一文了解非球面透镜的原理及应用

光学透镜一直作为行业内的关键元件一直发挥着重要作用，以传统的设计而言，球面透镜的生产成熟度高，制造成本容易降低，其生产的球面透镜可以满足多种光学镜头需求；但是随着这几年高端镜头的蓬勃发展，随着更多的设计特殊需求，球面透镜也迎来一个重大的产品考验，即透镜组在光学系统中需要堆叠大量镜片，导致其光学系统冗余度增加，同时也进一步增加其配重，同时由于曲面问题，导致其光路系统随着技术发展也不断凸现出更多的问题，因此非球面透镜开始登入舞台。

非球面透镜的发展难点以及新舞台

早期的非球面透镜发展存在几个问题，尽管早期非球面透镜可以有效解决传统球面透镜的一系列问题（改进光学品质、减少光学元件、持久的像差修正），但是存在两个问题，一个是技术问题，技术与生产工艺的相对不成熟导致部分产品指标难以满足，同时早期的光学镜头系统不存在过高的需求，以传统的参数指标即可满足。

随着近几年技术的发展，更多的高端需求的光学镜头逐渐面世，同时非球面透镜的生产工艺迎来了重大突破，极大缩短了非球面透镜的生产成本，同时技术工艺的改进让非球面透镜能够满足更多高要求的光学指标，这使得非球面透镜的发展步入时代新舞台。

非球面透镜的优势

光学系统减配

单个非球面透镜能够实现多个球面透镜的功能，这使得在光学镜头内透镜的数量得到减少，从而大大简化了整个光学结构，在降低制造成本的同时还有效降低了整个镜头的配重，这得益于非球面透镜优秀的像差矫正能力。在整个光学系统内，强行堆叠的球面镜片使得整个光学系统变得复杂且臃肿，通过非球面的加入，使得原本需要多块球面镜片的透镜元件数量得到极大的缩减，同时还减少光学组件内发生发射的表面数量进而提高光通量。

提高光学性能

非球面透镜的曲率可根据需求而调整，这赋予了它更加精确的控制光学聚焦，独特的灵活性让非球面在成像质量、分辨率和对比度等方面都优胜于球面，极大提高图像清晰效果和细节表现，进而提高成像质量，在高端相机、望远镜以及医疗设备上得到重大应用。

更高的可靠性

非球面透镜制造工艺一般采用模压或注塑成型技术，随着这些技术的成熟，使得精确控制模具形状以及对温度等参数的把控更加简单，能够高度实现对非球面透镜曲率和形状的控制，进而保证产品性能参数的稳定性，同时非酋结果较为简单且易于维护与更好，当需要从光学系统进行更换是只需取出并安装新的透镜即可，无需更多复杂的调整以及重新校准，这使得它在应用上拥有更低的维护成本和更长的使用期限。

非球面透镜应用领域

光学仪器：如相机、望远镜、显微镜等，非球面透镜的加入可以显著提高成像质量和性能。在高端相机中，非球面透镜已成为标配元件之一。

光电子工业：在激光、曝光及半导体机械等领域，非球面透镜的高聚焦能力和低像散特性使其成为关键的光学元件。它们被广泛应用于激光加工、光刻机等设备中。

摄影系统：大口径透镜、广角镜头、鱼眼透镜、变焦镜头等摄影镜头中常采用非球面透镜以扩大视角范围、提高图像清晰度和减少畸变。

眼镜：非球面透镜镜片在近视眼镜中的应用也非常广泛。它们能够提供更好的视觉效果和舒适度，减少图像变形和色差。

其他领域：如夜视镜、红外热像仪、温度记录仪等多种光学设备和系统中也有非球面透镜的身影。

制造工艺

非球面透镜的制造工艺主要包括以下几种方法：

表面材料去除法：如数控铣磨抛光成型法、离子束抛光法、磁流变抛光法、液体喷射抛光法等。这些方法通过去除透镜表面的材料来形成所需的非球面形状。

改变材料形状法：如玻璃热压成型法、注塑成型法、热沉降和固化成型法等。这些方法通过改变材料的形状来形成非球面透镜。

附加材料法：如真空镀膜复制成型法、混合成型法等。这些方法通过在透镜表面附加一层材料来形成非球面形状。

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