Definindo características e aplicações de óptica asférica

Em termos gerais, as superfícies asféricas são outras superfícies, excluindo esferas e planos. Do ponto de vista da aplicação, as superfícies asféricas podem ser categorizadas em superfícies asféricas axissimétricas, superfícies asféricas com duas superfícies de simetria e superfícies de forma livre sem simetria.

Classificação de superfícies asféricas

As superfícies asféricas são geralmente categorizadas em superfícies asféricas secundárias e superfícies asféricas superiores. Asferas secundárias são as mais utilizadas em sistemas ópticos e têm uma posição especial em relação a outros tipos de asferas. As superfícies asféricas secundárias podem ser divididas em: um par de superfícies asféricas sem pontos de imagem e sem superfícies asféricas sem pontos de imagem. O primeiro é amplamente utilizado em vários instrumentos ópticos e é a superfície asférica mais comum. Este último é amplamente utilizado na formação de imagem distorcida do sistema óptico. As superfícies asféricas mais altas podem ser divididas em superfícies curvas de meridiano monotônicas e superfícies não monotônicas. A classificação das superfícies asféricas é mostrada na Figura 1.

Figura 1. Classificação de asferas ópticas

Superfícies de forma livre

A expressão geral para uma superfície livre é Z = ∑AijXiYj i,j = 0,1,2. ..... N. Para este tipo de superfície livre, embora tenha perdido a característica axissimétrica das superfícies asféricas, ainda é regularmente expandido em torno de uma origem coordenada. O par atual ainda é regular.

Outra classe de superfícies complexas de forma livre, que podem ser definidas apenas em termos de coordenadas de pontos tridimensionais, é amplamente utilizado em óculos multifocais progressivos para realizar o propósito de distribuir o foco óptico de acordo com uma lei específica.

Vantagens e aplicações asféricas

As lentes asféricas, onde o raio de curvatura varia com o eixo central, são usadas para melhorar a qualidade óptica, reduzir os componentes ópticos e reduzir os custos de design. As lentes asféricas têm vantagens exclusivas sobre as lentes esféricas e, portanto, são amplamente utilizadas nas indústrias de instrumentos ópticos, imagens e optoeletrônica, como câmeras digitais, CD players e instrumentos microscópicos de última geração. Serve principalmente os seguintes propósitos:

A. calibração da aberração esférica

As lentes asféricas são usadas para substituir as lentes esféricas, e a vantagem mais significativa é que a aberração esférica trazida pelas lentes esféricas no sistema de colimação e foco pode ser corrigida. Ajustando as constantes de superfície e os coeficientes asféricos, as lentes asféricas podem minimizar a aberração esférica. As lentes asféricas (os raios de luz convergem para o mesmo ponto, proporcionando qualidade óptica), eliminam essencialmente a aberração esférica (os raios de luz convergem para diferentes pontos, resultando em imagens borradas) criadas por lentes esféricas. Três lentes esféricas são usadas para aumentar a distância focal efetiva e são usadas para eliminar a aberração esférica. No entanto, uma lente asférica (alta abertura numérica, curta distância focal) pode ser realizada e simplificar o projeto do sistema e fornecer transmissão de luz.

Figura 2. aberração esférica cancelando lente asférica

B. Vantagens do sistema

As lentes asféricas simplificam os elementos envolvidos para os engenheiros ópticos, a fim de melhorar a qualidade óptica e, ao mesmo tempo, aumentar a estabilidade do sistema. Por exemplo, em um sistema de zoom, onde 10 ou mais lentes são normalmente empregadas (mais: altas tolerâncias mecânicas, procedimentos de montagem adicionais, revestimentos anti-reflexivos aprimorados), qualidades ópticas semelhantes ou melhores podem ser alcançadas com 1 ou 2 lentes asféricas, reduzindo assim o tamanho do sistema, aumentando a relação de custo, E diminuindo o custo geral do sistema.