模压非球面透镜

一、非球面透镜结构

常见的球面透镜是指沿透镜中心轴有恒定曲率半径、遵循球面设计公式的透镜，包含平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、弯月透镜等。而非球面透镜与之不同，随着透镜中心轴距离的变动，非球面透镜的曲率会连续且有规律的变化。按照高阶项幂次可分为偶次非球面与奇次非球面，在实际加工中，由于奇次非球面加工难度大，所以通常加工的非球面透镜为偶次非球面透镜。偶次非球面透镜设计遵循下述透镜方程：

\( z=\frac{Y^2}{R(1+\sqrt{1-(1+k)\frac{Y^2}{R^2}})}+A_4Y^4+A_6Y^6+\cdots+A_nY^n \)

其中，z为矢高，Y为光轴的径向距离，R为曲率半径，k为圆锥系数，A₄为4阶非球面系数，A₆为6阶非球面系数，A_n为n阶非球面系数。下图为偶次非球面透镜的示意图，其中虚线轮廓代表普通球面透镜，而实线轮廓代表有同一曲率半径的非球面透镜。

图1 偶次非球面透镜示意图

二、非球面透镜的优点

1. 矫正像差

      球面像差是由于透镜的球面表面对于光线的折射而产生的，因此球面透镜表面无论是否存在测量误差或加工误差，都会出现球差。而非球面透镜的表面设计通过对圆锥常数、非球面系数的调整，可以在球面的基础上进一步优化，最大程度的矫正像差。

2. 利于系统集成

      光学系统中若使用传统球面透镜来矫正像差，需要多种球面元件进行配合矫正，然而使用非球面透镜进行矫正时，可以用数量更少的非球面透镜来实现同样的效果。非球面透镜不仅可以减少系统中元件的数量，更有利于降低光学元件装配难度，整体光路长度也会有所缩短，大幅提高光学系统的实用性。