué)品質(zhì)，減少光學(xué)元件，降低設(shè)計(jì)成本。非球面透鏡相對(duì)于球面透鏡具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此在光學(xué)儀器、圖像、光電子工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，例如數(shù)碼相機(jī)、CD播放器、高端顯微儀器。

非球面的優(yōu)勢(shì)

a. 球差校準(zhǔn)：非球面透鏡用以替換球面透鏡，最顯著的優(yōu)勢(shì)在于可以修正球面透鏡在準(zhǔn)直和聚焦系統(tǒng)中所帶來(lái)的球差。通過(guò)調(diào)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(xiàn)匯聚到同一點(diǎn)，提供光學(xué)品質(zhì)），基本上消除了球面透鏡所產(chǎn)生的球差（光線(xiàn)匯聚到不同點(diǎn)，導(dǎo)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(shí)現(xiàn)，并且簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和提供光的透過(guò)率。

-消球差非球面透鏡-

b. 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：非球面透鏡簡(jiǎn)化了光學(xué)工程師為了提高光學(xué)品質(zhì)所涉及的元素，同時(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)類(lèi)似或更好的光學(xué)品質(zhì)， 從而減小系統(tǒng)尺寸，提高成本率，降低系統(tǒng)的綜合成本。

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