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为什么使用消色差透镜?
爱特蒙特光学有限公司。

为什么使用消色差透镜?

剖析消色差透镜

消色差透镜是一种由正低折射率(冕牌)和负高折射率(火石)这两种光学组件胶合而成的透镜。与仅包含单片玻璃的单片透镜相比,双片透镜的双合设计能够为用户提供额外的设计自由,并进一步优化透镜性能。因此 相较于相等直径和焦距的单片透镜,消色差透镜的优势更为显著。

消色差透镜具备各种类型的配置,其中常见的是正消色差透镜、负消色差透镜、三合消色差透镜和非球面消色差透镜。要注意的是,消色差透镜可以是双合(双元件)或三合(三元件),且元件的数量与透镜修正的光线数量无关。换言之,双合配置或是三合配置的消色差透镜在可见光范围内都可以校正红光和蓝光。请参阅图1至图4以了解各类型的消色差透镜。

Positive Achromatic Lens
图1: 正消色差透镜
Negative Achromatic Lens
图2: 负消色差透镜
Triplet Lens
图3: 三胶合
Aspherized Achromatic Lens
图4: 非球面

 

配置图例
Dia. 直径
R 曲率半径
ET 边缘厚度
EFL 有效焦距
CT 中心厚度
P 主点
BFL 后焦距

探索非球面消色差透镜

爱特蒙特光学推出一项集提供卓越图像质量的非球面透镜和具备精密颜色校正的消色差透镜于一身的崭新技术。非球面消色差透镜是一款具成本效益的透镜,具有卓越的色差和球差校正功能,以经济实惠的方式满足当今光学和视觉系统严苛的成像要求。通过非球面消色差透镜的协助下,中继系统、聚光镜系统、高数值孔径成像系统和扩束器的透镜设计能够获得改善。图5和图6对消色差透镜和非球面消色差透镜进行了比较。图5显示 #45-209 直径为12.5mm和焦距为14mm的TECHSPEC®消色差透镜的调制传递函数(MTF)和横向光线扇形色差图,图6则显示#49-658 直径为12.5mm和焦距为14mm的TECHSPEC®非球面消色差透镜的调制传递函数和横向光线扇形色差图。如图所示,非球面消色差透镜的分辨率表现比消色差透镜好。

MTF and Transverse Ray Fan Aberration Plots for Achromatic Lens
图5: 消色差透镜的MTF和横向光线扇形色差图
 MTF and Transverse Ray Fan Aberration Plots for Aspherized Achromatic Lens
图6: 非球面消色差透镜的MTF和横向光线扇形色差图

非球面消色差透镜是由与光敏聚合物胶合的玻璃光学透镜制作而成。该光敏聚合物仅使用于双合透镜的其中一面,且非常易于在短时间内进行复制,同时能够提供与特定多元件组件相同的灵活性。与玻璃元件不同的是,非球面消色差透镜具有较小的工作温度范围,介于20°C和80°C。此温度范围限制了非球面消色差透镜面使用增透涂层的可能性。此外,非球面消色差透镜的材料阻隔了深UV的透射,使得透镜不适用于部分应用中。虽然此透镜不具备抗刮痕能力,但它极具成本效益且易于替换。总括而言,此透镜仍然具备许多优势。图7为非球面消色差透镜的制作过程。

 Diamond Ground Aspheric Mold and Achromatic Lens
采用金刚石磨砂非球面模造和消色差透镜
Photopolymer Injection
注入光敏聚合物
Achromatic Lens Compression and UV Curing
消色差透镜压缩和UV固化
Finished Aspherized Achromatic Lens
非球面消色差透镜完成
图7: 非球面消色差透镜的制作

非球面消色差透镜的制作

改善多色光成像

消色差透镜远远优于简单的多色“白光源”成像透镜。组成消色差透镜(字面意思是“不带色彩的透镜”)的两个元件相结合,以校正玻璃固有的色差。因能够消除难以解决的色差,消色差透镜在多色光照明和成像方面极具成本效益。请参阅图8关于此概念的说明。

Polychromatic Imaging using a Plano-Convex Lens versus an Achromatic Lens
图8: 平凸透镜和消色差透镜所产生的多色光成像比较

校正球差和轴上彗差

球差和彗差的校正自由度使透镜在较大的孔径上能够实现更好的轴上性能。与简单透镜相比,消色差透镜在不会减少通光孔径的情况下,能够一致地提供尺寸较小的光斑以及更为卓越的成像质量。图9显示了消色差透镜如何校正轴向物体的纵向色差和球差。图10则显示了双凸透镜如同棱镜般将白光源分开,蓝色光线比红色光线更集中。图11显示了双凸透镜的球面像差如何校正不足。球差(SA)会因f/#的不同而有所变化,也会因小孔径而减少。

Achromatic Lens
图9: 消色差透镜
Logitudinal Color
图10:纵向色差
Spherical Aberration
图11: 球差

更清晰成像和更卓越的能量吞吐量

由于消色差透镜的轴上性能不会因使用较大的通光孔径而降低,因此“缩小”光学系统的体积是不必要的。“缩小”孔径指的是把透镜的孔径缩小,例如通过针孔或光圈,以提高透镜的整体性能。通过充分利用整个通光孔径,消色差透镜和消色差透镜系统会比使用单片透镜的相等系统获得更快的速度、更高的性能、以及更强大的功能。

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