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為什么使用消色差透鏡?

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剖析消色差透鏡


消色差透鏡一種由正低折射率(冕牌)和負高折射率(火石)這兩種光學組件膠合而成的透鏡。與僅包含單片玻璃的單片透鏡相比,雙片透鏡的雙合設計能夠為用戶提供額外的設計自由,并進一步優化透鏡性能。因此 相較于相等直徑和焦距的單片透鏡,消色差透鏡的優勢更為顯著。

消色差透鏡具備各種類型的配置,其中常見的是正消色差透鏡、負消色差透鏡、三合消色差透鏡和非球面消色差透鏡。要注意的是,消色差透鏡可以是雙合(雙元件)或三合(三元件),且元件的數量與透鏡修正的光線數量無關。換言之,雙合配置或是三合配置的消色差透鏡在可見光范圍內都可以校正紅光和藍光。請參閱圖1至圖4以了解各類型的消色差透鏡。

圖1:?正消色差透鏡

圖2:?負消色差透鏡

圖3:?三膠合

圖4:?非球面

配置圖例

Dia:直徑

R:曲率半徑

ET:邊緣厚度

EFL:有效焦距

CT:中心厚度

P:主點

BFL:后焦距

探索非球面消色差透鏡


愛特蒙特光學推出一項集提供卓越圖像質量的非球面透鏡和具備精密顏色校正的消色差透鏡于一身的嶄新技術。非球面消色差透鏡是一款具成本效益的透鏡,具有卓越的色差和球差校正功能,以經濟實惠的方式滿足當今光學和視覺系統嚴苛的成像要求。通過非球面消色差透鏡的協助下,中繼系統、聚光鏡系統、高數值孔徑成像系統和擴束器的透鏡設計能夠獲得改善。圖5和圖6對消色差透鏡和非球面消色差透鏡進行了比較。圖5顯示?#45-209?直徑為12.5mm和焦距為14mm的TECHSPEC?消色差透鏡的調制傳遞函數(MTF)和橫向光線扇形色差圖,圖6則顯示#49-658直徑為12.5mm和焦距為14mm的TECHSPEC?非球面消色差透鏡的調制傳遞函數和橫向光線扇形色差圖。如圖所示,非球面消色差透鏡的分辨率表現比消色差透鏡好。探索非球面消色差透鏡

圖5:?消色差透鏡的MTF和橫向光線扇形色差圖

圖6:?非球面消色差透鏡的MTF和橫向光線扇形色差圖


非球面消色差透鏡是由與光敏聚合物膠合的玻璃光學透鏡制作而成。該光敏聚合物僅使用于雙合透鏡的其中一面,且非常易于在短時間內進行復制,同時能夠提供與特定多元件組件相同的靈活性。與玻璃元件不同的是,非球面消色差透鏡具有較小的工作溫度范圍,介于20°C和80°C。此溫度范圍限制了非球面消色差透鏡面使用增透涂層的可能性。此外,非球面消色差透鏡的材料阻隔了深UV的透射,使得透鏡不適用于部分應用中。雖然此透鏡不具備抗刮痕能力,但它極具成本效益且易于替換。總括而言,此透鏡仍然具備許多優勢。圖7為非球面消色差透鏡的制作過程。

圖7:?非球面消色差透鏡的制作

非球面消色差透鏡的制作


改善多色光成像


消色差透鏡遠遠優于簡單的多色“白光源”成像透鏡。組成消色差透鏡(字面意思是“不帶色彩的透鏡”)的兩個元件相結合,以校正玻璃固有的色差。因能夠消除難以解決的色差,消色差透鏡在多色光照明和成像方面極具成本效益。請參閱圖8關于此概念的說明。

圖8:?平凸透鏡和消色差透鏡所產生的多色光成像比較

校正球差和軸上彗差


球差和彗差的校正自由度使透鏡在較大的孔徑上能夠實現更好的軸上性能。與簡單透鏡相比,消色差透鏡在不會減少通光孔徑的情況下,能夠一致地提供尺寸較小的光斑以及更為卓越的成像質量。圖9顯示了消色差透鏡如何校正軸向物體的縱向色差和球差。圖10則顯示了雙凸透鏡如同棱鏡般將白光源分開,藍色光線比紅色光線更集中。圖11顯示了雙凸透鏡的球面像差如何校正不足。球差(SA)會因f/#的不同而有所變化,也會因小孔徑而減少。

更清晰成像和更卓越的能量吞吐量


由于消色差透鏡的軸上性能不會因使用較大的通光孔徑而降低,因此“縮小”光學系統的體積是不必要的。“縮小”孔徑指的是把透鏡的孔徑縮小,例如通過針孔或光圈,以提高透鏡的整體性能。通過充分利用整個通光孔徑,消色差透鏡和消色差透鏡系統會比使用單片透鏡的相等系統獲得更快的速度、更高的性能、以及更強大的功能。


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