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非球面镜片技术基础知识

一、技术原理

非球面镜片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,非球面透镜具有得天独厚的优势,已广泛应用于光学仪器、影像、光电子行业,如数码相机、CD播放机、高端微型仪器等。

2、比较优势

a、球差校准

非球面透镜取代球面透镜最显着的优势是可以校正球面透镜在准直和聚焦系统中造成的球面像差。通过调整表面常数和非球面系数,非球面透镜可以最大限度地消除球差。非球面透镜(光线会聚到同一点并提供光学质量)基本上消除了球面透镜产生的球面像差(光线会聚到不同的点)并导致成像模糊)。

三个球面透镜用于增加有效焦距,可用于消除球面像差。但是,可以实现非球面透镜(高数值孔径、短焦距),可以简化系统设计并提供透光率。

b、系统优势

非球面透镜简化了光学工程师所涉及的元素,提高了光学质量,提高了系统的稳定性。例如,在变焦系统中,通常使用10个或更多的透镜(附加:高机械公差,额外的组装程序,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。这减小了系统体积,提高了成本率,降低了系统的整体成本。

3、成型技术

a、精密玻璃成型

精密玻璃的成型是将玻璃材料加热到高温变成可塑性,然后用非球面模具成型,最后逐渐冷却到室温。目前精密玻璃的成型不适合直径大的非球面镜片。大于 10 毫米。然而,新工具、光学玻璃和计量工艺正在推动该技术的发展。虽然在设计之初精密玻璃成型成本高(高精度模具开发),但成型后,生产高质量产品可以分摊前期开发成本。特别适合大批量生产的需要。

b、精密抛光成型

研磨和抛光一般适用于一次生产单片非球面透镜。随着技术的进步,精度越来越高。最引人注目的是精密抛光是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,将采用磁流变抛光(磁流变抛光) .与标准抛光相比,磁流变抛光性能更高,时间更短。精密抛光成型技术需要专业设备。是目前样品生产和小批量样品的首选。

c、混合成型技术

混合成型是以球面透镜为基材,通过非球面模具浇铸在球面透镜表面,再用一层高聚物用紫外光固化而成的球面非球面透镜。混合成型一般采用消色差球面镜片为基底,然后在表面浇铸一层非球面,同时消除色差和球面像差。图7是混合非球面镜片的制造过程。混合型非球面透镜适用于具有附加特性(消除色差和球差)的大规模制造。

d、注塑成型

除玻璃非球面镜片外,还有塑料非球面镜片。塑料成型是将熔融塑料注入非球面模具中。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镜片。然而,塑料非球面透镜的特点是成本低、重量轻、易于成型。广泛应用于光学质量中等、对热稳定性不敏感、耐压性小的领域。

4、选择依据

各种非球面镜片都有各自的相对优势。因此,为不同的应用选择合适的产品非常重要。主要考虑因素包括:批次、质量和成本。

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