Тренды в оптике: Замена сферических линз асферическими. Обзор Edmund Optics

Статья в рамках серии "Тренды в оптике" от компании Edmund Optics.

Преимущества асферических линз:

• Замена сферических линз на асферические для уменьшения размера и веса системы;
• Одна асферическая линза может заменить сложную систему из множества сферических линз;
• Достижения в производстве сделали асферические линзы, производимые путем шлифования и полирования, более экономичными;
• Снижение стоимости и веса системы при сохранении или повышении производительности.

Асферические линзы десятилетиями использовались для уменьшения сферической аберрации и улучшения характеристик оптических систем, но их высокая стоимость сделала их непомерно дорогими во многих областях применения. Последние достижения в области шлифования и полирования асферических материалов позволили при полировании субапертур производить высококачественные асферические элементы без необходимости магнитореологической обработки (MRF), что значительно снизило стоимость. Одна из таких более доступных, высокопроизводительных асферических линз может заменить несколько сферических линз с такими же или лучшими характеристиками, что приводит к созданию более легких, компактных и менее сложных систем по более низкой цене, чем это было возможно ранее.

Использование меньшего количества элементов

Одним из основных преимуществ асферических линз является улучшенный контроль аберраций, что позволяет разработчикам оптики использовать меньше элементов, чем в конструкции, использующей обычную сферическую оптику. Например, несколько сферических линз могут быть заменены малым количеством асферических линз в сложной линзовой сборке, где обычно используются десять или более линзовых элементов при достижении аналогичных или лучших характеристик. Это упрощает процесс сборки, а также снижает размер и вес системы. Уменьшение количества элементов также уменьшает количество поверхностей, на которых могут возникать отражения внутри оптического узла, что увеличивает пропускную способность.

Замена сферических линз на асферические в оптической системе

Меньшая стоимость

Нельзя отрицать, что одна асферическая линза обычно дороже, чем одиночная сферическая линза, но недавние достижения в технологии производства асферических линз позволили производить асферические элементы с высокими эксплуатационными характеристиками при значительно меньшей стоимости. Ранее сферическое шлифование и полирование с полной апертурой могло достигать неровностей до λ/4, в то время как асферическое шлифование и полирование могло достигать неровностей только до 1λ. Магнитореологическая чистовая обработка (MRF), которая выборочно удаляет материал с высокой точностью и контролем, требовалась для производства асферических линз более высокого качества и позволяла добиться неровностей вплоть до λ/20. Однако MRF значительно увеличивает стоимость. Усовершенствованные шлифование и полирование асферической субапертурной формы теперь приближается к тем же возможностям неровностей, что и сферическое шлифование и полирование с полной апертурой, обеспечивая получение высококачественных асферических линз по сниженной цене. Снижение стоимости асферических линз делает замену нескольких сферических линз меньшим количеством асферических еще более экономичным решением, что приводит к увеличению числа конструкторов оптики, включающих асферические линзы в свои конструкции. Хотя MRF не требуется для всего производства асферических частиц, она по-прежнему требуется для очень высококачественных линз с неоднородностями, обычно ограниченными только чувствительностью доступной метрологии.

Полирование асферической линзы

Вебинар по проектированию асферических линз