1，技術原理

，曲率半徑隨著中心軸而變化，用以改進光學品質，減少光學元件，降低設計成本。非球麵透鏡相對於(yu) 球麵透鏡具有獨特的優(you) 勢，因此在光學儀(yi) 器、圖像、光電子工業(ye) 得到了廣泛的應用，例如數碼相機、CD播放器、高端顯微儀(yi) 器。

非球麵透鏡一般定義(yi) 如下：
 

Z，旋轉對稱軸
s，徑向距離
C ，弧度（曲率半徑的倒數）
k，曲麵常數（K=0 球麵；k > -1 橢圓麵；K=-1 拋物麵；k< -1 雙曲麵）
A4 A6 A8，高次非球麵係數

隨著非球麵透鏡的普及，更為(wei) 準確的描述如下：



Cbfs，最佳擬合曲率
ρ，徑向距離
u = ρ/ρmax
Qmcon，正交基非球麵係數
am，歸一化

非球麵透鏡最大特點是曲率半徑隨著中心軸不斷變化，而不像球麵透鏡是個(ge) 常數（如圖1）。 非球麵透鏡曲率半徑變化的設計用以改進光學品質。

圖 1，非球麵透鏡和球麵透鏡的表麵輪廓比對

2，對比優(you) 勢

a 球差校準

非球麵透鏡用以替換球麵透鏡，最顯著的優(you) 勢在於(yu) 可以修正球麵透鏡在準直和聚焦係統中所帶來的球差。通過調整曲麵常數和非球麵係數，非球麵透鏡可以最大限度的消除球差。如圖2，右圖非球麵透鏡（光線匯聚到同一點，提供光學品質），基本上消除了左圖球麵透鏡所產(chan) 生的球差（光線匯聚到不同點，導致成像模糊）。

圖 2，球麵透鏡和非球麵透鏡在匯聚係統中的品質差異

 

圖 3，三透鏡光學係統

圖3，采用三片球麵透鏡，增大有效焦距，用於(yu) 消除球差。但是，一片非球麵透鏡（高數值孔徑，短焦距）就可以實現，並且簡化係統設計和提供光的透過率。

b 係統優(you) 勢

非球麵透鏡簡化了光學工程師為(wei) 了提高光學品質所涉及的元素，同時提高了係統的穩定性。例如在變焦係統中，通常情況下10片或者更多的透鏡被采用（附加：高的機械容差，額外裝配程序，提高抗反射鍍膜），然而1片或者2片非球麵透鏡就可以實現類似或更好的光學品質， 從(cong) 而減小係統尺寸，提高成本率，降低係統的綜合成本。

3，成型工藝

a 精密玻璃模壓成型

圖 4，精密玻璃模壓成型

精密玻璃模壓成型，是將玻璃材料加熱至高溫而變得具有可塑性，通過非球麵模具來成型，然後逐步冷卻至室溫（如圖4）。目前，精密玻璃模壓成型，不適用於(yu) 直徑大於(yu) 10mm的。但是，新的工具、光學玻璃和計量過程，都在推動該項技術的發展。 精密玻璃模壓成型，雖然在設計初期時成本較高（高精密的模具開發），但是模具成型後，生產(chan) 的高品質產(chan) 品可以平攤掉前期的開發成本，特別適合於(yu) 需要大批量生產(chan) 的場合。

b 精密拋光成型

研磨和拋光一般適用於(yu) 一次生產(chan) 單片非球麵透鏡的場合，隨著技術的提高，其精度越來越高。最為(wei) 顯著，精準拋光由計算機進行控製（如圖5），自動調整以實現參數優(you) 化。如果需要更高品質的拋光，磁流變拋光（magneto-rheological finishing）將被采用（如圖6）。磁流變拋光相對於(yu) 標準拋光而言，具有更高的性能和更短的時間。精密拋光成型，需要專(zhuan) 業(ye) 的設備，目前是樣品製作和小批量試樣的首要選擇。


圖 5，計算機控製拋光


圖 6，磁流變拋光（Magneto-Rheological Finishing）

c 混合成型

混合成型，以球麵透鏡為(wei) 基底，通過非球麵模具在球麵透鏡表麵壓鑄並采用紫外光固化上一層高分子聚合物的非球麵體(ti) 。混合成型，一般采用消色差球麵透鏡為(wei) 基底，表麵壓鑄一層非球麵，用以實現同時消除色差和球差。圖7是混合成型非球麵透鏡的製造工藝流程。混合成型非球麵透鏡， 適用於(yu) 需要附加特性（同時消除色差和球差），大批量製造的場合。


圖 7，混合成型非球麵透鏡製造工藝流程

d 注塑成型

除了玻璃材質的非球麵透鏡，還存在塑料材質的非球麵透鏡。塑料成型，是將熔融的塑料注射入非球麵模具中。相對於(yu) 玻璃，塑料的熱穩定性和抗壓性較差，需要經過特別處理，以得到類似的非球麵透鏡。然而，塑料非球麵透鏡最大的特點是成本低、重量輕、易成型，廣泛應用於(yu) 光學品質適中、熱穩定性不敏感、抗壓力不大的場合。

4，選擇依據

各種類型的，都有其自身的相對優(you) 勢。因此針對不同的應用場合，選擇合適的產(chan) 品就現得很重要。主要的考慮因素，包括：批量、品質和成本。

a 精密玻璃成型非球麵透鏡， 具有批量化生產(chan) 和熱穩定性高的特點，適合於(yu) 批量大、品質高、熱穩定性高的場合
b 精密拋光成型非球麵透鏡，具有製樣周期短和不需要模具的特點，適合於(yu) 樣品製作和小批量試樣的場合
c 混合成型非球麵透鏡，具有球差和色差同時校準的特點，適合於(yu) 寬光譜、批量大、品質高的場合
d 塑料成型非球麵透鏡，具有成本低和重量輕的特點，適合於(yu) 批量大、品質適中、熱穩定性不高的場合

需要定製非球麵透鏡時（沒有標準產(chan) 品或者庫存產(chan) 品不足），開發成本、試樣成本、批量化價(jia) 格、交貨周期等因素都要考慮在內(nei) 。