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非球面透镜技术基础知识

1、

技术原理非球面透镜的曲率半径随中心轴而变化。它可以用来提高光学质量,减少光学元件的数量,降低设计成本。与球面透镜相比,非球面透镜具有独特的优点,因此在光学仪器、图像、光电子等行业得到了广泛的应用,如数码相机、CD播放器、高端微型仪器等。

2、比较优势

a、球差校正

非球面透镜在替代球面透镜方面最显著的优点是可以校正准直和聚焦系统中由球面透镜引起的球差。通过调整表面常数和非球面系数,非球面透镜能最大限度地消除球面像差,非球面透镜(光线会聚到同一点,提供光学质量)基本上消除了球面透镜产生的球面像差(光线会聚到不同点,导致成像模糊)。

三个球面透镜用于增加有效焦距,可以用来消除球差。然而,非球面透镜(高数值孔径,短焦距)可以实现,它可以简化系统设计和提供光透射比。

b,系统优势

非球面透镜简化了光学工程师所涉及的元件,以提高光学质量并提高系统的稳定性。例如,在变焦系统中,通常使用10个或更多透镜(附加:高机械公差、附加装配程序、,以及抗反射涂层的改进)。然而,一个或两个非球面透镜可以获得相似或更好的光学质量。这减少了系统的大小,提高了成本率,降低了系统的总体成本。

3、成型工艺

a,精密玻璃的成型

精密玻璃的成型是将玻璃材料加热到高温变成塑料,然后用非球面模具成型,最后逐渐冷却到室温,精密玻璃的成型不适用于直径大于10mm的非球面透镜。然而,新的工具、光学玻璃和计量过程正在推动这项技术的发展。虽然精密玻璃成型在设计之初就有很高的成本(高精度模具开发),但成型后,生产出高质量的产品可以剥离前期开发成本。特别适合大批量生产的需要。

b精密抛光成形

研磨抛光一般适用于一次性生产单片非球面透镜。随着技术的进步,精密抛光的精度越来越高,最显著的是精密抛光由计算机控制,并自动调整优化参数,如果需要更高质量的抛光,则采用磁流变抛光(magnetic-morthic-finishing)。与标准抛光相比,磁流变抛光具有更高的性能和更短的时间,精密抛光成型技术需要专业的设备。是目前样品生产和小批量样品的首选。

c,混合成型技术

混合成型是一种球面非球面透镜,以球面透镜为基片,通过非球面模具浇铸在球面透镜表面,用一层高分子材料在紫外光照射下固化,混合成型一般采用消色差球面透镜为基片,然后在表面浇铸一层非球面,同时消除色差和球差,图7为混合非球面透镜的制造过程。混合非球面透镜具有附加特性(消除色差和球差),适合大规模制造。

d,注塑

除了玻璃非球面透镜外,还有塑料非球面透镜。塑料成型是将熔融的塑料注射到非球面模具中。与玻璃相比,塑料的热稳定性和抗压性较差。它需要特殊处理才能获得类似的非球面透镜。而塑料非球面透镜具有成本低、重量轻、易于成型等特点。它广泛应用于光学质量适中、对热稳定性不敏感、耐压性小的领域。

4、选择依据

各种非球面透镜各有其相对的优势。因此,为不同的应用选择合适的产品是非常重要的。主要考虑因素包括:批次、质量和成本。

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