第六节 非球面在摄影镜头中有哪些应用？

一、常见的非球面有哪些？

最简单的二次圆锥面（非球面）有抛物面、椭球面、柱面等。

随着光学仪器的发展，对其性能和质量要求愈来愈高：如何提高摄影镜头的相对孔径，扩大视场角，改善照度，简化结构以及提高像质等实际需要促进了非球面的应用。

二、非球面在摄影镜头中有哪些应用？

近年来非球面的应用日益增多。在成像质量不高的镜头中、普通摄影镜头中、广角镜头中、大孔径镜头中以及变焦镜头中都有应用。

在镜头中引入非球面有利于校正除场曲之外的各种像差。在光阑附近设置非球面，可校正各带高级球差；在像面附近或远离光阑处设置非球面可校正像散和畸变等。

例一：如图 4-34 所示为引入非球面的鲁萨尔 38 型航测镜头的光学结构图。

没引入非球面的鲁萨尔镜头的光学性能指标为：D/f′＝1/8、2ω＝ 122°，轴外点照度用增大光阑慧差法由 E′ω＝E0cos4ω提高到E′ω＝E0cos3ω，并影响了轴外的分辨率。

引入非球面后的鲁萨尔摄影镜头，前组的非球面为高阶非球面，相应的光学指标都有提高，而且像场边缘的照度改善得更好，由 E′ω＝ E0cos4ω提高至 E′ω＝E0cos2ω；光学指标为：f′＝36mm，相对孔径f/7.7；视场角 2ω＝148°，不影响轴外分辨率。

例二：在反摄远型短焦广角镜头中引进非球面，简化了结构。原结构为九片，如图 4-35(a)所示；使用非球面简化后的结构为七片，如图4-35(b)所示。原相对孔径为 f/18，简化后的相对孔径为 f/2。适用于 35mm电影摄影用的短焦广角镜头，f＝25mm，在光阑附近采用非球面，可以校正与孔径有关的高级像差（高级球差与高级慧差）。使用非球面以后的结构在口径上与长度上都可缩小 1/3 左右。

例三：图 4-36 所示为引入非球面的短焦广角电影摄影镜头的光学结构图，非球面控制了像散与畸变。

例四：图 4-37 所示是相对孔径为 f/0.519 的大孔径摄影镜头的光学结构，因为引入了非球面，使结构简化到只用五个透镜的少组元的系统。

如果不采用非球面，这样大的相对孔径，球差与慧差及其高级量都是很大的，相应的结构自然要复杂得多。