非球面镜头与球面镜头的区别

所谓球面和非球面，主要是针对镜片的几何形状而言，即球面镜片与非球面镜片。二者在几何形状上的差别决定了它们在平行的入射光的折射方向上产生差异，从而影响工业镜头成像效果的好坏。球面由一个参数，即球面半径决定其形状，非球面理论上可以有多个参数决定其面形，并能从中心到边缘连续发生变化。这样一来，仅仅是球面透镜组成的镜头不能完全校正的象差,使用非球面透镜可以得到进一步改善,成象质量大大提高了。

球面镜片其镜片呈球面的弧度，其横切面亦呈弧状。当不同波长的光线，以平行光轴入射在镜片上不同的位置时，在像方焦平面上不能聚焦成一点，而形成像差的问题；平衡球差的方法有很多，比如采用多片不同的凹凸球面镜片，让镜片之间的像差能够互相抵消。但既然球差是由于球面无法完美成像带来的，那么使用一种能够完美成像的表面就可以了，因此这就有了非球面透镜。

非球面镜头则不是呈现出球面的弧度，而是镜片边缘部份被“削”去少许，其横切面呈平面状。从非球面透镜的使用效果和使用目的区分,非球面透镜的作用可归纳为:

(1)成象质量的提高,例如改善锐度、反差、减小幻影和不必要的反射光斑等。

(2)提高镜头的光学性能,包括大孔径化、广角化和高变倍比等。

(3)使镜头小型化和轻量化,减少透镜数量,缩小外形尺寸和减轻重量等。

一般普通镜头是采用球面镜片组成的，其镜片呈球面的弧度，其横切面亦呈弧状。当不同波长的光线，以平行光轴入射后镜片上不同的位置时，在菲林平面（与镜片中心和镜片焦点联机相垂直的、通过焦点的平面）上不能聚焦成一点而形成像差的问题，出现清晰度下降和变形等现象，为解决这一成像问题，可以通过增加镜片对像差进行矫正，但此举也可能会引起反效果，进一步削弱成像性能；额外的镜片，不仅会增加光线在镜筒内反射的机会，引起耀光现象，亦会增加镜头的体积和重量。球面透镜在近轴区域成像质量是比较好的，但是对于离轴区域，其成像质量就迅速变差。这叫做像差。而在五种初级像差中，四种都与球差有关，因此在工业镜头设计中，球差是要努力平衡的。然而像差平衡，没有一个系统能够对全空间完美成像无像差，所以只能根据使用的场合，采用不同的透镜和不同形状的非球面进行组合，尽可能地减小各种像差。使用非球面镜片能够减少像差，并减少使用的镜片数量，也给设计上带来了更大的自由度。

如何选择球面镜头与非球面镜头

球面透镜头由于容易批量稳定地制造，因此成本比较低；而非球面透镜头制造困难，工艺要求高，成本也高。但是成本问题不能一概而论，非球面透镜允许光学元件设计者使用比传统球面元件更少的光学元件数量来校正像差， 而且运用更多光学元件的光学系统可能会对光学和机械参数产生负面影响，因而带来更昂贵的机械公差、额外的校准步骤，以及更多的增透膜要求。以上所有的这些结果最终都会降低系统的整体实用性。因此，是否在系统设计中引入非球面透镜，还是要看实际的设计需求及对两种方案的考量平衡。

如今，非球面透镜变得越来越重要，并已成为许多应用领域的标准组件。它们可以在具有高发光强度的照片镜头或广角光学镜头、内窥镜、放大镜和望远镜中找到，也可以在航空航天等高科技应用中找到