揭秘非球面技术

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【中国集群通信网】很多镜头公司在进军中国安防市场时，反复提到的就是非球面技术。但非球面镜片在民用光学领域被广泛应用却早已是尽人皆知的事，世界上第一支使用非球面镜的镜头是卡尔蔡司制造的，时间是1901年，但非球面镜大规模进入民用光学领域还是在日系厂商开发出低成本制造技术之后的事情了。上世纪六、七十年代，Tokina、Fujinon等老牌光学厂商就已经掌握非球面镜片的研磨加工技术，并且在民用照材领域得到广泛的应用。目前，日本主流的监控镜头生产商基本上都具备了非球面镜片的生产加工实力。

　　首先让我们来弄清楚球面镜的概念。一般镜头中所用的镜片，都可以看作是球体的一部分，它的表面曲率是固定的，在由光轴上同一物点发出的光线通过镜头后，在像场空间上不同的点会聚，从而发生了结像位置的移动，这就是球面像差。对于全部采用球面镜片的镜头而言，这是一种无可避免的像差。它的产生是由于离轴距离不同的光线在镜片表面形成的入射角不同而造成的。当平行的光线由镜面边缘(远轴光线)通过时，它的焦点位置比较靠近镜片;而由镜片的中央通过的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片。这种沿着光轴的焦点间错开的量，称为纵向球面像差。由于这种像差的缘故，就会在通过镜头中心部分的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边缘部分的光线所产生的光斑，使人感到所形成的影像变成模糊不清，画面整体好像蒙上一层纱似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙影像。这个光斑的半径称为横向球面像差。非球面镜就是为了校正球面像差而开发出来的，功能就是通过修改镜片表面的曲率，让近轴光线与远轴光线所形成的焦点位置重合。

　　制造非球面镜片的方法主要有三种：第一种是研磨非球面镜片。就是直接用光学玻璃毛坯研磨出所需要形状的非球面镜片，工艺难度很大，成本也十分高昂，最早的非球面镜片几乎都是这样制作的。早期的非球面镜头用的都是此种非球面镜片，也导致非球面的镜头价格一直居高不下。

　　第二种是模压非球面镜片。它采用金属铸模技术将融化的光学玻璃或光学树脂直接压制而成，这种制造工艺成本相对较低，而且现在大部分模压非球面镜的材质都是光学树脂，玻璃的极为少见，因为光学玻璃是比较不适合用铸模工艺来生产产品的材料，铸模工艺会导致玻璃中的气泡很难排除，良品率会相当低下。碍于安防行业使用场合的特殊性，特别是考虑到恶劣的温差条件，一直以来光学树脂镜片还只是在民用光学领域使用，在安防行业是根本无法采用的。全球最大的光学玻璃提供商之一，日本Hoya集团一直以来致力于为Canon、Nikon、Pentax、KM-Sony、Olympus、Zeiss、Tokina等相机及镜头大厂提供玻璃原材料及镜片，在全球的眼镜片、高级树脂镜片领域都有极高的市场份额。为了提高玻璃在模压非球面镜片时的合格率，利用其全新的完全不含对环境有害的铅和三氧化二砷的环保玻璃，与其集团内部成员Tokina合作开发了由光学玻璃压制成型的超精密的非球面透镜，广泛地应用于后者的光学产品中，以最大限度地降低成本。因此采用这种非球面镜片，可以做到超高性价比。

　　第三种是复合非球面镜片。在研磨成球面的玻璃镜片表面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两种工艺之间，是中高档镜头所用非球面镜的主要制作方法。因采用了光学树脂，此种方式仍不适合在安防行业使用。

　　通常的非球面镜片是一面为非球面，另外一面是球面。近年来出现了双面非球面镜片，采用这样的镜片，可以使镜头的镜片数减少许多，可以较小的体积得到更大倍率的变焦镜头。