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非球面透镜技术的基础知识

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球面透镜是指从透镜的中心到边缘具有恒定的曲率，而非球而透

镜则是从小心到边缘之曲率连续发生变化。在摄影镜头中，为了保证

光学性能，必须校正众多的“像差”。若仅仅用球面透镜来校正，则

对应镜头的技术要求需要有许多透镜组合。仆巳对于特殊的高级镜头，

汉仅用球面透镜有时不能使像差校正到用户满意的程度。

光学设计中的计算公式：

1，技术原理

非球面透镜，曲率半径随着中心轴而变化，用以改进光学品质，

减少光学元件，降低设计成本。非球面透镜相对于球面透镜具有独特

的优势，因此在光学仪器、图像、光电子工业得到了广泛的应用，例

如数码相机、CD播放器、高端显微仪器。

2，对比优势

a球差校准

非球面透镜用以替换球面透镜，最显著的优势在于可以修正球面

透镜在准直和聚焦系统中所带来的球差。通过调整曲面常数和非球面

系数，非球面透镜可以最大限度的消除球差。非球面透镜（光线汇聚

到同一点，提供光学品质），基本上消除了球面透镜所产生的球差

（光线汇聚到不同点，导致成像模糊）。

采用三片球面透镜，增大有效焦距，用于消除球差。但是，一片

非球面透镜（高数值孔径，短焦距）就可以实现，并且简化系统设计

和提供光的透过率。

b系统优势

非球面透镜简化了光学工程师为了提高光学品质所涉及的元素，

同时提高了系统的稳定性。例如在变焦系统中，通常情况下10片或者

更多的透镜被采用（附加：高的机械容差，额外装配程序，提高抗反

射镀膜），然而1片或者2片非球面透镜就可以实现类似或更好的光

学品质，从而减小系统尺寸，提高成本率，降低系统的综合成本。

3，成型工艺

a精密玻璃模压成型

精密玻璃模压成型，是将玻璃材料加热至高温而变得具有可塑性，

通过非球面模具来成型，然后逐步冷却至室温。目前，精密玻璃模压

成型，不适用于直径大于10mm的非球面透镜。但是，新的工具、光

学玻璃和计量过程，都在推动该项技术的发展。精密玻璃模压成型，

虽然在设计初期时成本较高（高精密的模具开发），但是模具成型后，

生产的高品质产品可以平摊掉前期的开发成本，特别适合于需要大批

量生产的场合。

b精密抛光成型

研磨和抛光一般适用于一次生产单片非球面透镜的场合，随着技

术的提高，其精度越来越高。最为显著，精准抛光由计算机进行控制，

自动调整以实现参数优化。如果需要更高品质的抛光，磁流变抛光

（magneto-rheologicalfinishing）将被采用。磁流变抛光相对于标

准抛光而言，具有更高的性能和更短的时间。精密抛光成型，需要专

业的设备，目前是样品制作和小批量试样的首要选择。

c混合成型

混合成型，以球面透镜为基底，通过非球面模具在球面透镜表面

压铸并采用紫外光固化上一层高分子聚合物的非球面体。混合成型，

一般采用消色差球面透镜为基底，表面压铸一层非球面，用以实现同

时消除色差和球差。图7是混合成型非球面透镜的制造工艺流程。混

合成型非球面透镜，适用于需要附加特性（同时消除色差和球差），

大批量制造的场合。

d注塑成型

除了玻璃材质的非球面透镜，还存在塑料材质的非球面透镜。塑

料成型，是将熔融的塑料注射入非球面模具中。相对于玻璃，塑料的

热稳定性和抗压性较差，需要经过特别处理，以得到类似的非球面透

镜。然而，塑料非球面透镜最大的特点是成本低、重量轻、易成型，

广泛应用于光学品质适中、热稳定性不敏感、抗压力不大的场合。

4，选择依据

各种类型的非球面透镜，都有其自身的相对优势。因此针对不同

的应用场合，选择合适的产品就现得很重要。主要的考虑因素，包括：

批量、品质和成本。

a精密玻璃成型非球面透镜，具有批量化生产和热稳定性高的特

点，适合于批量大、品质高、热稳定性高的场合

b精密抛光成型非球面透镜，具有制样周期短和不需要模具的特

点，适合于样品制作和小批量试样的场合

c混合成型非球面透镜，具有球差和色差同时校准的特点，适合于

宽光谱、批量大、品质高的场合

d塑料成型非球面透镜，具有成本低和重量轻的特点，适合于批

量大、品质适中、热稳定性不高的场合