Асферическая линза

редактировать

Асферическая двояковыпуклая линза.

Асферическая линза или асферическая (часто маркировка ASPH на окулярах) представляет собой линзу , профили поверхности которой не являются частями сферы или цилиндра. В фотографии узел линзы, который включает в себя асферический элемент, часто называется асферической линзой .

Более сложный профиль поверхности асферы может уменьшить или устранить сферическую аберрацию., а также уменьшить другие оптические аберрации, такие как астигматизм, по сравнению с простой линзой. Одна асферическая линза часто может заменить гораздо более сложную систему с несколькими линзами. Полученное устройство меньше и легче, а иногда и дешевле, чем конструкция с несколькими линзами. Асферические элементы используются в конструкции многоэлементных широкоугольных и светосильных обычных линз для уменьшения аберраций. Они также используются в сочетании с отражающими элементами (катадиоптрическими системами ), такими как асферическая пластина корректора Шмидта, используемая в камерах Schmidt и Schmidt– Телескопы Кассегрена. Маленькие формованные асферы часто используются для коллимационных диодных лазеров.

Асферические линзы также иногда используются для очков. Асферические линзы для очков обеспечивают более четкое зрение, чем стандартные линзы «наилучшей формы», в основном при взгляде в других направлениях, кроме оптического центра линзы. Более того, уменьшение эффекта увеличения линзы может помочь с рецептами, которые имеют разную силу для двух глаз (анизометропия ). Независимо от оптического качества, они могут сделать линзу более тонкой, а также меньше искажать глаза зрителя, когда их видят другие люди, обеспечивая лучший эстетический вид.

Содержание

1 Профиль поверхности
2 Производство
3 Метрология
- 3.1 Тактильное измерение
- 3.2 Бесконтактное измерение
  - 3.2.1 Компьютерная голограмма (CGH)
  - 3.2.2 Интерферометрическое измерение
4 Применение в офтальмологии
5 Объективы камеры
6 История
7 Испытания систем асферических линз
8 В природе
9 См. Также
10 Ссылки

Профиль поверхности

Хотя в принципе асферические поверхности могут принимать широкий разнообразие форм, асферические линзы часто имеют поверхность вида

z (r) = r 2 R (1 + 1 - (1 + κ) r 2 R 2) + α 4 r 4 + α 6 r 6 + ⋯, {\ displaystyle z (r) = {\ frac {r ^ {2}} {R \ left (1 + {\ sqrt {1- (1+ \ kappa) {\ frac {r ^ {2}}) {R ^ {2}}}}} \ right)}} + \ alpha _ {4} r ^ {4} + \ alpha _ {6} r ^ {6} + \ cdots,}

{\ displaystyle z (r) = {\ frac {r ^ {2}} {R \ left (1 + {\ sqrt {1- (1 + \ kappa) {\ frac {r ^ {2}} {R ^ {2}}}}} \ right)}} + \ alpha _ {4} r ^ {4} + \ alpha _ {6} r ^ {6} + \ cdots,}

где оптическая ось предположительно лежит в направлении z, а $z (r) {\ displaystyle z (r)}$ $z(r)$ - прогиб - z-компонента смещения поверхности от вершины вершины на расстоянии $r {\ displaystyle r}$ $r$ от оси. Коэффициенты $α i {\ displaystyle \ alpha _ {i}}$ $\ alpha _ {i}$ описывают отклонение поверхности от аксиально-симметричной квадратной поверхности, заданной $R {\ displaystyle R}$ $R$ и $κ {\ displaystyle \ kappa}$ $\ каппа$ .

Если коэффициенты $α i {\ displaystyle \ alpha _ {i}}$ $\ alpha _ {i}$ равны нулю, тогда $R {\ displaystyle R}$ $R$ - это радиус кривизны, а $κ {\ displaystyle \ kappa}$ $\ каппа$ - коническая константа, измеренная в вершине (где $r = 0 {\ displaystyle r = 0}$ $r = 0$ ). В этом случае поверхность имеет форму конического сечения, вращающегося вокруг оптической оси, с формой, определяемой $κ {\ displaystyle \ kappa}$ $\ каппа$ :

$κ {\ displaystyle \ kappa}$ $\ каппа$	Коническое сечение
$κ < − 1 {\displaystyle \kappa <-1}$ $\ каппа <-1$	гипербола
$κ = - 1 {\ displaystyle \ kappa = -1}$ $\ kappa = -1$	парабола
$- 1 < κ < 0 {\displaystyle -1<\kappa <0}$ $-1 <\ kappa <0$	эллипс (поверхность представляет собой вытянутый сфероид )
$κ = 0 {\ displaystyle \ kappa = 0}$ $\ kappa = 0$	сфера
$κ>0 {\ displaystyle \ kappa>0}$ $\kappa>0$	эллипс (поверхность представляет собой сплющенный сфероид <18314>сверху уравнение страдает от сильной корреляции между коэффициентами первого члена и полиномиальными членами. Это приводит к сильным расхождениям, когда дело доходит до подгонки уравнения к асферической поверхности. Таким образом, различные уравнения, использующие "Q-полиномы", где коэффициенты ортогональны каждому другие альтернативы, которые иногда используются. Manufactu re Поперечное сечение пластины корректора Шмидта , обычной асферической линзы Маленькие стеклянные или пластмассовые асферические линзы можно изготавливать путем формования, что обеспечивает дешевое массовое производство. Из-за их невысокой стоимости и хороших характеристик формованные сферы обычно используются в недорогих потребительских камерах, телефонах с камерой и проигрывателях компакт-дисков. Они также обычно используются для коллимации лазерных диодов, а также для ввода света в и из оптических волокон. Более крупные асферы изготавливаются посредством шлифовки и полировки. Линзы, изготовленные с помощью этих технологий, используются в телескопах, проекционных телевизорах, системах наведения ракет и приборах для научных исследований. Они могут быть изготовлены путем точечного контурирования до примерно правильной формы, которая затем полируется до окончательной формы. В других конструкциях, таких как системы Шмидта, пластина асферического корректора может быть изготовлена с помощью вакуума, чтобы деформировать оптически параллельную пластину в кривую, которая затем полируется «плоско» с одной стороны. Асферические поверхности также могут быть изготовлены путем полировки с помощью небольшого инструмента с податливой поверхностью, которая соответствует оптике, хотя точный контроль формы и качества поверхности затруднен, и результаты могут измениться по мере износа инструмента. Одноточечная алмазная токарная обработка - это альтернативный процесс, при котором на токарном станке с компьютерным управлением используется алмазный наконечник, чтобы вырезать кусок стекла нужного профиля. или другой оптический материал. Алмазное точение происходит медленно и имеет ограничения по материалам, на которых его можно использовать, а также по точности и гладкости поверхности, которые могут быть достигнуты. Это особенно полезно для инфракрасной оптики. Для повышения точности и качества полированной поверхности можно использовать несколько методов «чистовой обработки». К ним относятся ионно-лучевая чистовая обработка, абразивные водяные струи и магнитореологическая чистовая обработка, при которой для удаления материала с поверхности используется магнитная струя жидкости. 218> Другой способ изготовления асферических линз заключается в нанесении оптической смолы на сферическую линзу с образованием композитной линзы асферической формы. Также предлагалась плазменная абляция. Притирка инструмента на шпиндель под линзой и монтажный инструмент на втором шпинделе (повернутый наружу) использует шаг , чтобы удерживать показанную линзу вогнутой стороной вниз . Сферическая кривизна асферической линзы также может быть создана путем смешения сферической кривизны с асферической кривизной путем шлифования кривизны вне оси. Шлифование с двумя вращающимися осями может использоваться для стекла с высоким показателем преломления, которое нелегко формовать вращением, как линзы из полимера CR-39. Такие методы, как лазерная абляция, также могут быть использованы для изменения кривизны линзы, но качество полировки полученных поверхностей не так хорошо, как при использовании лапидарной обработки. Стандарты выдачи линз для очков по рецепту не рекомендуют использовать кривизну, которая отклоняется от определенных фокусных расстояний. Множественные фокусные расстояния принимаются в форме бифокальных очков, трифокальных очков, вариофокальных линз и цилиндрических компонентов для астигматизма. Метрология Технологии измерений решающую роль в производстве асферических линз. В зависимости от производственного процесса и статуса обработки различают различные задачи измерения: форма асферы отклонение формы поверхности погрешность наклона толщина центра шероховатость Различают тактильные, т. Е. Прикосновения, и бесконтактные методы измерения. Решение о том, какой метод использовать, зависит не только от точности, но и от состояния производства. Тактильное измерение Тактильное измерение в основном используется между двумя операциями шлифования, чтобы контролировать форму сферы и регулировать следующую операцию. Зонд для измерения профиля используется для измерения сечения поверхности линзы. Симметрия вращения линз означает, что комбинация нескольких из этих профилей обеспечивает достаточно точное определение формы линзы. Любое повреждение поверхности линзы, вызванное наконечником зонда, будет устранено на последующих этапах. Бесконтактное измерение Интерферометры используются при измерении чувствительных или полированных поверхностей. Накладывая опорный пучок с пучком, отраженным от поверхности, подлежащий измерению, карты ошибок, известные как интерферограммы, которые создаются, которые представляют собой отклонение полного поля формы поверхности. Компьютерная голограмма (CGH) Компьютерная голограмма (CGH) представляет собой метод интерферометрического определения отклонения линзы от номинальной геометрии. Они генерируют асферический волновой фронт в форме цели и, таким образом, позволяют определять отклонения линзы от формы цели на интерференционном изображении. CGH должны изготавливаться специально для каждого объекта испытаний, поэтому они экономичны только для серийного производства. Интерферометрические измерения Другая возможность - это интерферометрические измерения сфер в подобластях с минимальными отклонениями от наиболее подходящей сферы и последующее объединение подизмерений в интерферограмму всей поверхности. Они очень гибкие по сравнению с CGH, а также подходят для производства прототипов и небольших серий. Применение в офтальмологии вогнутых сфер, помещенных в оправу для очков . «Минусовая» оптика линз уменьшает тестовый образец и улучшает фокусировку в центре линз. Также видны отражения от неасферических передних поверхностей. Как и другие линзы для коррекции зрения, асферические линзы можно разделить на выпуклые и вогнутые. Выпуклая асферическая кривизна используется во многих предбиопических варифокальных линзах для увеличения оптической силы на части линзы, помогая в ближнем -конкретные задачи, такие как чтение. Часть чтения представляет собой асферическое «прогрессивное добавление». Кроме того, при афакии или крайней дальнозоркости могут быть назначены асферические линзы повышенной мощности, но эта практика становится устаревшей и заменяется хирургическими имплантатами внутриглазных линз. Многие выпуклые линзы одобрены регулирующими органами, регулирующими рецепты. Вогнутые асферы используются для коррекции миопии высокой . В оптических диспансерах их нет в продаже, их следует заказывать отдельно с инструкциями у практикующего подгонки, подобно тому, как протез настраивается индивидуально. Диапазон силы линзы, доступной оптикам, отпускающим оптики, для заполнения рецептов, даже в асферической форме, практически ограничен размером изображения, формируемого на сетчатке. Линзы с высоким минусом приводят к тому, что изображение становится настолько маленьким, что форма и форма не различимы, как правило, при -15 диоптрий, в то время как линзы с высоким плюсом создают такой большой туннель изображения, что кажется, что объекты появляются и выходят из него. уменьшенное поле зрения, обычно около +15 диоптрий. В рецептах для дальнозоркости и близорукости кривая линзы сглаживается к краю стекла, за исключением того, что прогрессивное считывание добавляет для пресбиопии, где бесшовные варифокальные части изменяются в сторону более + диоптрий. Асферы с большим минусом для миопов не обязательно требуют прогрессивных добавляемых частей, потому что конструкция кривизны линзы уже прогрессирует в сторону уменьшения диоптрийной силы меньше-минус / больше-плюс от центра линзы к краю. Асферы с высоким плюсом для гиперметропии прогрессируют в сторону меньшего плюс на периферии. Асферическая кривизна линз с высоким плюсом шлифуется на передней стороне линзы, тогда как асферическая кривизна линз с высоким минусом шлифуется на задней стороне линзы. Части считывания с прогрессивным увеличением для линз плюс также притираются к передней поверхности линзы. Смешанная кривизна сфер уменьшает скотому, слепое пятно с кольцами. Объективы камеры Модуль объектива камеры мобильного телефона Асферические элементы часто используются в объективах фотоаппаратов. Это часто обозначается аббревиатурой ASPH в названиях таких продуктов. История В 984 году Ибн Саль впервые открыл закон преломления, обычно называемый законом Снеллиуса, который он использовал для работы формы анакластических линз, которые фокусируют свет без геометрических аберраций. Ранние попытки создания асферических линз для коррекции сферической аберрации были сделаны Рене Декартом в 1620-х годах и Христианом Гюйгенсом в 1670-х годах; поперечное сечение формы, разработанной Декартом для этой цели, известно как декартово овал. Линзы Visby, найденные в сокровищах викингов на острове Gotland, датируемые 10 или 11 веком, также являются асферическими, но демонстрируют широкий спектр качеств изображения, от подобных до современных асферических. в одном случае хуже, чем сферические линзы в другом. Происхождение линз неизвестно, равно как и их предназначение (возможно, они были сделаны в качестве украшений, а не для визуализации). заземлили первые высококачественные асферические линзы и представили их Королевскому обществу 27 февраля 1667/8. По мнению присутствующих, телескоп, содержащий три асферических элемента, «превосходит [обычный, но очень хороший телескоп] по качеству, принимая больший угол и более точно представляя Объекты в их соответствующих пропорциях, и выдерживая большую апертуру, свободную из цветов ". Асферические очки для чтения и горящие очки также превзошли свои сферические эквиваленты. Морицу фон Рору обычно приписывают дизайн первых асферических линз для очков. Он изобрел дизайн линз для очков, которые стали линзами Zeiss Punktal. Первая в мире серийная асферическая линза была произведена компанией Elgeet для использования в нормальном объективе Golden 12 мм f / 1.2 для использования на 16-миллиметровых кинокамерах в 1956 г. (см. Датчик изображения формат.) Этот объектив в свое время получил широкое признание в отрасли. Асферические элементы были созданы с использованием определенной техники. Тестирование систем асферических линз Оптическое качество системы линз можно проверить в оптической или физической лаборатории с использованием лабораторных апертур, оптики трубки, линзы и источник. Преломляющие и отражающие оптические свойства могут быть сведены в таблицу как функция длины волны, чтобы приблизительно оценить характеристики системы; допуски и ошибки также могут быть оценены. В дополнение к целостности фокуса, системы асферических линз могут быть проверены на аберрации перед развертыванием. Использование интерферометров стало стандартным методом тестирования оптических поверхностей. Обычно проверка интерферометра выполняется для плоских и сферических оптических элементов. Использование нулевого корректора в тесте может удалить асферический компонент поверхности и позволить тестирование с использованием плоского или сферического эталона. В природе трилобиты, один из самых ранних типов животных с изощренными глазами, имел линзы с двумя асферическими элементами. См. Также Гипербола Парабола Прецизионное формование стекла Радиус кривизны (оптика) Ссылки ^ «Что означает« асферический »или« асферический »?». Fuzhou Looklens Optics. Архивировано из оригинала 6 октября 2014 г. Получено 15 июня 2012 г. ^Мейстер, Дэррил. «Дизайн офтальмологических линз». OptiCampus.com. ^Прусс, Кристоф; и другие. (Апрель 2008 г.). «Тестирование асферы». Новости оптики и фотоники. 19 (4): 26. Bibcode : 2008OptPN..19... 24P. doi : 10.1364 / OPN.19.4.000024. ^Форбс, Грег (2007). «Спецификация формы для осесимметричных оптических поверхностей». Опт. Экспресс. 15 (8): 5218–5226. Bibcode : 2007OExpr..15.5218F. doi : 10.1364 / oe.15.005218. PMID 19532773. ^ Шори, Арик Б.; Голини, Дон; Кордонски, Уильям (октябрь 2007 г.). «Обработка поверхностей сложной оптики». Новости оптики и фотоники. 18 (10): 14–16. ^«Некруглое в совершенстве - Сравнение тактильных методов измерения». asphericon GmbH. 2017-07-31. Проверено 14 ноября 2017 г. ^«Идеальная некруглость - интерферометрические измерения сфер». asphericon GmbH. 2017-08-29. ^Джали, Мо (2003). Офтальмологические линзы и дозирование. Elsevier Health Sciences. п. 178. ISBN 978-0-7506-5526-2. ^Вольф, К. Б. (1995). «Геометрия и динамика в преломляющих системах». Европейский журнал физики. 16 (1): 14–20. Bibcode : 1995EJPh... 16... 14W. doi : 10.1088 / 0143-0807 / 16/1/003. ^Рашед Р. (1990). «Пионер в анакластике: Ибн Саль о горящих зеркалах и линзах». Исида. 81(3): 464–491. doi : 10.1086 / 355456. ^ Шмидт, Олаф; Карл-Хайнц Вильмс; Бернд Лингельбах (сентябрь 1999 г.). "Линзы Висби". Оптометрия и зрение. 76 (9): 624–630. doi : 10.1097 / 00006324-199909000-00019. PMID 10498003. Архивировано из оригинала 27.02.2012. ^ «Отчет об изобретении шлифовальной оптики и обжигающих стекол фигуры несферической формы, созданный перед Обществом Р.». Философские труды. 3 (33): 631–632. 1668-01-01. doi : 10.1098 / rstl.1668.0005. ISSN 0261-0523. ^Гон, С.М. (1 сентября 2014 г.). "Глаз трилобита". www.trilobites.info. Проверено 15 октября 2018 г. Последняя правка сделана 2021-06-12 00:39:07 Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное). Обратная связь: support@alphapedia.ru Соглашение О проекте

Асферическая линза

Тактильное измерение

Бесконтактное измерение

Компьютерная голограмма (CGH)

Интерферометрические измерения