광학 비구면 렌즈의 종류

비구면 렌즈 란 무엇입니까?

광학 시스템에서 가장 많이 사용되는 구형 렌즈는 회전 대칭 구형 표면인 표면을 가지며, 이는 렌즈의 중심에서 가장자리까지 일정한 곡률을 갖는다. 대조적으로, 비구체 렌즈는 회전 대칭이지만 구형이 아닌 특정 수학적 표현에 부합하고 매끄럽고 연속적인 표면을 갖는 표면을 갖는다.

광학 시스템에 사용되는 세 가지 주요 유형의 비구면 표면이 있습니다. 첫 번째 유형은 회전 원추형 표면 및 고차 회전 표면과 같은 축 비대칭 비구면 표면입니다. 두 번째 유형은 원통형 표면 및 토로이드 표면과 같은 두 개의 대칭면을 가진 비구면 표면입니다. 세 번째 유형은 자유 형식 표면입니다. 대칭이 없습니다.

가장 일반적으로 사용되는 비구체 표면 표현은 원추형 표면을 베이스로 취한 다음 일련의 고차 다항식을 겹쳐서 구성됩니다. 표현식은 다음과 같다.

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

어디에:

1. ( z®) 는 방사상 거리 (r) 에서의 렌즈 표면의 높이이다.

2. ( R) 은 기본 구의 곡률 반경입니다.

3. ( k) 는 원추형 상수 (이심률 상수라고도 함) 이다.

4. ( A_i) 는 고차 다항식의 계수이다.

(R) 은 광축으로부터 표면 상의 지점까지의 반경 거리이다.

이 표현식은 기본 원뿔 표면 ((R) 및 (k) 로 정의) 과 일련의 고차 다항식 항 (계수 (A_i) 로 정의) 을 결합합니다. 비구면 렌즈의 모양을 정확하게 설명합니다.

비정형 렌즈의 장점

임의의 측정 또는 제조 오차에 관계없이, 구형 렌즈는 본질적으로 구면 수차를 나타낸다. 비구면 렌즈의 가장 주목할만한 장점은 원뿔형 상수 및 비구면 계수를 조정하고 최적화함으로써 수차를 최소화하는 능력입니다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 상당한 구면 수차를 갖는 구형 렌즈는 거의 구면 수차가 없는 비구면 렌즈와 비교된다. 이에 비해, 단일 비구면 렌즈는 더 나은 이미지 품질을 달성한다.

구형 렌즈의 구면 절정의 그림

구면 렌즈의 구형 절정 수정

렌즈의 수를 증가시킴으로써 구면 수차를 보정하는 종래의 방법과 비교하여, 비구면 렌즈는 더 적은 수의 렌즈로 더 양호한 수차 보정을 달성할 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 10 개 이상의 렌즈를 사용하는 줌 렌즈는 5 개 또는 6 개의 구형 렌즈를 1 개 또는 2 개의 비구면 렌즈로 대체하여 동일하거나 더 높은 광학 성능을 얻을 수 있습니다. 따라서 시스템의 길이와 복잡성을 줄입니다.

또한, 더 많은 광학 요소를 갖는 광학 시스템은 종종 엄격한 기계적 허용 오차 요건을 가지며, 이는 추가적인 교정 단계 및 더 많은 반사 방지 코팅으로 이어질 수 있으며, 이는 시스템의 전반적인 실용성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 광학 시스템에서 비구면 렌즈를 사용하면 (단일 요소 렌즈 및 동등한 F-번호를 갖는 시멘트 된 이복에 비해 더 높은 비용에도 불구하고) 전체 시스템 비용을 낮출 수 있습니다.

요약하면, 광학 시스템에서 비구면 렌즈의 합리적인 사용은 광학 시스템의 소형화, 경량 및 다기능성을 달성하는 데 대체 할 수없는 위치를 유지합니다.

레이저 시준에서 비구체 렌즈의 응용

비정형 렌즈는 광학 시스템에서 매우 중요한 역할을합니다. 예를 들어, 스마트 폰 렌즈, 카메라 렌즈 및 초단 투척 프로젝터와 같이 자주 만나는 복잡한 시스템에서, 시스템 수차의 최적화는 종종 다중 비구면 및 구형 렌즈를 결합함으로써 달성된다. 이러한 시스템은 일반적으로 표준화 된 제품이 아닙니다.