包括具有至少一个非球面折射表面的透镜的光学组件制造技术

本发明专利技术公开了一种能够满足所需要的效能及特征的、包括具有至少一个非球面折射表面的透镜的光学组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及透镜及光学组件，并且更特别地涉及包括具有至少一个非球面折射表面的透镜的光学组件。
技术介绍
一般而言，因为球面透镜在制造及测量方面具有独特优点，所以成像光学系统由球面透镜构成。球面透镜包括与具有半径R的球面表面的一部分重合的折射表面。如图1所示，可在其中使z轴与旋转对称轴线重合且具有位于透镜顶点的坐标原点的圆柱坐标系中，方便地描述具有旋转对称轮廓的球面透镜的折射表面105。折射表面105的轮廓可描述为折射表面105上的点S的集合。点S的直角坐标提供为(ρ，z’)，其中ρ为垂直于z轴测量的轴向半径，而z’为沿着z轴测量的高度。更优选地，如等式1所示，折射表面105的轮廓可由函数z’＝z’(ρ)代表，其中轴向半径ρ为自变量，而高度z’为因变量。 等式1中，c为顶点曲率且提供为曲率半径R的倒数(即，c＝1/R)。等式1所提供的球面表面为如等式2所提供的圆锥表面的特殊实施例。 等式2中，c再次为与等式1中相同的顶点曲率，而k为圆锥常数。依据圆锥常数的数值，等式2中的非球面表面轮廓大幅地变动。例如，球面表面对应于k＝0，抛物形表面对应于k＝-1，双曲线形表面对应于k＜1，扁长椭圆形表面对应于-1＜k＜0，而扁圆椭圆形表面对应于k＞0。 圆锥曲线为当圆锥以任意角度被切片时可具有的横截面外形。例如，如果圆锥具有顶点半角θ，则当圆锥垂直于圆锥的旋转对称轴线被切片时横截面外形为圆。同理，如果圆锥相对于旋转对称轴线以角θ切片，则横截面的外形为抛物线。类似地，当切片角小于θ时其为双曲线，而当切片角大于θ时其为椭圆。同时，圆锥曲线绕对称轴线旋转所获得的轨迹形成圆锥表面。 还如图1所示，概括使用于成像光学系统中的旋转对称非球面折射表面107的轮廓以与球面折射表面105相同的方式被定义为非球面折射表面上的集合的点P。点P的圆柱坐标系以(ρ，z)提供，其中ρ为垂直于z轴101测量的轴向半径而z为沿着z轴101测量的高度。更优选地，如等式3所示，非球面折射表面107的轮廓可由函数z＝z(ρ)代表，其中轴向半径ρ为自变量而高度z为因变量。 等式3中，A、B、C及D分别为第4、第6、第8及第10阶非球面变形系数。等式3所提供的非球面折射表面的等式隐含地假设非球面折射表面约等于圆锥表面，或至少与圆锥表面并无显著偏差。为了使用等式3所提供的非球面透镜公式来设计最佳透镜，首先需要建构优值函数且随后找出使优值函数值成为最小值的系数c、k、A、B、C、D的最好组合。该多维最佳化问题中，结果显著地依据最佳化算法而定。而且，即便使用相同的最佳化算法，结果仍会依据诸如A、B及C等非球面变形系数的数量、且同等地依据等式阶数而显著地不同。并且，即便在对于所有上文提及因素的相同条件下，结果仍会依据变量的初始值与最佳数值组的接近程度而大幅不同。因此，以经验为基础的直觉在设计透镜时扮演了重要角色，且基于这种理由，透镜设计被视为一种居于科学与艺术之间的学科。除此之外，等式3所提供的非球面透镜等式并非可用来展开任意函数的正交基础组。因此，相同的非球面折射表面可由不同组的系数展开。此外，许多透镜形状无法由等式3代表的，因此等式3所提供的非球面折射表面具有限制。 有时，需要找出具有特定能力或特征的非球面折射表面的确切轮廓。 然而，以多维最佳化方法为基础的先前的透镜设计方法并无法数学性地描述具有所需要能力或特征的非球面折射表面的确切形状，并提供强烈地依据非球面透镜公式的类型、展开项数、优值函数的结构、及展开系数的初始值而定的近似解。并且，当采用不当的非球面透镜公式时，甚至可能未获得近似解，即便获得了近似解，仍可能难以由数学正确解来计算误差。
技术实现思路
技术问题 提供本专利技术以解决公知技术的上述缺陷。本专利技术公开了一种能够满足所需要的效能及特征的、包括具有至少一个非球面折射表面的透镜的光学组件。 技术解决方案 根据本专利技术的优选实施方式，提供了一种光学组件，其包括至少第一非球面折射表面，其中第一非球面折射表面构成具有折射率n1的第一介质及具有折射率n2的第二介质间的边界的一部分，第一曲线被定义为直角坐标系的x-z平面及第一非球面折射表面之间的交会部的集合，其中直角坐标系的原点位于第二介质内，而直角坐标系的z轴穿过原点及第一非球面表面上的一点，所述第一曲线沿z轴对称，具有天顶角θ的从原点到第一曲线上的第一点的距离为r(θ)，x-z平面中的第一点的直角坐标(x，z)及极坐标(θ，r)满足下列等式中所提供的关系， x(θ)＝r(θ)sinθ z(θ)＝r(θ)cosθ 距离r(θ)如下列等式所提供， 所述θi为第一曲线上的第二点的天顶角，所述r(θi)为从原点到所述第二点的对应距离，所述δ为第一点的天顶角的任意函数(δ＝δ(θ))，而天顶角θ的范围位于不小于零的最小值θ1到小于π/2的最大值θ2之间。 本专利技术还提供了一种光学组件，其包括至少第一非球面折射表面，其中第一非球面折射表面构成具有折射率n1的第一介质及具有折射率n2的第二介质间的边界的一部分，第一曲线被定义为直角坐标系的x-z平面及第一非球面折射表面之间的交会部的集合，其中直角坐标系的原点位于第二介质内，而直角坐标系的z轴穿过原点及第一非球面表面上的一点，所述第一曲线沿z轴对称，具有天顶角θ的从原点到第一曲线上的第一点的距离为r(θ)，x-z平面中的第一点的直角坐标(x，z)及极坐标(θ，r)满足下列等式中所提供的关系， x(θ)＝r(θ)sinθ z(θ)＝r(θ)cosθ 距离r(θ)如下列等式所提供， 其中θi为第一曲线上的第二点的天顶角，r(θi)为从原点到第二点的对应距离，及天顶角θ介于不小于零的最小值θ1到小于π/2的最大值θ2之间。 本专利技术还提供了一种光学组件，其包括第一透镜表面；第二透镜表面；第三透镜表面；及第四透镜表面，其中第四透镜表面构成具有折射率n4的第四介质及具有折射率n5的第五介质间的边界的一部分，第四介质的折射率n4大于第五介质的折射率n5(n4＞n5)，第四曲线被定义为直角坐标系的x-z平面及第四透镜表面之间的交会部的集合，其中直角坐标系的原点位于第五介质内，而直角坐标系的z轴穿过原点及第四透镜表面上的一点，所述第四曲线沿z轴对称，具有天顶角θ的从原点到第四曲线上的第一点的距离为r(θ)，x-z平面中的第一点的直角坐标(x，z)及极坐标(θ，r)满足下列等式中所提供的关系 x(θ)＝r(θ)sinθ z(θ)＝r(θ)cosθ 距离r(θ)如下列等式所提供， 其中θi为第一曲线上的第二点的天顶角，r(θi)为从原点到所述第二点的对应距离，天顶角θ介于从不小于零的最小值θ1到小于π/2的最大值θ2之间，第一透镜表面构成具有折射率n1的第一介质及具有折射率n2的第二介质间的边界的一部分，第一介质的折射率n1小于第二介质的折射率n2(n1＞n2)，被定义为x-z平面及第一透镜表面之间的交会部的集合的第一曲线沿z轴线对称，具有天顶角θ的从原点到第一曲线上的第三点的距离为R(θ)，x-z平面中的第三点的直角坐标(X，Z)及极坐标(θ，R)满足下列等式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学组件，包括：至少第一非球面折射表面，其中所述第一非球面折射表面构成具有折射率ｎ↓［１］的第一介质及具有折射率ｎ↓［２］的第二介质间的边界的一部分，第一曲线被定义为直角坐标系的ｘ－ｚ平面及所述第一非球面折射表面之间的交会部的集合，其中所述直角坐标系的原点位于所述第二介质内，而所述直角坐标系的ｚ轴穿过原点及所述第一非球面表面上的一点，所述第一曲线关于所述ｚ轴对称，具有天顶角θ的从所述原点到所述第一曲线上的第一点的距离为ｒ（θ），所述ｘ－ｚ平面中的第一点的直角坐标（ｘ，ｚ）及极坐标（θ，ｒ）满足等式１及２所提供的关系，（等式１）ｘ（θ）＝ｒ（θ）ｓｉｎθ（等式２）ｚ（θ）＝ｒ（θ）ｃｏｓθ所述距离ｒ（θ）如等式３所提供，（等式３）ｒ（θ）＝ｒ（θ↓［ｉ］）ｅｘｐ［∫↓［θ↓［ｉ］］↑［θ］＊＊＊］所述θ↓［ｉ］为所述第一曲线上的第二点的天顶角，所述ｒ（θ↓［ｉ］）为从所述原点到所述第二点的对应距离，所述δ为所述第一点的天顶角θ的任意函数（δ＝δ（θ）），以及所述天顶角θ介于不小于零的最小值θ↓［１］到小于π／２的最大值θ↓［２］之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：权琼一，
申请(专利权)人：奈米光子有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]