非球面透镜的设计与生产

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1、非球面透镜设计与生产www.opticslens.com非球面透镜简介概况非球面基础非球面制造－金刚石车削－铣磨－模具成型－抛光非球面测量使用测量数据什么是非球面？非球面最简单的定义为“回转对称的不是球面的表面”，如：−请注意非球面可以是几乎平的表面(例如施密特板)为何需要非球面？使用非球面的好处？•使色差最小•有效减少光学系统中的透镜个数•降低光学系统的重量•降低总成本•专门的设计可以产生2个或更多的焦点(例如DVD透镜)非球面的典型应用•显示•手机照像头•DVD读写头•照相机•军用夜视•导弹头锥体•高能激光光学非球面的基本方程•大多数非球面

2、是基于一个“二次”或者“锥面”项，基本的方程如下：2cxz=()221+1−1+kcx•标准的基本形式为：−球面(k=0)−抛物面(k=-1)−双曲面(k<-1)−椭圆(-1

3、M)=e.d(L,M)定义，其中P为焦点而L为准线，则此时e称为C的离心率。圆锥曲线之或采用较融离心率与轴贯的表法:长关系:c=半焦距其中对椭圆取k=1，对抛物线取a=半长轴（椭圆）或半实轴（双曲线）k=0，对双曲线取k=−1。圆锥曲线圆锥曲线统一定义：平面内到一个定点Ｆ和到一条定直线L（F不在L上）的距离的比等于常数e的点的轨迹．当０＜e＜１时，它表示椭圆；当e＞１时，它表示双曲线；当e＝１时，它表示抛物线．（其中e是圆锥曲线的离心率，定点Ｆ是圆锥曲线的焦点，定直线是圆锥曲线的准线）•之所以称为“锥面”项，是由于我们可以用不同方位的面与圆锥相

4、切可以得到以上表面基本形式：球面(K=0)相切面平行于圆锥底面圆的标准方程:222x+y=R(R>0)基本形式：抛物面(K=-1)相切面平行于圆锥侧面抛物线标准方程:22y=2px或y=−2px或22x=2py或x=−2py(p>0)基本形式：双曲面(K<-1)相切面平行于圆锥轴线双曲线的标准方程:22xy−=1(a>0,b>0)22ab22yx或−=1(a>0,b>0)22ab基本形式：椭圆(-1b>0)22ab22yx或+=1(a>b>0)22ab非球面的定义•基本项(

5、二次项)2cx46820z=+Dx+Fx+Hx+...Tx()221+1−1+kcx(球面,椭圆,双曲面,抛物面)(与基本项的偏离)其中c=曲率=1/rr=基圆半径•用于回转对称光学表面&离轴片断非球面公式比较偶次非球面与奇次非球面•EvenAsphere(偶次非球面)•OddAsphere(奇次非球面)•从光学像差校正来讲,奇次非球面与偶次非球面应该没有什么区别.但是为什么目前非球面透镜都采用偶次非球面加工呢?•---这应该是从加工及检测上进行考虑的.??非球面制造•金刚石车削和铣磨−单点或接近单点接触−精度取决于位置控制•模具成型−几何反转

6、−精度取决于：•模具的几何精度•收缩因素•抛光−抛光垫接触或者MRF(磁流体)−精度取决于局部驻留时间非球面制造：金刚石车削•典型加工时间(50mm口径)−<10分钟•典型形状精度−0.1µm至1µm•材料−有色金属，如铝、铜、镍等−晶体，如锗、硫化锌、硅、铌酸锂等−高分子聚合物刀尖的形状误差•刀具刀尖的形状误差将会被复制到工件的表面上•许多用户从未想过用FTS去检查刀具的半径和形状误差形状误差的方向•对于非球面，误差平行于非球面轴•对于球面，误差沿最佳拟合圆的法向AsphereSphere非球面轮廓测量方法简介非球面測定•目的:求测定过非球面

7、形状与设计非球面形状之差值•测定方式:•1.接触式测定方式--测量探针从补测物表面滑过,电脑通过精密传感器记录下探针所走过的轨迹.此轨迹即为被测表面的轮廓形状.2.非接触式测定方式--非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。典型的非接触测量方法如激光三角法、电涡流法、超声测量法、机器视觉测量等等。非球面測定方式•1.接触式测定方式a)FormTalysurf(T/H)b)UA3P(Panasonic)•2.非接触式测定方式a)AspheroMaster(b)VeriFireAspher

8、e(Zygo)FormTalysurf测量非球面1)Measurement测量MeasurementDirection测量方向测定注意事项:1.探针必