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非球面镜片,你真的了解吗?


提及非球面镜片

大家想到的就是

“薄”“轻”

“视物更真实”

同时

也有人说佩戴非球面镜片后

头晕,看东西变形

……




今天

小编就和大家聊聊

非球面镜片的那些事儿






在瑞典哥特兰岛出土的维斯比镜就是最早发现的非球面镜片。11世纪的北欧海盗(维京人)将它当做放大镜使用,部分工艺精良的还采用银制底座,打造成工艺品的模样。

1667年,Francis Smethwick将第一批高质量非球面镜片研磨并提交给皇家学会。那是一个包含三个非球面元件的望远镜。

1956年,Elgeet公司(最早为美国海军设计制作光学仪器) 为16mm胶片电影机制造了世界上第一款用于摄影的量产非球面镜片(Golden Navitar 12mm F1.2、)

在今天,从高大上的天文望远镜、导弹制导系统再到相机镜头,都有非球面镜片的身影。而在我们佩戴的眼镜中,非球面镜片更是让消费者熟悉

  

 



严格意义上说,凡是折射面不是球面的镜片就是非球面镜片,包括普通的散光镜片,渐进多焦点镜片,顶周非球面镜片等;但习惯上,我们日常说的非球面镜片专指顶周非球面镜片。

 

从镜片中心到周边,曲率半径逐渐增加(镜片表面逐渐平坦)。

 

我们在有莱卡双摄像头的手机上会发现一个英文缩写 - ASPH,这就是非球面镜头(片)的缩写(Aspheric lens)

 

 


 

早期的光学镜片都是球面镜片,但由于当时的眼镜都是小圆镜框,镜片边缘像差的问题并未受重视;直到大镜框开始流行之后,这个问题才突显出来。于是,人们利用非球面镜片把像差和像散减少到最少,接近裸眼的自然视力。如果先开发出非球面的话,就不会有球面镜片的存在了。


在镜片中,常见的像差有:球面像差、像散像差、色散像差、畸变像差等,其中对镜片成像品质影响最大的一种像差就是球面像差。


- 图1 -


上图中可以看到,中心的度数焦点与边缘的度数焦点并不是重叠在一起的。这就好比同一群人(光线)同时出发,但因为走过的路不同(镜片形状的原因)而最终没有同时到达同一个目的地(聚焦)。


如以光学中心为准时,所形成的焦点并不是一个完美的点,而是一个中心相对集中、边缘辐射散开的焦点面。

 

那么为了让边缘的光线汇聚重叠,就要改变边缘度数使得焦点重叠在一起。这就是非球面设计的原理。

 


- 图2 -


上图中我们发现,改变镜片的曲率就可以改变光线的曲折程度,使得边缘与中心的光线都会在一个点上汇聚成一个相对比较完美的焦点。光心处有一条线为光轴,也就是所有光线在不同距离中,只要是正面方来的光线,都会在这一条光轴上会聚成焦点,此时的焦点是一个相对很集中的焦点。

 

改变边缘的曲率,可以达到减少球面像差的目的;边缘的曲率越是远离光学中心,就会显示出越平坦化,也就是中心区域屈光度高,并向边缘部均匀地降低。

 

如果俯视上图中的镜片,就是一组同心圆的状态。


- 图3 -


同心圆设计的镜片,中心有光心与光轴心,光轴是位于光学中心并垂直于光心表面的一条中心线,从正面方来的光线都会在光轴上形成焦点。上图为四轴非球面设计,每一个圈代表有一个光度的改变,每个变化中的光度(光度与光度之间的过渡)以及改变后的光度,都应该使光线聚集于中心的光轴线上,称为四轴非球面设计。

 

市面上有很多少于四轴设计的所谓非球面设计都不是真正意义上的“非球面“,应该大于四轴设计才是可以称为非球面设计的镜片,有些品牌出现了八轴非球面设计。

  

为了获得更好的视觉效果,眼睛应该始终处于光轴上看物体,原则上是不应该偏离的,但实际使用上允许出现一点偏差,一般应该在1.5MM以内,如下图:

- 图4 -


总之,这些设计方式都是为光线射入非球面时,光线能够聚集成为一个较完美的焦点。消除各种像差和形变(枕变与桶变)。



 

在图4中,光心的光轴正好与眼睛上的视轴重叠,这是最理想的状态,也可以得到最佳的视觉效果,在非球面设计上,可以看到更真实的成像品质。但如果不是通过主轴看物体呢?


我们发现:图5显示的并不是在主轴上看物体,而是通过其他线看物体(光学上称为光线斜向射入),这时就会引起至少两种或两种以上的像差,一种是彗形像差,一种是像散像差。由于边缘的光线并不能在光轴上形成一个焦点,所以当光轴与视线并不重叠时(相差大于2mm),就会出现类此成像不清,乱散成像的结果。


 - 图5 -


此时,就会产生看物体不清楚的投诉:看视力表还可以,但日常生活中,却感觉看不清楚;中心清楚边缘不清楚;斜看时不适等状况。

 

要避免类此的情况,就要注意非球面的验配方法:

 

在选择镜框与非球面镜片时,需要保证它们配适正确,这样才能达到最好的视觉及修饰效果。


简单来说,由于镜片的特殊设计,经过演算,我们发现:前倾角每增加2°,光学中心应较瞳高下移1mm。否则,错误的瞳高会导致镜片像有散光一样,且导致佩戴不适。

另外,戴镜后的前倾角也要格外注意。如果倾斜角过垂直时,就会出现看东西有点“凸”的视觉效应,棱镜效果也会更大,物体变形的影响更多,选择非球面镜片的眼镜,佩戴后一定要有倾斜角的存在,具体角度因人而异,常见范围是(10-15)。

   

 



  • 希望戴上近视眼镜使自己看上去更加美观的人群;

  • “高度数”的人群,可用此类镜片减轻眼、鼻、耳的负担;

  • 第一次的配戴眼镜的人群,如学生和上班族,戴上非球面镜片后,可大大减少刚戴眼镜的种种不适感;

  • 戴隐形眼镜的人群,可用非球面镜片代替球面镜片作为备用眼镜,因为戴非球面镜片与隐形眼镜基本一样,更接近与人的自然视力;

  • 散光度数较高者,减少周边的形变;

  • 对周边视野敏感者,球面镜片的明视范围一般只有非球面镜片的一半;

  • 双眼的度数相差者(屈光参差),减少像差的不适感。

 

 


 

有人认为非球面镜片的“薄”和“视物网格不变形”是最重要的优点,所以一般演示“球面和非球面镜片区别”的道具也都是展示这两点的。

但是,当顾客的处方度数较低时,这种“薄”和“网格不变形”就不那么明显了,是不是就不需要使用非球面了呢?

 

其实,非球面镜片最初诞生的原因是为了改善球面镜片的边缘光学性能,简单地说:眼睛通过非球面镜片边缘斜向视物的清晰度优于球面镜片。


有些非球面眼镜片介绍资料里,“薄”和“视物网格变形”是最重要的优点。其实这在某种程度上同样是种误解。如上所说,非球面镜片最初诞生的原因是为了改善前后弯配置较平的球面镜片的边缘光学性能。

 



非球面镜片分有单面非球面(简称单非,区别有外非和内非)、双面非球面(简称双非)两种。凸面是非球面,凹面是球面的称外非;凸面是球面,凹面是非球面的称内非。

1998年精工(SEIKO)推出了全球第一款双非球面镜片。与单非球面相比,除了修正像差之外,双非球面镜片还提高了有效视野。


当人的眼睛透过镜片边缘看事物时,比如开车时看反光镜,往往会因为镜片边缘的像差较大而影响视觉;双非球面镜片在这个方面做了极大的改善。

之后,法国依视路又进一步提出了采用波阵面技术的非球面镜片。之前在设计非球面镜片时,人们分析的是通过瞳孔中心的单一光线,而波阵面技术则是控制穿过瞳孔的整个光束,从而消除高阶像差。


由此可见,镜片工业不遗余力地研发新的镜片设计,只为了最大限度的还原真实的“视界”。




写在后面

外观薄并不是非球面镜片的最大优点,尤其对于低度数镜片而言,球面和非球面的边缘厚薄相差并不大。非球面镜片的最大优点是改善镜片边缘的光学性能。

 

如果遇到顾客配戴非球面镜片感觉不适,排除其他配适因素,大都是因为长期配戴球面镜片,眼球因此对成像进行修正而产生了适应.

更换非球面镜片之后打破了这种适应。就好像你应该穿40码的鞋,但你长久以来都穿着41码的,脚也因此适应了“宽松”的感觉,突然有一天,你换回标准的40码,脚反而不适应了。但只要给顾客足够的时间,顾客是可以适应光学性能更好的非球面镜片。


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转载=== 1.60高折射率超超薄加硬加膜抗辐射非球面树脂镜片
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