非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)所(suo)帶(dai)來的好處有哪(na)些(xie)？

非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)所(suo)帶(dai)來的好處有哪(na)些(xie)？

非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)其(qi)中(zhong)所(suo)帶(dai)來的xian zhu的好處，就是(shi)它(ta)能夠進行球(qiu)面像差校(xiao)正(zheng)。球(qiu)面像差是(shi)由(you)使用球(qiu)面表(biao)面來(lai)聚焦(jiao)或對準(zhun)光線(xian)而產生的。因(yin)此，換(huan)句話說(shuo)，所(suo)有的球(qiu)面表(biao)面，無(wu)論(lun)是(shi)否(fou)存(cun)在任(ren)何的測(ce)量(liang)誤(wu)差和制(zhi)造(zao)誤差(cha)，都會出現(xian)球(qiu)差，因(yin)此，它(ta)們(men)都(dou)會需(xu)要(yao)壹個(ge)不(bu)是(shi)球(qiu)面的、或非(fei)球(qiu)面的表面，對其(qi)進(jin)行校(xiao)正(zheng)。通過(guo)對圓錐(zhui)常(chang)數(shu)和(he)非(fei)球(qiu)面系(xi)數進(jin)行調(tiao)整，任(ren)何的非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)都(dou)可(ke)以(yi)得到優(you)化(hua)，以(yi)最大(da)限(xian)度地減小(xiao)像差。例(li)如(ru)，請參考圖1，其(qi)展(zhan)示(shi)了(le)壹個(ge)帶(dai)有顯著球(qiu)面像差的球(qiu)面透(tou)鏡(jing)，以(yi)及壹個(ge)幾(ji)乎沒(mei)有(you)任(ren)何球(qiu)差的非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)。球(qiu)透鏡(jing)中(zhong)所(suo)出現(xian)的球(qiu)差將讓(rang)入射(she)的光線(xian)往(wang)許多(duo)不(bu)同的定點(dian)聚(ju)焦(jiao)，產生模(mo)糊的圖像；而在非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)中(zhong)，所(suo)有(you)不(bu)同的光線(xian)都(dou)會聚(ju)焦(jiao)在同壹個(ge)定點(dian)上(shang)，因(yin)此相(xiang)較而言(yan)產生較不(bu)模(mo)糊及質(zhi)量(liang)更(geng)加的圖像。

為了(le)更(geng)好的理(li)解非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)和(he)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)在(zai)聚(ju)焦(jiao)性能方(fang)面的差異，請參考壹個(ge)量(liang)化(hua)的範例(li)，其(qi)中(zhong)我(wo)們(men)會觀(guan)察(cha)兩個(ge)直(zhi)徑(jing)25mm和(he)焦距25mm的相等透鏡(jing)（f/1透(tou)鏡(jing)）。下(xia)表(biao)比較了(le)軸上(shang)（0°物(wu)角）和(he)軸外（0.5°和1.0°物角）的平行、單色(se)光(guang)線(xian)（波(bo)長為587.6nm）所(suo)產生的光點(dian)或模(mo)糊大(da)小。非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)的光斑(ban)尺(chi)寸比球(qiu)面透(tou)鏡(jing)小(xiao)幾(ji)個(ge)數量(liang)級(ji)。

額外的性能方(fang)面的好處

盡管市(shi)面上(shang)也有(you)著許許多(duo)多(duo)不(bu)同的技(ji)術(shu)來校(xiao)正(zheng)由(you)球(qiu)面表(biao)面所(suo)產生的像差，但是(shi)，這(zhe)些(xie)其(qi)他(ta)的技(ji)術(shu)在成(cheng)像性能和靈(ling)活性方(fang)面，都(dou)遠遠不(bu)及非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)所(suo)能提(ti)供的。另壹種(zhong)廣(guang)泛(fan)使用的技(ji)術(shu)包括了(le)通過(guo)“縮小(xiao)"透(tou)鏡(jing)來(lai)增加f/#。雖然(ran)這(zhe)麽(me)做可(ke)以(yi)提(ti)高圖(tu)像的質量(liang)，但也將減少(shao)系(xi)統中(zhong)的光通量(liang)，因(yin)此，這(zhe)兩(liang)者(zhe)之間是(shi)存(cun)在權衡關系(xi)的。

而在另壹方(fang)面，使(shi)用非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)的時候，其(qi)額(e)外的像差校(xiao)正(zheng)支(zhi)持(chi)用戶在(zai)實現(xian)高光通量(liang)（低f/#，高數值(zhi)孔徑(jing)）的系(xi)統設(she)計同時(shi)，依(yi)然(ran)保持(chi)良好的圖像質量(liang)。更(geng)高的光通量(liang)設(she)計所導致的圖像退(tui)化(hua)是(shi)可(ke)以(yi)持(chi)續的，因(yin)為壹個(ge)輕微(wei)降低的圖像質量(liang)所(suo)提(ti)供的性能仍(reng)然會高(gao)於(yu)球(qiu)面系(xi)統所(suo)能提(ti)供的性能。考慮壹個(ge)焦距81.5mm、f/2的三合透鏡(jing)（圖(tu)2），第(di)壹種(zhong)由三(san)個(ge)球(qiu)面表(biao)面組(zu)成(cheng)，第二(er)種的第壹個(ge)表面是(shi)非(fei)球(qiu)面表(biao)面（其(qi)余為球(qiu)面表(biao)面），這(zhe)兩種(zhong)設計都擁(yong)有(you)相(xiang)同的玻(bo)璃(li)類(lei)型(xing)、有(you)效焦距、視場(chang)、f/#，以(yi)及整體(ti)系(xi)統長(chang)度。下表對調(tiao)制(zhi)傳遞(di)函(han)數(shu)(MTF) @ 20%對比度的軸上(shang)和(he)軸外平行、多(duo)色的486.1nm、587.6nm、和656.3nm光線(xian)進(jin)行了(le)定量(liang)比較。使(shi)用了非(fei)球(qiu)面表(biao)面的三合透鏡(jing)，在(zai)所(suo)有(you)視場(chang)角(jiao)上都(dou)展現(xian)了更(geng)高的成(cheng)像性能，其(qi)高(gao)切向(xiang)分辨率(lv)和(he)高矢(shi)狀(zhuang)分辨率(lv)，與(yu)只有球(qiu)面表(biao)面的三合透鏡(jing)相(xiang)比高出了(le)三(san)倍。

系(xi)統優(you)勢(shi)

非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)允(yun)許光(guang)學元(yuan)件設計者使(shi)用比傳統球(qiu)面元(yuan)件更(geng)少(shao)的光學元(yuan)件數量(liang)來(lai)校(xiao)正(zheng)像差，因(yin)為前(qian)者(zhe)為他(ta)們(men)所(suo)提(ti)供的像差校(xiao)正(zheng)要(yao)多(duo)於(yu)後(hou)者(zhe)使用多個(ge)表面所(suo)能提(ti)供的像差校(xiao)正(zheng)。例(li)如(ru)，壹般(ban)使用十個(ge)或更(geng)多透(tou)鏡(jing)元(yuan)件的變焦鏡(jing)頭(tou)，可(ke)以(yi)使用壹兩(liang)個(ge)非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)來(lai)替(ti)換五六(liu)個(ge)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)，並(bing)可(ke)以(yi)實現(xian)相同或更(geng)高的光學效果(guo)、降低生產成(cheng)本，同(tong)時也降低系(xi)統的大(da)小。

運用更(geng)多光(guang)學元(yuan)件的光學系(xi)統可(ke)能會對光(guang)學和(he)機械參數產生負面影響(xiang)，因(yin)而帶(dai)來更(geng)昂(ang)貴(gui)的機械公(gong)差、額(e)外的校(xiao)準(zhun)步(bu)驟(zhou)，以(yi)及更(geng)多的增透(tou)膜(mo)要(yao)求。以(yi)上所(suo)有的這些(xie)結(jie)果(guo)最終(zhong)都(dou)會降低系(xi)統的整體(ti)實用性，因(yin)為用戶將必(bi)須不(bu)停(ting)地為其(qi)增加支(zhi)持(chi)組(zu)件。因(yin)此，在(zai)系(xi)統中(zhong)加入非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)（雖然(ran)非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)價(jia)格(ge)相(xiang)比f/#等同(tong)的單片(pian)透(tou)鏡(jing)和(he)雙(shuang)合(he)透(tou)鏡(jing)貴(gui)），實際上將會降低您(nin)的整體(ti)系(xi)統設(she)計成(cheng)本。

剖(pou)析(xi)非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)

“非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)"此(ci)術(shu)語(yu)涵括任(ren)何不(bu)屬於(yu)球(qiu)面的物件，然而我們(men)在(zai)此(ci)處使用該術(shu)語(yu)時是(shi)在(zai)具(ju)體(ti)談(tan)論(lun)非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)的子集，即具(ju)有(you)曲率(lv)半(ban)徑(jing)且(qie)其(qi)半(ban)徑(jing)會按透鏡(jing)中(zhong)心(xin)呈現(xian)徑(jing)向(xiang)改變的旋轉對稱(cheng)光學元(yuan)件。非(fei)球(qiu)面途徑(jing)能夠改善圖(tu)像質量(liang)，減少(shao)所(suo)需的元(yuan)件數量(liang)，同(tong)時降低光學設(she)計的成(cheng)本。從(cong)數(shu)字(zi)相機和CD播放器，到gao端(duan)顯微鏡(jing)物(wu)鏡(jing)和(he)熒(ying)光(guang)顯微鏡(jing)，非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)無(wu)論(lun)是(shi)在(zai)光學、成(cheng)像或是(shi)光(guang)子學行業(ye)的哪(na)壹方(fang)面，其(qi)應(ying)用發(fa)展(zhan)都(dou)非(fei)常(chang)迅(xun)速(su)，這(zhe)是(shi)因(yin)為相(xiang)比傳統的球(qiu)面光(guang)學元(yuan)件而言(yan)，非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)擁(yong)有(you)了(le)許許多(duo)多(duo)*又顯著的優點(dian)。

非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)的傳統定義(yi)如方(fang)程(cheng)式(shi)1所(suo)示（由(you)表(biao)面輪廓(kuo)(sag)定(ding)義(yi)）:

其(qi)中(zhong):
Z = 平(ping)行於(yu)光(guang)軸的表面的表面輪廓(kuo)
s = 與(yu)光(guang)軸之(zhi)間(jian)的徑(jing)向(xiang)距離

C = 曲率(lv)，半(ban)徑(jing)的倒數
k = 圓錐(zhui)常(chang)數(shu)
A4、A6、A8...= 第(di)4、6、8… 次(ci)非(fei)球(qiu)面系(xi)數

當(dang)非(fei)球(qiu)面系(xi)數相(xiang)等(deng)於(yu)零(ling)的時候，所得出的非(fei)球(qiu)面表(biao)面就相等(deng)於(yu)壹個(ge)圓錐(zhui)。下(xia)表(biao)顯示，所(suo)產生的實際圓錐(zhui)表(biao)面將取決(jue)於(yu)圓錐(zhui)常(chang)數(shu)的量(liang)值(zhi)大(da)小以(yi)及正(zheng)負(fu)符(fu)號(hao)。

非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)*特色的幾(ji)何特征就是(shi)其(qi)曲率(lv)半(ban)徑(jing)會隨著與光軸之(zhi)間(jian)的距離而出現(xian)變化(hua)，相較之(zhi)下(xia)，球(qiu)面的半(ban)徑(jing)始(shi)終(zhong)都(dou)是(shi)不(bu)變的（圖3）。該特殊的形狀允許非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)提(ti)供相(xiang)較於(yu)標(biao)準(zhun)球(qiu)面表(biao)面而言(yan)更(geng)高的光學性能。

在過(guo)去(qu)幾(ji)年，另兩(liang)種使(shi)用正(zheng)交(jiao)項(xiang)且逐(zhu)漸(jian)普及的定義(yi)為Q-type非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)。這(zhe)類(lei)Q型(xing)非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)，Qcon以(yi)及Qbfs讓(rang)設計師能夠透過(guo)使(shi)用正(zheng)交(jiao)系(xi)數更(geng)好地(di)控(kong)制(zhi)非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)的優化(hua)過(guo)程(cheng)，同時(shi)可(ke)降低制(zhi)作(zuo)非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡(jing)所(suo)需(xu)的條(tiao)件。

森泉(quan)為您(nin)的科研(yan)事(shi)業(ye)添(tian)磚(zhuan)加瓦：

1）  激光控(kong)制(zhi)：激光電(dian)流(liu)源、激光器溫控器、激光器控(kong)制(zhi)、伺(si)服設備與系(xi)統等(deng)等(deng)

2）  探測(ce)器：光(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器、單光(guang)子計數器、單光(guang)子探測(ce)器、CCD、光譜(pu)分析(xi)系(xi)統等(deng)等(deng)

3）  定位(wei)與加工(gong)：納(na)米(mi)定位(wei)系(xi)統、微(wei)納(na)運動系(xi)統、多(duo)維(wei)位(wei)移臺、旋轉臺(tai)、微(wei)型操(cao)作(zuo)器等(deng)等

4）  光源(yuan)：半(ban)導體(ti)激光器、固體(ti)激光器、單頻(pin)激光器、單縱(zong)模(mo)激光器、窄(zhai)線(xian)寬激光器、光(guang)通訊波(bo)段激光器、CO2激光器、中(zhong)紅外激光器、染(ran)料激光器、飛秒(miao)超(chao)快激光器等(deng)等

5）  光機械件(jian)：用於(yu)光(guang)路(lu)系(xi)統搭建(jian)的高品質無應(ying)力光機械件(jian)，如光(guang)學調(tiao)整架(jia)、鏡(jing)架(jia)、支(zhi)撐(cheng)桿(gan)、固定(ding)底(di)座(zuo)等(deng)等(deng)

6）  光學平(ping)臺：主動(dong)隔振(zhen)平(ping)臺、氣(qi)浮(fu)隔振(zhen)臺(tai)、實驗(yan)桌(zhuo)、剛性工(gong)作(zuo)臺(tai)、面包板(ban)、隔振(zhen)、隔磁(ci)、隔聲(sheng)綜合解(jie)決(jue)方(fang)案等(deng)等(deng)

7）  光學元(yuan)件：各類(lei)晶體(ti)、光纖、偏(pian)轉鏡(jing)、反射(she)鏡(jing)、透(tou)射(she)鏡(jing)、半(ban)透半(ban)反鏡(jing)、濾(lv)光(guang)片(pian)、衰減片(pian)、玻(bo)片(pian)等(deng)等

8） 染(ran)料：激光染(ran)料、熒光(guang)染(ran)料、光致(zhi)變(bian)色染(ran)料、光致(zhi)發(fa)光(guang)染(ran)料、吸(xi)收染(ran)料等等(deng)