專(zhuān)利名稱(chēng)：：非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光學(xué)鏡片的設(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：目前光學(xué)設(shè)備如光學(xué)讀取頭、相機(jī)鏡頭、眼鏡片所采用的鏡片，一般采用球面設(shè)計(jì)或非球面設(shè)計(jì)。鏡片采用球面設(shè)計(jì)時(shí)，由于鏡片的兩個(gè)折射表面均設(shè)計(jì)為球面形式，故易于制造與加工。然而，中心薄邊緣厚的球面發(fā)散鏡片或中心厚邊緣薄的球面會(huì)聚鏡片，會(huì)隨著鏡片折光率(也稱(chēng)度數(shù))的增加，鏡片的邊緣或中心會(huì)明顯增厚。其中鏡片折光率是指該鏡片的后頂焦度值，其值等于以米為單位測(cè)得的鏡片近軸后頂焦距(自鏡片像方表面頂點(diǎn)至像方焦點(diǎn)的距離)的倒數(shù)?？捎晒?1)計(jì)算Fv=1fv=F1+F2-tnF1F21-tnF1---(1)]]>其中，fv為鏡片的近軸后頂焦距，取未緊貼像方的球面的曲率半徑為R1，緊貼像方的球面的曲率半徑為R2，鏡片中心厚度為t，鏡片材質(zhì)折射率為n，則兩球面的折光率可分別為F1＝(n-1)/R1與F2＝(1-n)/R2。鏡片折光率的單位通常用D(屈光度)表示，平常所說(shuō)鏡片度數(shù)就是Fv之值乘以100即1D＝100度。從公式(1)來(lái)看，當(dāng)鏡片材質(zhì)一定時(shí)，鏡片的折光率就由R1、R2及t值來(lái)決定。球面發(fā)散鏡片進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果將t固定，則隨著鏡片折光率的增大，R1和R2的差值就越大，此不僅使球面發(fā)散鏡片的邊緣明顯增厚，而且如果鏡片直徑固定，就會(huì)使得整個(gè)鏡片厚度加大。球面會(huì)聚鏡片進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于球面會(huì)聚鏡片中心厚度t取決于R1、R2值，因此，也可通過(guò)調(diào)節(jié)R1和R2值來(lái)調(diào)節(jié)鏡片的折光率。由公式(1)可知，球面會(huì)聚鏡片隨著鏡片折光率的增大，R1和R2的差值也就越大，則鏡片的中心厚度t就越大，使得整個(gè)鏡片的體積較大。因此，采用球面設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出來(lái)的球面發(fā)散或會(huì)聚鏡片，如果用于相機(jī)鏡頭，則會(huì)增大相機(jī)鏡頭的體積；如果該球面發(fā)散或會(huì)聚鏡片為近視眼鏡片或遠(yuǎn)視眼鏡片，則既影響美觀，又造成戴鏡者的不適。此外，鏡片進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般除考慮鏡片制造與加工的容易性與鏡片薄型化外，還必須考慮到鏡片的成像質(zhì)量。像差是影響鏡片成像質(zhì)量的主要因素之一，一般影響鏡片成像質(zhì)量的像差包括斜射像散、視場(chǎng)彎曲及畸變等三種像差。其中，斜射像散是由于自軸外物點(diǎn)的細(xì)小光源發(fā)出的光束在子午場(chǎng)和弧矢場(chǎng)的聚焦點(diǎn)不同，而使得成像時(shí)存在像散以致于像不清晰。視場(chǎng)彎曲是指垂直于光軸的平面物體在成像時(shí)，像的中心與像的邊緣在像面位置不一致而令像面視場(chǎng)成曲面，又可稱(chēng)平均折光率誤差，通常稱(chēng)為折光率誤差。畸變是由于在近光軸區(qū)域和遠(yuǎn)光軸區(qū)域因放大率不同，而使成像發(fā)生桶形畸變或枕形畸變，此種像差使得成像發(fā)生幾何改變但不影響成像的清晰度。如設(shè)子午場(chǎng)中成像面的折光率為FT′(D)，弧矢場(chǎng)中成像面的折光率為FS′(D)，理想成像的像高為MQ′，真實(shí)成像的像高為MQ″，則斜射像散＝FT′-FS′由公式(1)可知，鏡片采用球面設(shè)計(jì)時(shí)，只能通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)球面的曲率半徑來(lái)消除斜射像散、折光率誤差及畸變這三種像差。但實(shí)際上，如果僅僅通過(guò)兩個(gè)球面的曲率半徑來(lái)消除像差，則會(huì)發(fā)生消除某一個(gè)像差，就會(huì)增大其它另兩個(gè)像差的現(xiàn)象。因此，鏡片采用球面設(shè)計(jì)，無(wú)法使鏡片既薄又能同時(shí)有效消除斜射像散、折光率誤差及畸變?nèi)N像差。為解決這一問(wèn)題，目前較多的鏡片均采用非球面設(shè)計(jì)，其中非球面鏡片是指其中至少一個(gè)折射表面是非球面。鏡片采用非球面設(shè)計(jì)，能有效消除斜射像散、折光率誤差及畸變?nèi)N像差。如公開(kāi)于1999年3月31日的第CN1212766號(hào)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)中，揭示一種非球面鏡片的設(shè)計(jì)，其通過(guò)引入高次項(xiàng)來(lái)改變鏡片各點(diǎn)處的曲率，進(jìn)而減小各點(diǎn)處的厚度差，然該技術(shù)中引入的高次項(xiàng)既包括奇次項(xiàng)，也包括偶次項(xiàng)，會(huì)導(dǎo)致鏡片折射表面不對(duì)稱(chēng)，容易形成較大的上述三種像差，所以難以設(shè)計(jì)和加工出符合要求的鏡片。公開(kāi)于2003年4月23日的第CN1412604號(hào)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的公開(kāi)說(shuō)明書(shū)中，揭示另一種非球面鏡片的設(shè)計(jì)，其中，該鏡片至少一個(gè)折射表面為非球面，該非球面計(jì)算公式(2)采用如下形式z(r)=cr21+1-c2r2+a1r4+a2r6+a3r8+a4r10+a5r12---(2)]]>式中z(r)表示鏡面的深度，c表示非球面頂點(diǎn)的曲率，r表示鏡片表面某點(diǎn)離光軸的垂直距離，a1、a2、a3、a4、a5表示非球面高次項(xiàng)系數(shù)。在該鏡片非球面設(shè)計(jì)公式中，雖然引入偶次項(xiàng)來(lái)設(shè)計(jì)非球面鏡片使得折射表面對(duì)稱(chēng)。但是，該設(shè)計(jì)中二次曲線(xiàn)常數(shù)值為1，表明該非球面鏡片的厚度不能有效減薄，r有12次冪，則設(shè)計(jì)出的非球面鏡片較難同時(shí)有效消除斜射像散、折光率誤差及畸變?nèi)N像差。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，使該非球面鏡片能有效消除像差。一種非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其主要步驟包括設(shè)定該非球面鏡片的折光率、折射率與直徑；采用球面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)該非球面鏡片的兩個(gè)曲率半徑，使其達(dá)到上述設(shè)定的折光率，并利用該兩個(gè)曲率半徑使三個(gè)視場(chǎng)的畸變?yōu)樽钚≈?；采用鏡片非球面設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)該非球面鏡片的第一非球面和第二非球面，該鏡片非球面設(shè)計(jì)公式為Z(r)=Cvr21+1-PCv2r2+Br4+Cr6+Dr8+Er10]]>式中，Z(r)表示鏡面深度，Cv表示非球面頂點(diǎn)的曲率，r表示鏡面上任一點(diǎn)至光軸的垂直高度，P表示二次曲線(xiàn)常數(shù)值，B、C、D、E表示非球面的高次項(xiàng)系數(shù)；采用阻尼最小二乘法對(duì)第一非球面和第二非球面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；其中，優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，使該非球面鏡片在至少五個(gè)視場(chǎng)消除像差，并得出上述第一非球面和第二非球面的非球面系數(shù)P、B、C、D、E。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)設(shè)計(jì)兩個(gè)非球面及采用至少五個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。較之采用少于五個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，可進(jìn)一步消除在某些視場(chǎng)存在的像差極大值，使本發(fā)明的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的非球面鏡片，在0視場(chǎng)至1.0視場(chǎng)整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)的斜射像散、折光率誤差及畸變均較小，其中1.0視場(chǎng)是指像方折射光束通過(guò)像方焦點(diǎn)時(shí)與鏡片光軸的夾角為30度位置。圖1為本發(fā)明非球面鏡片一較佳設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)流程圖。圖2為本發(fā)明非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面發(fā)散鏡片結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A為本發(fā)明非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面發(fā)散鏡片在五個(gè)視場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的斜射像散與折光率誤差曲線(xiàn)圖。圖3B為本發(fā)明非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面發(fā)散鏡片在五個(gè)視場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的畸變曲線(xiàn)圖。圖4為本發(fā)明非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面會(huì)聚鏡片結(jié)構(gòu)示意圖。圖5A為本發(fā)明非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面會(huì)聚鏡片在七個(gè)視場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的斜射像散與折光率誤差曲線(xiàn)圖。圖5B為本發(fā)明非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面會(huì)聚鏡片在七個(gè)視場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的畸變曲線(xiàn)圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，為本發(fā)明非球面鏡片一較佳設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)流程圖，其主要步驟包括第一步，設(shè)定所要設(shè)計(jì)的非球面鏡片的折光率、折射率和直徑。第二步，采用球面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出該非球面鏡片的兩個(gè)曲率半徑，使其達(dá)到上述設(shè)定的折光率，并利用該兩個(gè)曲率半徑使其在0.5、0.7及1.0視場(chǎng)的畸變?yōu)樽钚≈?。第三步，采用一個(gè)鏡片非球面設(shè)計(jì)公式定義該非球面鏡片的第一非球面和第二非球面。該鏡片非球面設(shè)計(jì)公式(3)為Z(r)=Cvr21+1-PCv2r2+Br4+Cr6+Dr8+Er10---(3)]]>其中，式中Z(r)表示鏡面深度，Cv表示非球面頂點(diǎn)的曲率，r表示鏡面上任一點(diǎn)至光軸的垂直高度，P表示二次曲線(xiàn)常數(shù)值，B、C、D、E表示非球面的高次項(xiàng)系數(shù)。第四步，采用阻尼最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使該非球面鏡片在多個(gè)視場(chǎng)內(nèi)消除斜射像散、折光率誤差及畸變。非球面鏡片在消除像差的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，一般是在某些特定視場(chǎng)角消除像差，其中視場(chǎng)角是指像方折射光束通過(guò)像方焦點(diǎn)時(shí)與鏡片光軸的夾角。故，本流程中進(jìn)行非球面鏡片設(shè)計(jì)時(shí)，開(kāi)始采用在五個(gè)視場(chǎng)消除斜射像散、折光率誤差及畸變。該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)可采用阻尼最小二乘法，其績(jī)效函數(shù)(4)可以定義為φ=Σi=1m[wi(ei-ti)]2---(4)]]>其中，式中wi為權(quán)因子，其值取為wi＞0，權(quán)因子取值是根據(jù)所在項(xiàng)對(duì)應(yīng)像差的重要性來(lái)決定，如果對(duì)所在項(xiàng)所要消除的像差要求很?chē)?yán)格，則那一項(xiàng)權(quán)因子值可取得較大；m為優(yōu)化的項(xiàng)數(shù)，其值為大于等于1的整數(shù)；ei為所考慮的校正項(xiàng)即某個(gè)像差，所考慮ei的項(xiàng)數(shù)即為數(shù)值m；ti為某個(gè)像差的目標(biāo)值，目標(biāo)值ti的取值依ei情況而定。在五個(gè)視場(chǎng)內(nèi)消除斜射像散、折光率誤差及畸變?nèi)N像差，即在該五個(gè)視場(chǎng)內(nèi)，使該三種像差在績(jī)效函數(shù)(4)中的目標(biāo)值ti為零。第五步，由阻尼最小二乘法之解計(jì)算該非球面鏡片的第一非球面和第二非球面的非球面系數(shù)P、B、C、D、E。當(dāng)該斜射像散、折光率誤差及畸變?nèi)N像差在績(jī)效函數(shù)(4)中的目標(biāo)值ti為零時(shí)，由阻尼最小二乘法之解求出該非球面鏡片的第一非球面和第二非球面的非球面系數(shù)，得出該非球面鏡片的設(shè)計(jì)結(jié)果。第六步，判斷該非球面鏡片在0視場(chǎng)至1.0視場(chǎng)的整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)的斜射像散、折光率誤差及畸變是否均能滿(mǎn)足要求?？梢酝ㄟ^(guò)作出斜射像散、折光率誤差及畸變?cè)?視場(chǎng)至1.0視場(chǎng)的曲線(xiàn)圖進(jìn)行判斷，判斷這些曲線(xiàn)圖的相關(guān)斜射像散、折光率誤差及畸變?cè)?視場(chǎng)至1.0視場(chǎng)的整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)，像差極大值是否滿(mǎn)足要求。第七步，由判斷結(jié)果確定是否還需增加視場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如果該三種像差在某個(gè)視場(chǎng)內(nèi)不能滿(mǎn)足要求，可以逐個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)所不能滿(mǎn)足要求的視場(chǎng)，即消除存在像差極大值超過(guò)要求的某個(gè)視場(chǎng)的斜射像散、折光率誤差及畸變，直到達(dá)到要求為止。上述非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，在至少五個(gè)視場(chǎng)內(nèi)消除斜射像散、折光率誤差和畸變，這樣就使得采用該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的非球面鏡片，在0視場(chǎng)至1.0視場(chǎng)的整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)的斜射像散、折光率誤差和畸變這三種像差均較小。故該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法能設(shè)計(jì)出光學(xué)性能較好的非球面鏡片。如圖2所示，為上述非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面發(fā)散鏡片的結(jié)構(gòu)示意圖，該非球面發(fā)散鏡片包括第一非球面1和第二非球面2，第一非球面1的曲率半徑為R1，第二非球面2的曲率半徑為R2，鏡片中心厚度為t1，鏡片直徑為DA1。該非球面發(fā)散鏡片的設(shè)計(jì)方法，可采用鏡片非球面設(shè)計(jì)公式(3)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，設(shè)第一非球面1的非球面系數(shù)為P1、B1、C1、D1、E1，第二非球面2的非球面系數(shù)P2、B2、C2、D2、E2，其中P1、P2分別為第一非球面1和第二非球面2的二次曲線(xiàn)常數(shù)值，B1、C1、D1、E1和B2、C2、D2、E2分別為第一非球面1和第二非球面2的高次項(xiàng)系數(shù)。該非球面發(fā)散鏡片的設(shè)計(jì)采用阻尼最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，則阻尼最小二乘法的績(jī)效函數(shù)如公式(4)所示。該非球面發(fā)散鏡片的設(shè)計(jì)采用至少五個(gè)視場(chǎng)消除像差，即，使績(jī)效函數(shù)(4)的目標(biāo)值ti在至少五個(gè)視場(chǎng)內(nèi)為零。在績(jī)效函數(shù)(4)中，該非球面發(fā)散鏡片的設(shè)計(jì)，把像差校正到目標(biāo)值的過(guò)程表示為設(shè)有10個(gè)可變的設(shè)計(jì)參數(shù)，即10個(gè)設(shè)計(jì)變量績(jī)效函數(shù)。以x1、x2、x3、......x9、x10表示第一非球面1的非球面系數(shù)P1、B1、C1、D1、E1與第二非球面2的非球面系數(shù)P2、B2、C2、D2、E2。由績(jī)效函數(shù)(4)知，優(yōu)化項(xiàng)數(shù)有m個(gè)，該非球面發(fā)散鏡片的設(shè)計(jì)方法，可采用其中的m/3項(xiàng)來(lái)消除斜射像散，其項(xiàng)次是依據(jù)視場(chǎng)大小1.0視場(chǎng)而定，再采用m/3項(xiàng)來(lái)消除折光率誤差和m/3項(xiàng)來(lái)消除畸變。則可定義一個(gè)誤差函數(shù)(5)為fi＝Wi(ei-ti)＝fi(x1，x2，x3...xn)，i＝1，2，......，m(5)為計(jì)算第一非球面1的非球面系數(shù)P1、B1、C1、D1、E1與第二非球面2的非球面系數(shù)P2、B2、C2、D2、E2的值。設(shè)優(yōu)化前的變量以x10、x20、x30......、xn0表示，n＝10；像差用f10、f20、f30、......fm0表示，優(yōu)化后的變量以x1、x2、x3、......x9、xn表示，n＝10；像差用f1、f2、f3、......fm-1、fm表示。由于阻尼最小二乘法之解(6)為X＝(ATA+pI)-1ATf0(6)式中的符號(hào)可用矩陣定義x0=x10x20x30······xn0,x=x1x2x3······xn,f0=f10f20f30······fm0,f=f1f2f3······fm,X=x-x0=x1-x10x2-x20x3-x30······xn-xn0]]>A為一個(gè)m×n的矩陣，其中的Aij=∂fi∂xj,]]>i＝1，2，....，m，j＝1，2，....，n，n＝10。其中AT為A的轉(zhuǎn)置矩陣，p為阻尼因子，I為單位矩陣，(ATA+pI)-1表示對(duì)(ATA+pI)求反矩陣，通過(guò)以上矩陣的運(yùn)算，可得X的運(yùn)算值，通過(guò)x＝x0+X，可確定x的值，進(jìn)而可得出校正后的P1、B1、C1、D1、E1、P2、B2、C2、D2、E2的值。設(shè)上述非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的非球面發(fā)散鏡片，采用在0.3視場(chǎng)、0.5視場(chǎng)、0.7視場(chǎng)、0.85視場(chǎng)及1.0視場(chǎng)五個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中該非球面發(fā)散鏡片的材質(zhì)為一種塑料，折射率為1.586，該非球面發(fā)散鏡片的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。表1<tablesnum="003"><tablewidth="830">鏡片折光率Fv＝-14D，鏡片直徑DA1＝30mm，中心厚度t1＝1mm第一非球面1第二非球面2曲率半徑R1(cm)36.07206曲率半徑R1(cm)19.26784二次曲面常數(shù)值P1-3.146794二次曲面常數(shù)值P2-1.309141非球面的高次項(xiàng)系數(shù)B11.45672×10-4非球面的高次項(xiàng)系數(shù)B21.877927×10-4C1-7.260429×10-7C2-3.682191×10-7D12.68586×10-9D2-2.583728×10-10E1-3.404548×10-12E21.296844×10-11</table></tables>在績(jī)效函數(shù)(4)中，采用權(quán)因子w1＝w2＝......＝w14＝w15＝1，目標(biāo)值t1＝t2＝......＝t14＝t15＝0，通過(guò)計(jì)算，可得出如圖3A為該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面發(fā)散鏡片在五個(gè)視場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的斜射像散與折光率誤差曲線(xiàn)圖，圖3B為該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面發(fā)散鏡片在五個(gè)視場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的畸變曲線(xiàn)圖。其中，圖3A中，橫坐標(biāo)軸表示折光率的大小，縱坐標(biāo)軸表示視場(chǎng)角的大??；圖3B中，橫坐標(biāo)軸表示畸變的大小，縱坐標(biāo)軸表示視場(chǎng)角的大小。圖3A中F′T為子午場(chǎng)中成像面的折光率，F(xiàn)′S為弧矢場(chǎng)中成像面的折光率，F(xiàn)PS＝Fv為鏡片折光率，圖3B中的曲線(xiàn)為畸變?cè)诟鱾€(gè)視場(chǎng)中的大小，則斜射像散＝F′T-F′S；由圖3A和圖3B，可看出該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面發(fā)散鏡片，在0視場(chǎng)至1.0視場(chǎng)的整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)，斜射像散小于0.044D，折光率誤差小于0.041D，畸變小于0.067％，這三種像差值都校正的很小，故已較好的有效消除斜射像散、折光率誤差和畸變?nèi)N像差。如圖4所示，為該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面會(huì)聚鏡片的結(jié)構(gòu)示意圖，該非球面會(huì)聚鏡片包括第一非球面3和第二非球面4，第一非球面3的曲率半徑為R3，第二非球面4的曲率半徑為R4，鏡片中心厚度為t2，鏡片直徑為DA2。該非球面會(huì)聚鏡片的設(shè)計(jì)方法基本上與上述非球面發(fā)散鏡片的設(shè)計(jì)方法相同，其不同之處在于該非球面會(huì)聚鏡片的設(shè)計(jì)方法中，是采用在至少7個(gè)是視場(chǎng)內(nèi)消除斜射像散、折光率誤差與畸變。設(shè)該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的非球面會(huì)聚鏡片，采用在0.3視場(chǎng)、0.5視場(chǎng)、0.7視場(chǎng)、0.85視場(chǎng)、0.9視場(chǎng)、0.95視場(chǎng)及1.0視場(chǎng)七個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中該非球面會(huì)聚鏡片的材質(zhì)為一種塑料，折射率為1.586，該非球面會(huì)聚鏡片的設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。表2<tablesnum="004"><tablewidth="873">鏡片折光率Fv＝14.00D，鏡片直徑DA2＝32mm，中心厚度t2＝9.2mm第一非球面3第二非球面4曲率半徑R3(cm)26.27803曲率半徑R4(cm)50.45961二次曲面常數(shù)值P1-3.961846二次曲面常數(shù)值P2-3.228008非球面的高次項(xiàng)系數(shù)B11.989787×10-5非球面的高次項(xiàng)系數(shù)B2-2.220448×10-5C1-8.046623×10-8C2-1.609468×10-7D1-1.679019×10-10D25.014807×10-10E11.10465×10-13E2-6.264007×10-13</table></tables>在績(jī)效函數(shù)(4)中，選w1＝2、w2＝4、w3＝5、w4＝8、w5＝9、w6＝9、w7＝10為斜射像散權(quán)因子，選w8＝1、w9＝2、w10＝3、w11＝10、w12＝12、w13＝12、w14＝14為折光率誤差權(quán)因子，選w15＝0.2、w16＝0.5、w17＝0.5、w18＝0.8、w19＝1、w20＝1、w21＝1.8為畸變權(quán)因子，目標(biāo)值t1＝t2＝......＝t20＝t21＝0，通過(guò)計(jì)算，可得出如圖5A為該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面會(huì)聚鏡片在七個(gè)視場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的斜射像散與折光率誤差曲線(xiàn)圖，圖5B為該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面會(huì)聚鏡片在七個(gè)視場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的畸變曲線(xiàn)圖。其中，圖5A中，橫坐標(biāo)軸表示折光率的大小，縱坐標(biāo)軸表示視場(chǎng)角的大??；圖5B中，橫坐標(biāo)軸表示畸變的大小，縱坐標(biāo)軸表示視場(chǎng)角的大小。圖5A中F′T為子午場(chǎng)中成像面的折光率，F(xiàn)′S為弧矢場(chǎng)中成像面的折光率，F(xiàn)PS＝Fv為鏡片的折光率，圖5B中的曲線(xiàn)為畸變?cè)诟鱾€(gè)視場(chǎng)中的大小，則斜射像散＝F′T-F′S；由圖5A和圖5B，可看出該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的非球面會(huì)聚鏡片，在0視場(chǎng)至1.0視場(chǎng)的整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)，斜射像散小于0.0377D，折光率誤差小于0.0815D，畸變小于1.1493％，這三種像差值都校正的很小，故已較好的同時(shí)有效消除斜射像散、折光率誤差與畸變。綜上所述，該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)有效消除像差之目的。然，以上所述僅為該較佳實(shí)施方式，舉凡熟悉本案技術(shù)之人士，在援依本案創(chuàng)作精神所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)包含于以下的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，該非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法主要步驟包括設(shè)定該非球面鏡片的折光率、折射率與直徑；采用球面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)該非球面鏡片的兩個(gè)曲率半徑，使其達(dá)到上述設(shè)定的折光率，并利用該兩個(gè)曲率半徑使三個(gè)視場(chǎng)的畸變?yōu)樽钚≈?；采用鏡片非球面設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)該非球面鏡片的第一非球面和第二非球面，該鏡片非球面設(shè)計(jì)公式為Z(r)=Cvr21+1-PCv2r2+Br4+Cr6+Dr8+Er10]]>式中，Z(r)表示鏡面深度，Cv表示非球面頂點(diǎn)的曲率，r表示鏡面上任一點(diǎn)至光軸的垂直高度，P表示二次曲線(xiàn)常數(shù)值，B、C、D、E表示非球面的高次項(xiàng)系數(shù)；采用阻尼最小二乘法對(duì)第一非球面和第二非球面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；其特征在于進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，使該非球面鏡片在至少五個(gè)視場(chǎng)消除像差，并得出上述第一非球面和第二非球面的非球面系數(shù)P、B、C、D、E。2.如權(quán)利要求1所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該三個(gè)視場(chǎng)為0.5、0.7及1.0視場(chǎng)。3.如權(quán)利要求1所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該非球面鏡片可以為非球面會(huì)聚鏡片，則優(yōu)化設(shè)計(jì)是在至少七個(gè)視場(chǎng)消除像差。4.如權(quán)利要求1或3所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該優(yōu)化設(shè)計(jì)采用阻尼最小二乘法的績(jī)效函數(shù)為φ=Σi=1m[wi(ei-ti)]2]]>其中，式中wi為權(quán)因子，m為優(yōu)化的項(xiàng)數(shù)，ei為所考慮的校正項(xiàng)即某個(gè)像差，ti為某個(gè)像差的目標(biāo)值。5.如權(quán)利要求4所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該優(yōu)化的項(xiàng)數(shù)m中，m/3項(xiàng)用于消除斜射像散，m/3項(xiàng)用于消除折光率誤差，m/3項(xiàng)用于消除畸變。6.如權(quán)利要求1或3所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該優(yōu)化設(shè)計(jì)在0視場(chǎng)至1.0視場(chǎng)范圍內(nèi)消除像差，其中1.0視場(chǎng)是指視場(chǎng)角為30度之位置。7.如權(quán)利要求1所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該五個(gè)視場(chǎng)可以是0.3視場(chǎng)、0.5視場(chǎng)、0.7視場(chǎng)、0.85視場(chǎng)及1.0視場(chǎng)。8.如權(quán)利要求7所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該非球面鏡片為非球面發(fā)散鏡片，當(dāng)設(shè)定該非球面發(fā)散鏡片的折光率為-14.00D，折射率為1.586，鏡片直徑為30mm，中心厚度為1mm，第一非球面的曲率半徑為36.07206cm，第二非球面的曲率半徑為19.26785cm，且在該0.3視場(chǎng)、0.5視場(chǎng)、0.7視場(chǎng)、0.85視場(chǎng)及1.0視場(chǎng)這五個(gè)視場(chǎng)消除斜射像散、折光率誤差和畸變時(shí)，該非球面發(fā)散鏡片的第一非球面和第二非球面的非球面系數(shù)如下表9.如權(quán)利要求3所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該七個(gè)視場(chǎng)可以是0.3視場(chǎng)、0.5視場(chǎng)、0.7視場(chǎng)、0.85視場(chǎng)、0.9視場(chǎng)、0.95視場(chǎng)及1.0視場(chǎng)。10.如權(quán)利要求9所述的非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于當(dāng)設(shè)定該非球面會(huì)聚鏡片的折光率為14.00D，折射率為1.586，鏡片直徑為32mm，中心厚度為9.2mm，第一非球面的曲率半徑為26.27803cm，第二非球面的曲率半徑為50.45961cm，且在該0.3視場(chǎng)、0.5視場(chǎng)、0.7視場(chǎng)、0.85視場(chǎng)、0.9視場(chǎng)、0.95視場(chǎng)及1.0視場(chǎng)七個(gè)視場(chǎng)消除斜射像散、折光率誤差和畸變時(shí)，該非球面會(huì)聚鏡片的第一非球面和第二非球面的非球面系數(shù)如下表全文摘要一種非球面鏡片的設(shè)計(jì)方法，其主要步驟包括設(shè)定該非球面鏡片的折光率、折射率與直徑；采用球面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)該非球面鏡片的兩個(gè)曲率半徑，使其達(dá)到上述設(shè)定的折光率，并利用該兩個(gè)曲率半徑使三個(gè)視場(chǎng)的畸變?yōu)樽钚≈?；采用鏡片非球面設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)其第一非球面和第二非球面，該鏡片非球面設(shè)計(jì)公式為文檔編號(hào)G02B13/18GK1854787SQ20051003447公開(kāi)日2006年11月1日申請(qǐng)日期2005年4月27日優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日發(fā)明者孫文信申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司,鴻海精密工業(yè)股份有限公司