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The Future of Microscope Objectives

非球面透镜
时代来临

2018年10月 | 查看所有光学新动态

是时候用非球面透镜替换球面元件了

 

球面透镜替换成非球面透镜可以减小系统的尺寸和重量

 

单个非球面透镜可以替代多个球面透镜的复杂系统

 

非球面制造的进步使得经过研磨和抛光生产的非球面更具成本效益

 

在保持或提升性能的同时降低系统的成本和重量

几十年来，非球面透镜一直被用于降低球面像差并改善光学系统的性能，但高昂的成本使其在很多场合中因成本原因而无法被应用。凭借非球面研磨和抛光技术的不断进步，子孔径抛光可以在无需磁流变抛光 (MRF) 的情况下制造出高质量的非球面透镜，极大地降低了成本。一个更实惠和性能更高的非球面透镜可以替代多个拥有相同甚至更佳性能的球面透镜，以比以往更低的成本实现更小巧轻便和简洁的系统.

使用更少的元件：让系统更简单

非球面透镜的主要优点之一是：由于像差控制得到提升，光学设计师可以使用比传统球面光学设计更少的元件。例如，在通常使用十个或更多透镜元件的复杂透镜组件中，可以用几个非球面透镜取代多个球面透镜，同时实现相同甚至更好的性能（图 1）. 这样可以简化装配流程，同时减小系统尺寸和重量。减少元件的数量还减少了光学组件内部可能发生反射的表面的数量，从而增加光通量.

While aspheres may seem more complicated than spherical lenses, a single asphere can replace multiple spherical lenses in an optical assembly, leading to a simpler, more compact, and more lightweight final system
图 1: 虽然非球面透镜看起来比球面透镜更复杂，但是单个非球面透镜可以替代光学组件中的多个球面透镜，从而让最终装配的系统更简单、更紧凑而且重量更轻.

降低成本：节省资金

无可否认，单个非球面透镜通常比单个球面透镜昂贵，但是非球面制造技术的最新进步使得生产高性能非球面透镜的成本大幅降低。以前，球面全孔径研磨和抛光可以实现 λ/4 的不规则性，而非球面研磨和抛光只能实现 1λ 的不规则性。磁流变抛光 (MRF) 是一种确定性的精加工工艺，可高精度和高控制选择性地去除材料，是生产更高质量的非球面的必需工艺，并且可以实现低至 λ/20 的不规则性。但是，MRF 增加了大量成本。如今，先进的子孔径非球面研磨和抛光已经接近球面全孔径研磨和抛光的不规则性能，可以用更低的成本生产出高质量的非球面。由于非球面成本的下降，用更少的非球面透镜替换多个球面透镜元件成为更经济的解决方案，从而使光学设计师增加了在设计中使用的非球面。虽然不是所有非球面制造都需要 MRF，但仍然需要 MRF 以获得极高质量的非球面，其不规则性通常仅受可用计量灵敏度的限制.

Improvements in aspheric grinding and polishing are driving the increase in optical designers swapping out multiple spherical components for a smaller amount
图 2: 非球面研磨和抛光的改进推动了光学设计师更多地采用少量非球面来替换多个球面元件.

用于提高可制造性的高端非球面设计网络研讨会

在由 Asphere 业务开发经理 Oleg Leonov 和光学工程师 Amy Frantz 主持的网络研讨会上了解在光学系统设计中使用非球面的好处，以及在设计过程中应考虑哪些因素.

爱特蒙特光学（Edmund Optics®）的非球面透镜时代

Aspheric Manufacturing Capabilities

非球面制造能力

爱特蒙特光学（EO）的非球面透镜生产单元每天 24 小时运行，每月可生产数千个非球面透镜。无论您是需要从我们 600 多个非球面透镜设计的大量存货中挑选库存组件、依图制造透镜，还是需要完全定制的非球面设计，爱特蒙特光学都能通过建模、金刚石车削或子孔径研磨和抛光解决方案满足您的需求.

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MRF Technology

MRF 技术

尽管在非球面子孔径研磨和抛光方面取得了进展，仍然需要磁流变抛光 (MRF) 来制造最高质量的非球面。MRF 是一种确定性和计算机控制的过程，消除了在完成精细光学表面时通常会需要的许多手工步骤和猜测.

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Metrology

计量

爱特蒙特光学（EO）利用各种计量设备来确保我们全球制造工厂生产的非球面和其他光学元件的质量，包括干涉测量、轮廓测量、坐标测量机和计算机生成的全息术.

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常见技术问答

FAQ  非球面透镜不是已经出现几十年了吗？为什么现在才流行?
虽然非球面透镜已经存在了几十年，但非球面子孔径研磨和抛光技术的最新进展使它们比以往更加经济实惠。因此，以前成本过高的非球面解决方案现在变得更实惠，可以用更少量的非球面替换多个球面部件，从而减小尺寸和重量，同时保持甚至提升性能.
FAQ  爱特蒙特光学（EO）使用什么类型的计量来支持其非球面制造?

爱特蒙特光学（EO）利用各种计量设备来支持我们的非球面制造，包括 Talysurf PGI 1240 轮廓仪, QED ASI 非球面缝合干涉仪、 Zygo® NewView 白光干涉仪、 OptiPro UltraSurf 4X 100 非接触式轮廓仪、 TRIOPTICS Opticentric®定心机、 Zeiss Contura G2 坐标测量机(CMMs)、 Olympus MX51 显微镜、 设计专用计算机生成全息图 (CGH) 和零透镜.

FAQ  爱特蒙特光学（EO）的典型制造公差是多少?

爱特蒙特光学（EO）制造公差的完整列表可以在我们的 非球面制造能力页面中找到.

FAQ   爱特蒙特光学（EO）是否仍然使用磁流变抛光来获得高质量的非球面?

是的，最高质量的非球面仍然需要磁流变抛光 (MRF)，并且可以达到超过 λ/20 的精度.

FAQ  有哪些不同类型的非球面透镜?

有许多不同类型的非球面透镜，它们各有优缺点，如下表所示:

非球面类型 描述 相对价格
精密非球面消色差透镜 具有非球面表面的衍射极限和色彩校正双合透镜，适用于宽带应用 $$$$
“激光级”非球面 传输波前误差 <λ/10 $$$
精密抛光非球面 最常见的非球面类型，在成本和性能之间取得平衡 $$
最佳形态的非球面 带有一个非球面表面的改良平凸透镜（PCX）或平凹透镜（PCV） $$
金刚石车削非球面 由高端塑料和结晶材料制成 $$
混合非球面消色差透镜 低成本双合透镜，采用模压聚合物衍射表面，可最大限度减少色差 $
模压非球面 适合大批量生产的低成本塑料或玻璃透镜 $

Resources

应用说明

技术信息和应用范例，内容包括理论说明、方程式、图片说明等.

有关非球面透镜的全面解析
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EO Preferred Glass Types
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非球面消色差透镜
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视频资源

可观看企业宣传片或技术教学视频（从简单技巧介绍到实际应用中的产品优势介绍均有涵盖）.

非球面透镜制造
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非球面透镜介绍
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认识非球面大师：Jeremy Govier
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技术文章

由爱特蒙特光学（Edmund Optics®） 授权发表在行业期刊上或EO工程团队以及核心管理层贡献的的技术文章

"The Long and the Short of It: Techniques for Measuring Aspheres" by Amy Frantz - Photonics Spectra
查看  

"Optimizing the Design of Aspheric Lenses" by Jeremy Govier - Photonics Spectra
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"Design Considerations for Aspheric Lenses" by Jeremy Govier - Photonics Spectra
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