非球面分类

　　通常把非球面分成二次非球面和高次非球面。二次非球面在光学系统当中应用最广，相对于其他类型的非球面有着特殊的位置。二次非球面又可以分为：有一对无像差点的非球面和没有无像差点的非球面。前者广泛应用于各种光学仪器当中，是最常见的非球面。后者广泛应用在形成变形像的光学系统当中。高次非球面可以分成单调子午曲线的表面和非单调表面。非球面分类如图1所示。

　　 光学非球面的分类

　　自由曲面

　　自由曲面的一般表达式：Z=∑A ij XiYj i,j=0,1,2……n。对于此类自由曲面虽已失去了非球面轴对称的特点，但仍是围绕着一个坐标原点有规律展开的。现对还是有规律可循的。

　　另有一类仅能用三维点位坐标来定义的复杂自由曲面，广泛地被应用在渐进多焦点眼镜中，以实现光焦度按特定规律分布的目的。

　　技术原理

　　非球面透镜，曲率半径随着中心轴而变化，用以改进光学品质，减少光学元件，降低设计成本。非球面透镜相对于球面透镜具有独特的优势，因此在光学仪器、图像、光电子工业得到了广泛的应用，例如数码相机、CD播放器、高端显微仪器。

　　对比优势

　　a. 球差校准

　　非球面透镜用以替换球面透镜，最显著的优势在于可以修正平凸透镜球面透镜在准直和聚焦系统中所带来的球差。通过调整曲面常数和非球面系数，非球面透镜可以最大限度的消除球差。非球面透镜（光线汇聚到同一点，提供光学品质），基本上消除了球面透镜所产生的球差（光线汇聚到不同点，导致成像模糊）。采用三片球面透镜，增大有效焦距，用于消除球差。但是，一片非球面透镜（高数值孔径，短焦距）就可以实现，并且简化系统设计和提供光的透过率。

　　消球差非球面透镜

　　b. 系统优势

　　非球面透镜简化了光学工程师为了提高平凸透镜光学品质所涉及的元素，同时提高了系统的稳定性。例如在变焦系统中，通常情况下10片或者更多的透镜被采用（附加：高的机械容差，额外装配程序，提高抗反射镀膜），然而1片或者2片非球面透镜就可以实现类似或更好的光学品质， 从而减小系统尺寸，提高成本率，降低系统的综合成本。

　　加工方法的分类和特点

　　材料去除法：

　　以铣磨、车削和抛光为代表，主要包 括传统范成法铣磨和修磨抛光；数控铣、车削、精密磨抛；计算机控制抛光等。特别是对于数控抛光，以抛光媒质的不同又可分为小磨具、应力盘、离子束、等离子体、磁流变、液体喷射抛光等。

　　其特点是效率相对较高、与传统光学加工有互通之处易于被接受、灵活性较高、适合于样件的研制和中小批量生产。但产品的一致性较差，对操作者的要求较高。

　　模具成形法：

　　玻璃热压成形、光学塑料注射成形、热沉降和固化成形。其特点是效率极高、成品的一致性好、对操作者的要求较低，适合于大批量生产。但对模具要求较高、初期投入大和工艺流程较为复杂。

　　附加材料法：

　　真空镀膜和复制成形。其实质是在最接近球面的基础上附加一层与非球面度和折射率相匹配的薄层材料。其特点工件的一致性好，对设备要求不高，灵活性好。适合于中小批量和反射元件的生产。但由于附加层须与基底材料具有匹配性限制了应用。