球面透镜与非球面透镜的差别及应用

日期： 2025.05.13

来源: 鼎鑫盛光学

浏览次数: 10

光学领域当中球面镜片与非球面镜片其实并不是科学的概念，也没有标准的定义，而在一些比较专业的光学教材中，经常提到的透镜，通常是指两个表面为球面一部分的薄透镜，或者一个表面是球面，另一个表面是平面的薄透镜。

非球面镜片就是指透镜的内表面和外表面都不是球面的一部分，通常这种透镜的表面都是十分复杂的曲面，有较高的设计和加工难度。

球面透镜的成像规律，当平行光穿过凸透镜时，光线会恰好会聚到凹透镜后的焦点上。当平行光穿过凹透镜，使光线会发散，且发散后各光线的反向延长线会恰好汇聚到凹透镜前的焦点上。像差是指受非近轴光的影响，透镜组成的光学系统无法完美成像的现象，具体包括球差、彗差、色差、像场不平等。其中，球差与彗差是影响眼镜性能的主要因素。

当近轴光平行光入射后，会完美地交于一点，这个点称为该透镜的焦点。然而，当距离光轴比较远的非近轴光入射时，它们分别相交在了焦点的前后，无法会聚在同一个点上。这就意味着当我们用球面透镜成像或矫正视力时，无法最终获得一个清晰的图像，无论怎么调整，图像都会存在或多或少的模糊，这便是球差。彗差与球差类似，同样是平行光入射球面透镜后无法完美会聚在一点的现象，不过这里的平行光指的是不与光轴平行的平行光，也就是斜着入射的平行光。

对于球面透镜而言，从不同位置射入透镜的平行光最终会聚到了不同的位置，离光轴较近的光线基本上可以会聚在一块较小的区域，几乎可以看作一个点，离光轴较远的光线则会聚在别处。最后，穿过透镜的光线会在光屏上形成一个带有尖状突起的光斑，类似彗星的形状，“彗差”也因此而得名。

相机内的光学系统也是由一系列透镜组成，如果相机中选用的是球面镜，光路设计也存在缺陷的话，相机在拍摄时就会产生彗差现象。人们并不是拿这些像差没有办法，通过巧妙设计透镜前后两个表面的形状，就可以很好地调控光路，使大部分非近轴光线也能满足透镜的成像规律。另外，采用光学性能更好的材料也有助于减小像差。

非球面镜可以减小球差
非球面镜片的成本已经降到很低，并且大有取代球面镜片之势。不过，像差包含了许多不同的种类，而且减小不同像差的难度也不同，非球面镜也仅仅是在球差、彗差、畸变等低阶像差上有显著的削弱效果。然而，对于眼镜来说，这种修正已经绰绰有余了。

对于相机、显微镜、大型望远镜等专业的光学设备，仅仅使用非球面透镜可能依然无法满足需求，这是就需要一套精细的光学系统来修正像差。光学系统其实就是一系列不同种类透镜的组合，通过增加透镜数量可以逐级地对非近轴光进行处理。

上一篇：准直镜和聚焦镜的应用下一篇：什么是磨平台非球面透镜？

热销推荐

激光技术

透镜知识

球面透镜与非球面透镜的差别及应用