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《非球面光学技术综述(激光杂志)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、非球面光学设计技术综述勾志勇1摘要非球面光学在工业、国防和商业等领域的应用中具有十分重要的意义。当用非球面设计光学系统时,非球面方程的选用十分重要,决定着系统最佳优化结果。文章介绍了非球面光学技术的发展过程,分析了常用非球面的应用方程,并对非球面应用方程的特点及非球面系数的关系进行了概述,较详细地分析了各类非球面应用方程的适用范围,最后概述了非球面光学在军事、工业等领域的应用以及发展趋势。关键词非球面光学；非球面透镜；非球面系数；光学设计ThesummaryofasphericopticaldesigntechnologyAbstractAspheric
2、opticsisimportantinnationaldefence,industryandotherfieldsofapplication.Whileusingasphericsurfacesinthedesignofopticalsystem,itisquiteimportanttodecidewhichasphericequationstochoose.Anditcanalsomaketheopticssystemperfect.Thispapermainlyintroducesthedevelopmentofasphericopticsandan
3、alyzessomekindsofasphericequations.Italsosummarizesthecharacteristicsofasphericequationsandtheirrelationshipwithasphericcoefficient.Anditdetailstheareasofapplicationsonsomekindsofasphericequations.Intheend,thepaperpresentsthetypicalapplicationsanddevelopmenttendencyofasphericopti
4、csinmilitary,industryfield,andsoon.Keywordasphericoptics;asphericlens;asphericcoefficient;opticaldesign引言16世纪，人们逐渐开始对非球面光学感兴趣，在古代和中世纪，人们就知道用抛物镜通过反射对远距离物体成像。1611年，JohannnKepler打算把双曲面应用在透镜表面上。可在折射定律为人们所不知的年代，就透镜而言，他不能用科学证明来支持他的观点。直到1618年，Snell确立了折射定律。基于此发现，1638年，JohannnKepler把非球面面型
5、在透镜上进行实验，使在近、远距离获得无球差像面，从而逐渐奠定了非球面光学基础，此面型也被命名为笛卡儿面(Cartesiansurfaces)[1]。自从加工工艺和光学检测水平提高，非球面光学得到了广泛的应用,在美国AN/AVS-6型飞行员微光夜视眼镜中就采用了9块非球面塑料透镜，另外，在AN/PVS-7步兵微光夜视眼镜、HOT夜视眼镜、“铜斑蛇”激光制导炮弹导引头和其他激光测距机、军用望远镜及各种照相机的取景器中都采用了非球面透镜。1.非球面之定义非球面光学元件，是指面形由多项高次方程决定、面形上各点的半径均不相同的光学元件。一般应用在光学系统中的透镜及
6、反射镜，曲面型式多数为平面和球面，原因是这些简单型式的曲面加工、检验容易，但是用在某些高度精密成像系统有一定的限度。虽然非球面的复杂曲面制造困难，但在某些光学系统中依然是需要的。采用非球面技术设计的光学系统，可消除球差、慧差、像散、场曲，减少光能损失，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特性(如图1)。作者简介：勾志勇(1979－),男,重庆人,土家族,硕士研究生,主要从事光学系统设计工作。作者e-mail:gouzhiyong@126.com(a)残存有球面透镜的像差(b)利用非球面消像差图1:球面和非球面的比较2.非球面曲面方程首先我们考虑二次曲线
7、方程[2]-[4]，设光轴为x轴，即非球面的对称轴，坐标原点取在顶点。（1）式中为曲面近轴曲率半径，为曲面的圆锥系数；扩展方程（1）到多项式（2）式中的为方程系数,其中，。对方程（2）求解得：（3）其中方程(2)和方程(3)系数[2][4]的关系，，，，，，，，，方程（1）和（3）经过系列数值变换可转化为常用的非球面型式[5][6](如图2)，其数学示为（4尼玛Z(r)=R-z;R是最高点曲率啊）图2:镜面的凹陷度与半径r之示意图其中,Z为镜面的凹陷度；r为镜面的孔径半径；c为曲率半径的倒数;A、B、C、D、E为r的各阶系数；此方程在欧美国家成为标准的加
8、工方程，在国内，云南爱克瑞、成都奥晶等光学厂家和一些研究所都以此方程为加工标准方
