《慧眼網》鄧林供稿，歡迎關注微信公眾號：huiyannet
本文主要介紹了什麼是非球面及非球面鏡片的種類和相應的加工工藝與檢測方法，另就非球面鏡片在手機鏡頭中的應用進行簡要的說明。幫助讀者對非球面技術有一個初步的了解。
非球面就不是個球面
非球面最簡單的定義為「迴轉對稱的不是球面的表面」，這個定義比較廣，有很多符合該條件的表面，再縮小一點就是符合特定表達式的迴轉對稱的且表面是光滑連續的表面。
最常用的非球面表達式是一個圓錐曲面做為基準面再迭加一系列的高次多項式構成，表達式如下：
，如圖一所示，r為離非球面軸的徑向距離，z為相應的垂直距離，c=1/R為頂點曲率，R為頂點曲率半徑；k表示圓錐係數，如圖一所示，不同k值代表不同的圓錐曲線形式；a_n為多項式係數，n=4,6,8,10…20。
圖 一
隨著技術的進步還有不同的表達式，如常用的奇次非球面或Qcon,Qbfs型非球面，為設計和加工帶來更大的方便，這裡就不一一贅訴了；
非球面可以校正像差
理論上非球面可以校正除色差以外的大部分像差（球差，慧差，場曲、像散、畸變）。在產品開發中引入非球面可以大大增加光學設計時的自由度，並且可以大大降低系統的複雜程度，提高系統諸多指標如成像質量、減少重量等。在現代光學系統當中，有時非球面的使用是必不可少的，如手機攝像頭用鏡頭。總體來講，非球面的導入使很多之前不能解決的問題得到有效解決，並且在質量上更勝從前。
圖二所示的為非球面校正球差的例子，圖三所示為非球面在眼鏡片中的應用，除了減輕了鏡片的重量，也提高了鏡片的成像效果；
圖 二
圖 三
非球面鏡片的加工方法與種類
圖四說明了塑料非球面鏡片射出成型用的模仁加工過程，圖五是單點金剛石車削的示意圖；
圖 四
圖 五
從種類上講目前主要分為玻璃非球面鏡片與塑料非球面鏡片，理論上講玻璃非球面有諸多優點比如：抗變形、耐高溫高溼、防刮、種類豐富等，但在成本、重量、產能方面會存在一些不足，所以大部分時候只在高檔數位相機和數碼攝像機中使用光學玻璃非球面鏡片，而在其他大多數光電產品中一般都使用光學塑料非球面來進行取代。
光學塑料非球面優勢：
1.能進行大批量生產和降低製造成本
2.可以設計非常複雜的形狀
3.重量輕，體積小，精度高，符合光電產品小型化的發展路線，耐衝擊
4.可以同時加工出光學面和定位面
當然光學塑料非球面也不是全能的，比如光學塑料對溫度和溼度等環境的變化影響比較大，光學系統性能容易受外界環境的影響。光學塑料非球面注塑成型過程對鏡片表面面形精度影響也比較大，需要嚴格管控成型鏡片的面形等。
非球面鏡片的檢測
非球面和球面的最大的不同是，球面上的任意一點曲率都是相同的，而非球面表面任意一點的曲率理論上講都可以是不同的，所以對其檢測帶來了一些困難。衡量非球面鏡片精度的最主要兩個指標及其測量方法如下表：
註：偏心檢測的精度目前還存在不確定性，主要是因為目前的檢測方法都有局限性，對加工會帶來一定的困擾。
圖 六、面精度檢測，左為TAYLOR SURF的接觸式檢測，右為UA3P的準接觸式檢測
圖 七、反射式偏心檢測原理（基於中心近軸球面的，所以有局限性）
正是由於非球面的加工製造有一定的難度，所以會造成一定的壁壘，到目前為止真正能做到高精度的非球面鏡片的廠家並不是很多，這裡面需要在模具、材料、成型、檢測、大規模生產等方面有很大的投入，並且需要有技術方面的積累。
非球面在手機鏡頭中的應用，塑料材質好成型
隨著手機攝像功能的不斷加強,像素大小不斷變小（如圖八所示），鏡頭高度不斷壓縮（如圖九所示），相對孔徑不斷增加，手機鏡頭的結構也日趨複雜，從1個塑料鏡片發展到現在6個塑料鏡片構成，鏡片的結構與尺寸也有很大的變化； 圖十中是一個典型的5P結構13M手機鏡頭。從圖十可以看出，塑料非球面可以容易做出各種形狀的鏡片，且大部分精度可以得到較好的保證，另因為目前手機造型設計對攝像模組的尺寸限制，需要儘可能採用塑料材質。
圖 八
圖 九
圖 十
（責任編輯：王博軒 HT002）