非球麵透鏡
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非球麵透鏡(Aspheric Lenses)不同於(yú)球麵透鏡具有恒(héng)定的曲率半徑,非球麵透鏡的曲率半徑是從中間到邊
可以更(gèng)好的校(xiào)正球差、色差(chà),進而提高透鏡的光斑質量。通(tōng)過(guò)對圓錐(zhuī)常(cháng)數和(hé)非球麵係數進行調整,使透鏡得到優化,以較(jiào)大限度(dù)地減(jiǎn)小像差
,其常被用(yòng)於條(tiáo)碼掃描、激光準直、光學成像(xiàng)等領域(yù)。非球麵透鏡采用單一元件設計,有助於較大限度地減少光學係統中(zhōng)的(de)透鏡數量,
非球麵透鏡允許光(guāng)學元件設計(jì)者使用比傳統球麵元件更少的光學元件(jiàn)數量來校正像差,
因為前者為他們所提供的像差校正要多於後者使(shǐ)用多個表麵所能提供的像差校正。
光學係統(tǒng)中最常用的球(qiú)麵透鏡是(shì)指透鏡表麵是回轉對稱的球麵表麵(miàn),即從透鏡的中心(xīn)到(dào)邊緣具有恒定的曲率。而非球麵透鏡則是透鏡表麵(miàn)為回轉對(duì)稱的不是球麵的表麵,即符合特定表達式的回轉對稱的且表麵是(shì)光滑連續的表麵。
光(guāng)學係統中采用的非球麵有三大類(lèi):第一類是軸對稱非(fēi)球麵(miàn),如回轉圓錐曲麵、回(huí)轉高次曲麵;第二(èr)類是具有兩(liǎng)個對稱(chēng)麵的非球麵,如柱麵、複曲麵;第三類是沒有對稱性的(de)自由曲麵。
非球麵透鏡的優點
球麵透鏡(jìng)無論(lùn)是否存在任何(hé)的測(cè)量誤差和製造誤差,都會出現球差。而非球(qiú)麵透鏡最顯著的優點便是它能夠通過對圓錐常(cháng)數和非球(qiú)麵係數進行調整、優化,以最大限度地(dì)減小像差,如(rú)圖3所示,展示了一個帶有顯著球(qiú)差的球麵透鏡,和一個幾乎沒有任何(hé)球差的非球麵透鏡,相比而言,單片非球麵透鏡獲得了更好的像質。
非球麵透鏡在激光準(zhǔn)直(zhí)方麵的應用
非球麵透鏡在光學係統中扮演著非常重要的角色。例如(rú),我們接觸到的最多的手機鏡頭、相機鏡頭(tóu)、超短焦(jiāo)投影儀等,這類複雜係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進行優化設計,沒有形成(chéng)標準化產品。
非球麵鏡的另一(yī)類重要應用是在激光(guāng)準直、聚(jù)焦、激光器與光纖耦合方麵。從激光器中直接出來的光束通常(cháng)為高斯光束,而實際應用中,如(rú)光學(xué)測量、激光醫療、激光加工(gōng)等領域,需要對激光光束(shù)進行準直、聚焦(jiāo)、均勻化等整形。常規的通過球麵透鏡準直的方法,通常需要至少2片透(tòu)鏡。
由於激光是單波長(zhǎng)的光源,球差往(wǎng)往是阻礙單個球麵透鏡聚焦或準直光時獲得衍射極限(xiàn)性能(néng)的因素,而單片的非球麵透鏡對於球差的優化完美地解決這個問題,因此,常用於對光纖或激光二極管的輸出光進行準直、將激光耦合到光纖中等。