非球麵透鏡
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非球麵透鏡(Aspheric Lenses)不同於球麵透(tòu)鏡具有恒(héng)定的曲率半徑,非球麵透鏡的曲率半徑是從中(zhōng)間到邊
可以更好的校正球差、色差,進而提高(gāo)透(tòu)鏡的光斑質量。通過對圓錐常(cháng)數和非球麵係數進行調整,使透鏡得(dé)到優化,以較大限度地減小像差
,其常被用於條碼掃描(miáo)、激光準直、光學成像等領域。非球(qiú)麵透鏡采用單一(yī)元(yuán)件設計,有助於較大限度(dù)地減少光學係統中的透鏡數量(liàng),
非球麵透鏡允許光學元件設計者使用比傳統球麵元件更(gèng)少的光學元件數量來校正像差,
因為前者為他們所提供的(de)像差校正要多於後者使(shǐ)用多個表(biǎo)麵所能提供的像差校正。
光學係統中最(zuì)常用的球(qiú)麵(miàn)透鏡(jìng)是指透鏡表麵是(shì)回轉對稱的球麵(miàn)表麵,即從透鏡的中心(xīn)到邊緣具有(yǒu)恒定的曲率。而非球麵透鏡則是透鏡表麵為回(huí)轉對稱(chēng)的(de)不(bú)是球麵的表麵,即符合特定表達式的回轉對稱的且表麵是光滑連續(xù)的表麵。
光學係統(tǒng)中采用的非球麵(miàn)有三大類:第一類是軸對稱非球麵,如回(huí)轉圓錐曲麵、回轉高次曲麵;第(dì)二類是具有兩個對稱麵的(de)非球(qiú)麵,如柱麵、複曲麵;第三類是沒(méi)有(yǒu)對稱性的自由(yóu)曲麵。
非球麵透鏡的優點
球麵透(tòu)鏡無論是否存在任何的測量誤差和製造誤差,都會出現球差。而非球麵透鏡最顯著的優點便是它能夠通(tōng)過對圓錐(zhuī)常數和非球麵係數進行調(diào)整、優化,以最(zuì)大限度地減小像差,如圖(tú)3所示,展(zhǎn)示了一個帶有顯著球差(chà)的球麵透鏡,和(hé)一個幾乎(hū)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(dé)了更好的像質。
非球麵透鏡在激光準直方麵的應(yīng)用
非球麵透(tòu)鏡在光學係統中扮演著非常重要的角色。例(lì)如,我們接觸到的最多(duō)的手機鏡頭(tóu)、相機鏡頭、超短焦投影儀等,這類(lèi)複雜係(xì)統中多是通過使用多片非球麵和球麵鏡組合來對係統像差(chà)進行優化設計,沒有形成標準化產品。
非(fēi)球(qiú)麵(miàn)鏡(jìng)的另一(yī)類(lèi)重要應(yīng)用是在激光準直、聚焦、激(jī)光器與光(guāng)纖(xiān)耦合方麵。從激光器中直接(jiē)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(guāng)醫療、激光加工等領域,需要對激光光束進行準直、聚焦、均勻化等整形。常規的通過球麵透(tòu)鏡準直的(de)方法,通(tōng)常需要至少2片透鏡。
由於(yú)激光是單波(bō)長的光源,球差往往是阻礙單個球麵透鏡聚焦或(huò)準直光時獲(huò)得(dé)衍射極限性能的因素,而單(dān)片的非球麵透鏡對於球(qiú)差的優化(huà)完美地解決這(zhè)個問題,因此,常用於對光纖或激光二極管的輸出(chū)光進行準直、將激光耦合到光纖(xiān)中等。