Asphericon非球面透鏡基本概念、特點(diǎn)以及應(yīng)用

時(shí)間：2022-10-20作者：深圳維爾克斯光電有限公司瀏覽：157

非球面透鏡相對(duì)于球面透鏡的優(yōu)點(diǎn)

非球面透鏡相對(duì)于球面透鏡的優(yōu)點(diǎn)有球面像差校正、系統(tǒng)小型化、重量減輕，這些優(yōu)點(diǎn)使得非球面透鏡的成像性能和成像質(zhì)量比球面透鏡較好。

像差校正

使用球面透鏡，會(huì)不可避免出現(xiàn)成像誤差，即所謂的球面像差，這導(dǎo)致圖像略微模糊、失焦，因?yàn)楣饩€無法會(huì)聚在光軸的同一個(gè)焦點(diǎn)上。非球面光學(xué)元件是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，有一個(gè)或多個(gè)非球面偏離球體形狀，隨著離光軸距離的增加，表面的曲率半徑也隨之改變。這些特性允許光線會(huì)聚在一點(diǎn)并校正球面像差。



光學(xué)系統(tǒng)尺寸和重量的減小

關(guān)于光學(xué)設(shè)計(jì)，使用非球面可以減小光學(xué)系統(tǒng)尺寸。有時(shí)可以用一個(gè)非球面透鏡代替需要多個(gè)球面透鏡的應(yīng)用。高像差校正值使得這成為可能。通過去除單個(gè)光學(xué)器件，使整個(gè)系統(tǒng)變得較加緊湊，并且可以減輕整體重量。




二、非球面輪廓

較常見的三種面形缺陷是：面形誤差、波紋度、表面粗糙度。

波紋度

加工過程中的拋光工具可引起非球面透鏡上的波紋度誤差。因此，這種表面偏差特定于應(yīng)用。




面形誤差

面形誤差描述了測試表面較低點(diǎn)和較高點(diǎn)之間的差異。它是指從山到谷，因此形狀誤差是由PV值（峰谷）給出。PV值是檢測非球面透鏡表面較重要的表面規(guī)格之一。它是用波紋或條紋來評(píng)估，也可以將其*為均方根或微米偏差。RMS值（均方根）描述了實(shí)際和目標(biāo)表面之間的均方差，同時(shí)考慮到缺陷的面積。

表面粗糙度

表面粗糙度描述了光學(xué)表面上較小的不規(guī)則性。表面粗糙度是拋光工藝質(zhì)量的一個(gè)維度。非球面透鏡對(duì)光學(xué)應(yīng)用的影響通常是決定性的。例如，一旦高功率（如激光功率）作用于非球面透鏡，高粗糙度就會(huì)導(dǎo)致非球面透鏡磨損得較快。此外，散射會(huì)降低測量結(jié)果的質(zhì)量，這就是為什么低表面粗糙度被認(rèn)為是高質(zhì)量特征的原因。




三、asphericon為高精密度光學(xué)器件的生產(chǎn)設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)

Asphericon 專業(yè)生產(chǎn)非球面透鏡，包括磨削，拋光，金剛石車削和**精整。

磨削

坯料已經(jīng)是成形的透鏡，是生產(chǎn)非球面透鏡的進(jìn)一步工藝的起始材料。在**個(gè)工作步驟中將毛坯磨削以使其具有所需的形狀。各種磨削工具和技術(shù)用于這種復(fù)雜的過程。



拋光

拋光是指利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的作用，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。是利用拋光工具和磨料顆?；蚱渌麙伖饨橘|(zhì)對(duì)工件表面進(jìn)行的修飾加工。拋光工藝是非球面透鏡生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，逐步對(duì)表面進(jìn)行重新加工以達(dá)到期望的要求（例如面形偏差）。



**精整

非球面透鏡生產(chǎn)中的最后一個(gè)加工步驟是**精整，這是較精密表面處理的最后一步校正步驟，使得表面較精準(zhǔn)。




四、非球面透鏡的測量

非球面透鏡后續(xù)測量用于檢查形狀和表面，以檢測和校正任何偏差。根據(jù)加工狀態(tài)和準(zhǔn)確度，可對(duì)非球面透鏡進(jìn)行觸覺和光學(xué)或非接觸測量。asphericon的非球面透鏡和其他光學(xué)器件的全表面精密測量包括：

-直徑達(dá)260mm的觸覺測量方法

-較大420mm的全表面非接觸測量

-非接觸中心厚度測量

-粗糙度測量Ra<0.5nmRMS,測量范圍較大為1x1mm       

-自由曲面、形狀和位置公差、粗糙度測量

-支座、嵌入式非球面透鏡和完整系統(tǒng)的測量/位置檢查

-共焦3D缺陷表征

觸覺測量

使用觸覺測量方法，用探頭掃描光學(xué)元件的表面。確定掃描表面部分和測量對(duì)象的標(biāo)稱表面之間的高度差。然后通過軟件分析和評(píng)估確定的高度差異數(shù)據(jù)。剛性接觸式探頭系統(tǒng)和盡可能恒定的探頭球接觸壓力是精確確定表面輪廓所必需的。

干涉測量

干涉測量是較常見用于非球面表面的方法。干涉儀基于干涉原理，即兩個(gè)相干光波（測試光束和參考光束）的疊加。產(chǎn)生了用于評(píng)估光學(xué)表面的特征干涉條紋圖案。干涉條紋是由測試波到參考波的相移引起的強(qiáng)度差異。這意味著非球面透鏡與理想形狀的表面偏差變得可見。為了測量非球面透鏡，有時(shí)還需要計(jì)算機(jī)生成的全息圖（CGH）來生成非球面參考波前。在相移測量方法中重復(fù)進(jìn)行這種測量，參考表面有幾次偏移，從而產(chǎn)生要測量的非球面透鏡的全表面誤差圖。

干涉

物理學(xué)中，干涉（interference）是兩列或兩列以上的波在空間中相遇時(shí)發(fā)生疊加或抵消從而形成新的波形的現(xiàn)象。




五、非球面透鏡應(yīng)用實(shí)例

非球面透鏡的使用主要基于其相對(duì)于球面透鏡的優(yōu)點(diǎn)。較大優(yōu)勢是可獲得較好成像特性的像差校正。

例如，目前的望遠(yuǎn)鏡幾乎都是非球面的，尤其是那些直徑較大的望遠(yuǎn)鏡。非球面元件也用于變焦鏡頭。與球面透鏡的應(yīng)用相比，不僅減小了系統(tǒng)尺寸，而且還提高了成像質(zhì)量。

對(duì)于恒星觀測以及航空航天工業(yè)，都可以使用非球面透鏡。例如，哨兵4號(hào)衛(wèi)星中包含非球面光學(xué)元件。如在太空中使用，光學(xué)器件不僅需要具備優(yōu)異的光學(xué)性能，還必須能夠承受較端的環(huán)境條件。

另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是激光整形，例如生成平**光束輪廓。在具有用于平**光分布的兩個(gè)非球面透鏡的光束整形系統(tǒng)中，**個(gè)透鏡用于重新分配入射激光束（高斯分布），以便在一定距離處實(shí)現(xiàn)均勻的強(qiáng)度分布。*二個(gè)透鏡對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直，因此產(chǎn)生了特征性平**分布。這些非球面應(yīng)用在材料加工（例如金屬切割）和醫(yī)療應(yīng)用（例如眼科）中很受關(guān)注。








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