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王立剛

2021-05-23 21:09

非球面設(shè)計文章匯總

內(nèi)容來源：光行天下搜索“非球面”，除去廣告及加工設(shè)備外的所有內(nèi)容無差別匯總，并作一定的刪減整理（有部分內(nèi)容忘記加引用）。

定義
球面鏡：一般鏡頭中所用的鏡片，都可以看作是球體的一部分，它的表面曲率是固定的。但是在由光軸上同一物點發(fā)出的光線，通過鏡頭后，在像場空間上不同的點會聚，從而發(fā)生了結(jié)像位置的移動，這就是球面像差。對于全部采用球面鏡片的鏡頭而言，這是一種無可避免的像差。它的產(chǎn)生是由于離軸距離不同的光線在鏡片表面形成的入射角不同而造成的。
非球面鏡：為了校正球面像差而開發(fā)出來的，功能就是通過修改鏡片表面的曲率，讓近軸光線與遠(yuǎn)軸光線所形成的焦點位置重合。世界上第一支使用非球面鏡的鏡頭是卡爾蔡司制造的，時間早的嚇人，1901年，但非球面鏡大規(guī)模進(jìn)入民用光學(xué)領(lǐng)域還是在日系廠商開發(fā)出低成本制造技術(shù)之后的事情了。非球面鏡片，看起來也沒啥不同的。
非球面的焦距：等于其面頂半徑所定義的球面透鏡的焦距。焦距是一個極限值，即無限靠近且平行于光軸但是不在光軸上的光線匯聚的地方距離主面的距離。所以它與非球面系數(shù)無關(guān)。
ZEMAX MANNUAL定義：旋轉(zhuǎn)對稱多項式非球面是通過偏差球面（或由圓錐系數(shù)定義的非球面）的多項式展開式來描述的。偶次非球面模型僅用徑向坐標(biāo)的偶數(shù)次冪來描述非球面。這個模型個使用基本曲率和圓錐系數(shù)。面型公式由下式給出。

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Conic（公式中的K）：<-1為雙曲面，=-1為拋物面，-1<k<0橢圓面，,=0為球面,k>0扁橢圓面，基本上絕對值介于10以內(nèi)，相對好一些，0.0幾或者大于10基本上可以取為0。[1]

優(yōu)化方法
優(yōu)化時，先優(yōu)化球面的半徑 —厚度（空隙）再優(yōu)化conic—— 非球面系數(shù)（一般先低階再高階，視具體情況而定）透鏡面型變化的很奇怪，可以限制表面slope，或不同視場光線在表面的位置。
conic是圓錐系數(shù)，決定鏡面是球面，雙曲，拋物，還是橢球面的參數(shù)，一般會限制它不過大，par1是2階非球面系數(shù)，它和圓錐系數(shù)是存在重復(fù)的，所以一般不會增加這個系數(shù)的優(yōu)化，直接從par2四階非球面系數(shù)開始優(yōu)化。（也有說第二項會嚴(yán)重改變曲率半徑[2]）