非球面塑料透镜在小型变焦照相机摄影光学系统中的应用

    最近,国外使用非球面镜片的单反照相机用的交换镜头(定焦和变焦)、小型变焦相机镜头、摄像机用的镜头,DSC (digital still camera数码静物照相机)用的镜头等,都开出来,并已实现产业化。可以这样说:简直没有不使用非球面的镜头。

    非球面镜头并非现在才有,而是可以追溯到很早时候,只不过当时几乎没有实现实用化(量产化)而已。

    那么,最近为什么又使用得那么多呢?这是由于非球面的加工技术和测定技术显著进步之故,使得非球面镜头的制造成本下降,制造精度提高,性能价格比优良。

    现在的非球面透镜可以分成四大类:

    ①玻璃模压非球面透镜

    ②复合非球面透镜

    ③塑料模压非球面透镜

    ④磨削非球面透镜

    本文主要述及非球面透镜在小型照相机变焦镜头系统中的应用,而且着重是塑料非球面透镜的应用。

    1非球面透镜使用原则和效果

    使用了非球面,必须实现最低限度的成本上升和带来最大限度的性能提高这个目标。设计时,如何使用非球面其应用原则又是什么?办法不同,所获得的效果也不同。

    对于单焦点镜头,考虑到非球面与光束的关系,选择原则如下:

    1.1在靠近光栏位置上使用非球面

    这条使用原则主要是针对大孔径光学系统,使用非球面目的主要是校正球差,由于在靠近光栏的位置处,主光线在其面上投射高度很低,对轴外像差的影响相对较弱。

    1.2在远离光栏的位置处使用非球面

    这条原则主要为了校正轴外像差如畸变、彗差、像散等,这是因为在远离光栏位置处,主光线在其面上投射高度特别大,对轴外像差影响特别大。这对于大视场(即广角)的光学系统特别适用。

    至于影响象面弯曲的匹兹伐和以及色差,是由光学材料的特性(色散值)以及近轴光焦度配置来决定的,非球面不能直接起作用。但由于非球面能校正畸变、球差、彗差、像散等象差,所以比起球面光学系统来,使光焦度分配的自由度变大,因而间接地有利于校正场曲和色差。

    综上所述,对于在光学系统的什么位置上来使用非球面才能发挥最好的效果,是要根据光学系统的光学特性、规格来判断的,这非常重要。除此以外,还要从制造的观点来选择,例如选取折射率差较大的面、具有优良加工性材质的面、能得到易加工的形状的面等作为非球面。

    对于变焦镜头,考虑到非球面与光束的关系在变焦过程中的变动,还必须增加这样一个原则:/变焦时通过非球面上光线的情况不会发生大的变动。0