非球面会聚镜片制造技术

一种非球面会聚镜片，包括第一非球面和第二非球面，该非球面会聚镜片的折光率变化在１Ｄ范围内，第一非球面固定，并使该非球面会聚镜片在至少７个视场，使绩效函数（见公式）的目标值ｔ↓［ｉ］为零，其中ｗ↓［ｉ］为权因子，ｍ为优化的项数，ｅ↓［ｉ］为所考虑的校正项即某个像差，ｔ↓［ｉ］为某个像差的目标值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种镜片，尤其涉及一种非球面镜片。
技术介绍
目前光学设备如光学读取头、相机镜头、眼镜片所采用的镜片，一般有球面镜片或非球面镜片。对球面镜片而言，由于其两个折射表面均为球面形式，故在制造与加工时均较容易。然而，对中心厚边缘薄的球面会聚镜片，随着镜片折光率(也称度数)的增加，镜片的中心会明显增厚。其中镜片折光率是指该镜片的后顶焦度值，其值等于以米为单位测得的镜片近轴后顶焦距(自镜片像方表面顶点至像方焦点的距离)的倒数。可由公式(1)计算其中，fv为镜片的近轴后顶焦距，取未紧贴像方地球面的曲率半径为R1，紧贴像方的球面的曲率半径为R2，镜片中心厚度为t，镜片材质折射率为n，则两球面的折光率可分别为F1＝(n-1)/R1与F2＝(1-n)/R2。镜片折光率的单位通常用D(屈光度)表示，平常所说镜片度数就是Fv之值乘以100即1D＝100度。从公式(1)式来看，当球面会聚镜片的材质一定时，而镜片中心厚度t取决于R1、R2值，则镜片的折光率就由R1、R2决定，因此，可通过调节R1和R2值来调节镜片的折光率。由公式(1)可知，球面会聚镜片随着镜片折光率的增大，R1和R2的差值就会越大，则镜片的中心厚度t就会越大，使得整个镜片的体积较大。如果该球面会聚镜片用于相机镜头，则会增大相机镜头的体积；如果该球面会聚镜片为远视眼镜片，则既影响美观，又造成戴镜者的不适。此外，对镜片而言，一般除考虑镜片制造与加工的容易性与镜片薄型化外，还必须考虑到镜片的成像质量。像差是影响镜片成像质量的主要因素之一，一般影响镜片成像质量的像差包括斜射像散、视场弯曲及畸变等三种像差。其中，斜射像散是由于自轴外物点的细小光源发出的光束在子午场和弧矢场的聚焦点不同，而使得成像时存在像散以致于像不清晰。视场弯曲是指垂直于光轴的平面物体在成像时，像的中心与像的边缘不一致而令视场成曲面，又可称平均折光率误差，通常称为折光率误差。畸变是由于在像方近光轴区域和远光轴区域因放大率不同，而使成像发生桶形畸变或枕形畸变，此种像差使得成像发生几何改变但不影响成像的清晰度。如设子午场中成像面的折光率为FT′(D)，弧矢场中成像面的折光率为FS′(D)，理想成像的像高为MQ′，真实成像的像高为MQ″，则斜射像散＝FT′-FS′ 由公式(1)可知，对球面会聚镜片而言，只能通过调节两个球面的曲率半径来消除斜射像散、折光率误差及畸变这三种像差。但实际上，如果仅仅通过两个球面的曲率半径来消除像差，则会发生消除某一个像差，就会增大其它另两个像差的现象。因此，一般球面镜片无法设计成既薄又能同时有效消除斜射像散、折光率误差及畸变三种像差的镜片。为解决这一问题，目前较多的镜片均采用非球面设计，其中非球面镜片是指其中至少一个折射表面是非球面。镜片采用非球面设计，能有效消除斜射像散、折光率误差及畸变三种像差。如公开于1999年3月31日的中国专利申请CN1212766A，揭示了一种非球面镜片，其通过引入高次项来改变镜片各点处的曲率，进而减小各点处的厚度差，然该技术中引入的高次项既包括奇次项，也包括偶次项，会导致镜片折射表面不对称，容易形成较大的上述三种像差，所以难以设计和加工出符合要求的镜片。公开于2003年4月23日的中国专利申请CN1412604A，揭示了另一种非球面镜片，其中，该非球面镜片至少一个折射表面为非球面，该非球面计算公式(2)采用如下形式式中z为表面某处的矢高，c表示非球面顶点的曲率，r表示离光轴的距离，a1、a2、a3、a4、a5为非球面的高次项为数。在该非球面公式中，虽然引入偶次项来设计非球面镜片使得折射表面对称，但是，其公式中r有12次幂，非球面高次项为数采用5个值。如果只有一个非球面进行镜片设计，较难有效消除上述三种像差。如果采用两个非球面设计，则当镜片的折光率改变时，两个折射表面的非球面设计均会改变，使得该非球面镜片制造困难。目前，非球面镜片在消除像差的优化(使像差最小化)设计中，一般是在某些特定视场角消除像差，则其它视场角的像差相应会变得较小，其中视场角是指像方折射光束通过像方焦点时与镜片光轴的夹角。为有效消除非球面镜片的像差，通常采用阻尼最小二乘法来优化设计非球面镜片，先定义一个绩效函数(3)其中wi为权因子，其值取为wi＞0，权因子取值是根据所在项对应像差的重要性来决定，如果对所在项所要消除的像差要求很严格，则那一项权因子值可取得较大；m为优化的项数，其值为大于等于1的整数；ei为所考虑的校正项即某个像差，所考虑ei的项数即为数值m；ti为某个像差的目标值，目标值ti的取值依ei情况而定。设有一个非球面会聚镜片，包括第一非球面和第二非球面，其中第一非球面的非球面为数P1、B1、C1、D1、E1，第二非球面的非球面为数P2、B2、C2、D2、E2，其中P1、P2为二次曲线常数值(Conic Constant)，B1、C1、D1、E1和B2、C2、D2、E2分别为第一非球面和第二非球面的高次项为数(High ordercoefficients)。当该非球面会聚镜片采用五个视场的优化设计时，如采用0.3视场、0.5视场、0.7视场、0.85视场及1.0视场优化时，其中1.0视场是指镜片成像时，折射光束通过像方焦点与镜片光轴夹角为30度而言，设该非球面会聚镜片的参数如表1所示。 表1在绩效函数(3)中，选w1＝2、w2＝4、w3＝5、w4＝8、w5＝10为斜射像散权因子，选w6＝1、w7＝2、w8＝3、w9＝10、w10＝14为折光率误差权因子，选w11＝0.2、w12＝0.5、w13＝0.5、w14＝0.8、w15＝1.2为畸变权因子，目标值t1＝t2＝......＝t14＝t15＝0，通过计算，可得如图1A为现有非球面会聚镜片五视场优化的斜射像散与折光率误差曲线图，图1B为现有非球面会聚镜片五视场优化的畸变曲线图。其中，图1A中，横坐标轴表示折光率的大小，纵坐标轴表示视场角的大小；图1B图中，横坐标轴表示畸变的大小，纵坐标轴表示视场角的大小。图1A中FT′为子午场中成像面的折光率，FS′为弧矢场中成像面的折光率，FPS＝Fv为镜片的折光率，图1B中的曲线为畸变在各个视场中的大小，则斜射像散＝FT′-FS′； 通过图1A和图1B，明显可看出在0.97视场处有一极陡峭的峰，通过计算得出此处的斜射像散为24.433D，折光率误差为13.373D，畸变为6.23％，故效果较差。当增加一个视场优化时，在0.97视场处的斜射像散、折光率误差及畸变仍然有一个较大的值。故非球面会聚镜片采用五个或六个视场优化，均不能较好的消除像差。
技术实现思路
有鉴于此，有必要设计一种镜片，使该镜片易于制造，以及既薄又能有效消除像差。一种非球面会聚镜片，包括第一非球面和第二非球面，其中该非球面会聚镜片的折光率变化在1D范围内，第一非球面固定，并使该非球面会聚镜片在至少7个视场，使绩效函数的目标值ti为零，其中wi为权因子，m为优化的项数，ei为所考虑的校正项即某个像差，ti为某个像差的目标值。与现有技术相比，该非球面会聚镜片由于在折光率变化为1D范围内，第一非球面固定，并在至少7个视场进行优化设计，所以具有以下优点1.较之随镜片折光率改变，两个非球面设计需同时改变的非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非球面会聚镜片，包括第一非球面和第二非球面，其特征在于：该非球面会聚镜片的折光率变化在１Ｄ范围内，第一非球面固定，并使该非球面会聚镜片在至少７个视场，使绩效函数φ＝＊［ｗ↓［ｉ］（ｅ↓［ｉ］－ｔ↓［ｉ］）］↑［２］的目标 值ｔ↓［ｉ］为零，其中ｗ↓［ｉ］为权因子，ｍ为优化的项数，ｅ↓［ｉ］为所考虑的校正项即某个像差，ｔ↓［ｉ］为某个像差的目标值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文信，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，鸿海精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]