비구면 렌즈 대 구면 렌즈: 심층 비교

렌즈는 모든 광학 시스템의 핵심에 있습니다. 현미경과 카메라에서 프로젝터 및 자동차 헤드램프에 이르기까지. 구면 렌즈와 비구면 렌즈 중에서 선택하는 것은 시스템 성능, 비용 및 복잡성에 깊은 영향을 미칩니다. 이 기사는 그들의 기본적인 차이를 설명하고 각 유형이 최적의 선택이 되는 경우를 보여줍니다.

A 구면 렌즈구면의 일부인 하나 또는 두 개의 표면을 특징으로 합니다. 일반적인 형태로는 양면 볼록, 양면 오목, 평면 볼록 및 평면 오목 유형이 포함됩니다.

스넬의 법칙에 따르면, 광선은 곡면에서 굴절합니다. 곡률이 일정하기 때문에, 광축에서 멀리 떨어진 광선은 중심 광선과 다르게 굴절되어 구면 수차를 유발합니다: 주변 광선은 축 광선과 같은 초점에 수렴하지 못하여 선명도와 대비가 저하됩니다.

비구면 렌즈는 적어도 하나의 비구면 표면을 가지고 있으며, 종종 원뿔 단면이나 고차 항과 같은 다항식 또는 자유형 방정식으로 설명됩니다.

표면 프로파일을 조정함으로써 비구면 렌즈는 중앙 및 가장자리 광선을 공통 초점으로 유도하여 구면 수차를 효과적으로 제거합니다. 그들의 복잡한 형태는 적절히 최적화될 경우 코마 및 난시를 완화할 수 있습니다.

렌즈 직경과 조리개 크기가 증가함에 따라 이미지 포인트 주위에 흐릿한 후광이 생깁니다.

색수차, 콤마, 그리고 비구면 수차는 종종 보정을 위해 추가 렌즈 요소(예: 비색 이중 렌즈)가 필요합니다.

엔지니어링된 표면 프로파일은 모든 광선을 동일한 초점 지점으로 유도하여 우수한 가장자리 간 선명도를 제공합니다.

구면 수차를 주로 위해 설계되었지만, 비구면 표면은 코마와 비대칭을 줄이도록 조정할 수 있어 다중 요소 설계를 단순화합니다.

작은 개구 시스템에서 회절이 지배하는 경우 허용 가능; 개구가 증가함에 따라 성능이 급격히 저하됩니다.

대구경에서도 높은 변조 전송 함수(MTF) 값을 유지하여 선명하고 고대비 이미지를 제공합니다.

잔여 왜곡과 회절에 의해 제한됨; 넓은 조리개 또는 짧은 초점 거리 설계에서는 세부 사항이 손실될 수 있습니다.

이론적인 회절 한계 근처에서, 현미경 및 고정밀 측정에서 서브 마이크론 해상도를 가능하게 합니다.

분산은 주로 물질적 특성입니다. 비구면 렌즈는 본질적으로 색수차 성능을 변경하지 않지만, 요소가 적은 시스템 수준의 설계는 누적 분산을 줄일 수 있습니다.

유리 용해 → 블랭크 절단 → 구형 연마 → 연마 → 코팅.

자재, 기계 감가상각, 노동; 규모의 경제로 인해 큰 혜택을 봅니다.

고정밀 CNC 생성, 유리 성형, 이온 빔 형상화.

복잡한 공구 경로, 긴 사이클 시간, 프로토타입 툴링; 대량 생산에 걸쳐 분산되면 비용이 감소합니다.

간단한 확대경, 저렴한 장난감 광학 및 기본 웹캠.

종종 비색 또는 만곡 요소와 쌍을 이루어 수차를 보정합니다.

빠른 줌과 최소한의 왜곡을 요구하는 광각 렌즈.

현미경, 리소그래피 스테퍼—서브 마이크론 정밀도가 필수인 곳.

VR/AR 헤드셋용 컴팩트 광학, 섬유 결합 구성 요소, 정밀 레이저 초점 맞추기.

구형 렌즈는 저비용에서 중간 성능 요구에 대해 비용 효율적이고 간단하게 유지됩니다. 비구면 렌즈는 단위당 더 비싸지만, 비할 데 없는 이미지 충실도를 제공하고 시스템 단순화를 허용합니다. 렌즈 선택을 응용 프로그램 요구 사항에 맞추어 예산, 광학 성능 및 형태 요소의 균형을 맞춤으로써 디자이너는 소비자 카메라에서 최첨단 과학 기구에 이르기까지 최적의 결과를 달성할 수 있습니다.