タイプの光学式非球面レンズ

非球面レンズとは何ですか?

光学システムでは、最も使用されている球面レンズは、回転対称の球面である表面を持っています。つまり、レンズの中心から端まで一定の曲率を持っています。 対照的に、非球面レンズは、回転対称であるが球形ではない表面を持ち、特定の数式に準拠し、滑らかで連続した表面を持っています。

光学システムで使用される非球面には、主に3つのタイプがあります。最初のタイプは、回転円錐面や高次回転面などの軸対称非球面です。2番目のタイプは、円筒面とトロイダル面など、2つの対称面を持つ非球面です。3番目のタイプはフリーフォーム面です。 対称性を持たない

最も一般的に使用される非球面式は、円錐面を基底として取り、一連の高次多項式を重ね合わせることによって構築されます。 式は次のとおりです。

[Z®= \ Frac {r ^ 2}{R \ left(1 \ sqrt{1 - (1 k) \ frac{r2}{R2 }}\ right)} \ sum _{i = 2 }^{n} A_i r ^ i]

ここで:

1. ( z®) は、半径距離 (r) におけるレンズ表面の高さである。

2. ( R) は、ベース球の曲率半径である。

3. ( k) は円錐定数 (偏心定数とも呼ばれる) である。

4. ( A_i) は、高次多項式項の係数です。

5. ( r) は、光軸から表面上の点までの半径方向の距離である。

この式は、基本的な円錐曲面 ((R) と (k) で定義) と一連の高次多項式項 (係数 (A_i) で定義) を組み合わせたものです。非球面レンズの形状を正確に記述します。

球面レンズの利点

球面レンズは、測定や製造エラーに関係なく、本質的に球面収差を示します。 非球面レンズの最も注目すべき利点は、円錐定数と非球面係数を調整および最適化することにより、収差を最小限に抑えることができることです。 図3に示すように、かなりの球面収差を有する球面レンズは、球面収差がほとんどない非球面レンズと比較される。 それに比べて、単一の非球面レンズはより良い画質を実現します。

球面レンズの球面収差のイラスト

球面レンズの球面収差補正

レンズの数を増やして球面収差を補正する従来の方法と比較して、非球面レンズはより少ないレンズでより良い収差補正を実現できます。 たとえば、通常10個以上のレンズを使用するズームレンズは、5個または6個の球面レンズを1個または2個の非球面レンズに置き換えることで、同じまたはより高い光学性能を実現できます。それにより、システムの長さと複雑さが低下します。

さらに、より多くの光学要素を備えた光学システムには、多くの場合、厳しい機械的許容要件があり、追加の校正ステップとより多くの反射防止コーティングにつながり、システムの全体的な実用性を低下させる可能性があります。 したがって、光学システムで非球面レンズを使用すると (単一要素レンズや同等のFナンバーを持つセメントダブレットと比較してコストが高いにもかかわらず) 、システム全体のコストを下げることができます。

要約すると、光学システムでの非球面レンズの合理的な使用は、光学システムの小型化、軽量化、および多機能性を達成する上でかけがえのない位置を占めています。

レーザー衝突における非球面レンズの応用

球面レンズは、光学系において非常に重要な役割を果たす。 たとえば、スマートフォンのレンズ、カメラレンズ、超短投プロジェクターなど、私たちが頻繁に遭遇する複雑なシステムでは、システム収差の最適化は、多くの場合、複数の非球面レンズと球面レンズを組み合わせることによって達成されます。 これらのシステムは通常、標準化された製品ではありません。