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非球面技术在cctv镜头中的应用

非球面技术


非球面技术是目前比较热门的话题之一。其实非球面技术早在摄影物镜中就有广泛应用,引入到CCTV镜头中大约是10年前的事情。那么什么是非球面?


其实对于非球面镜片,如果用肉眼观察的话,通常看上去仍旧是一个大致的球面形状,而不是平面。因为非球面镜片的面形就是在球面面形的基础上做细微的调整得出的,从数学的角度来说,球面的面形函数是一个二次函数,但非球面的面形函数则是四次甚至更高次的函数,通常设计到10次,所以非球面的面形更加复杂。更加形象地说,非球面的面形是以球面面形为基础,在球面的基础上进行人为控制,事先设计好的细微面形起伏,从而使镜片的面形呈现非球面的复杂曲面。非球面在各个孔径具有不同的光焦度。


人们一般认为一束光线透过凸透镜后(最常见的球面镜片),可以聚集在一点上。例如很多人都曾用放大镜聚集阳光烧纸玩的经历。但是从光学角度上来看,球面凸透镜并不能把光线真正聚集到一点上,它所聚成的其实是一个光斑。由于肉眼的视力有限,所以看上去好象是一点。这是由于球面镜片有一个先天不足,它有一个称为“球面像差”的缺陷,而且通过单枚球面镜片自身是无法克服这种像差的,正是这种像差的存在,所以带来了光斑现象。这种像差会极大地影响成像质量。但是非球面镜片可以把光线精确地汇聚到一点上,较正球面像差,大幅提高成像质量。那么非球面镜片使用到镜头中之后,有什么具体优点呢?


(1) 非球面镜片的应用可以使镜头光学结构相对简化,从而在光学设计和机械结构上更易获得更大的通光口径,使整个画面更加明亮。


(2) 非球面镜片可以大幅度提高成像质量,令画面更加清晰,特别是边缘图像的清晰度。


当非球面应用在主光线较高的面上时,它还可以矫正像散,畸变等轴外像差,从而使轴外成像也能得到大幅提高,这一点在实际使用时意义巨大,它使画面中每个细节都都能清晰地表现,避免有图像但是由于细节模糊而无法作为证据的无奈情况。


(3)1枚非球面镜片可以替代一组球面镜片,所以使用非球面镜片可以实现镜头体积的小型化。


非球面镜片在设计上借助成熟的光学软件并不困难,但是其生产加工却需要极高的技术和工艺。因此在CCTV镜头能够自己独立完成全部非球面镜片的开发与生产的厂商屈指可数,而非球面镜头的开发以及生产技术变成了一个企业的核心技术。

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