Tag 玻璃透镜

玻璃透镜之所以贵，原因如下：

1. 材料成本高：玻璃透镜通常使用高品质的光学玻璃来保证优良的光学性能。这些光学玻璃材料通常需要特殊的生产工艺和原材料，因此成本较高。
2. 制造工艺复杂：玻璃透镜需要经过多道精密的加工工序，包括切割、磨削、抛光等，以确保光学表面的质量和精度。这些工艺需要高技术水平和先进的设备，也增加了成本。
3. 研发和设计成本：为了设计和生产出高质量的玻璃透镜，需要进行大量的研发和设计工作。这包括光学设计、材料研究以及光学测试等。这些研发和设计成本也在一定程度上影响了产品的价格。
4. 市场需求和供应限制：玻璃透镜通常在高科技领域应用广泛，如摄影、激光技术、光学仪器等。市场对于高品质玻璃透镜的需求量较高，而供应量受限于生产能力和技术限制。供需关系的不平衡也会导致产品价格的上升。

综上所述，玻璃透镜之所以贵主要受到材料成本高、制造工艺复杂、研发和设计成本以及市场供需关系等多种因素的影响。

LED玻璃透镜车间

定义：
衡量光学系统聚焦或者使光散焦程度的量。

很多类型的光学系统（例如，显微镜物镜和弯曲的激光器反射镜）都可以聚焦或者使光散焦，焦距就是量化这些效应的量。
最简单的情形为薄透镜（图1a）。如果入射到透镜的光是一束准直光束，经过透镜后光束会发生聚焦，这时焦距就是从透镜到焦点的距离（假设棱镜是处于真空或者空气中，而不是处于折射率很高的物质中）。

而对于散焦透镜（图1b），焦距则是从透镜到虚焦点（采用虚线表示）的距离，是负值。

透镜的焦距
可以采用下列方程计算透镜的屈光度和焦距，透镜材料的折射率为n，两表面的曲率半径分别为R1和R2：

凸面的曲率半径为正数，而凹面的曲率半径则是负值。聚焦透镜得到的结果为正值，结果为负值则对应的为散焦透镜。后面的一项只有当棱镜很厚，两面曲率半径都很大时才需要考虑。

这一方程适宜于傍轴光线情形，即光线离对称轴不远的情况。

曲面镜的焦距
经常采用曲面镜聚焦或者散焦光束。例如，在激光器谐振腔，具有电介质涂层的激光反射镜比普通的透镜更适用，主要是因为反射镜损耗更小。
当光轴垂直于反射镜表面时，表面曲面半径为R的反射镜的焦距f=R/2。（正号代表凸面和聚焦反射镜。）如果光轴与表面法线方向夹角 θ 不为0，那么切向（入射平面）的焦距为 ftan=(R/2)cosθ，矢状方向的焦距为 fsag=(R/2)/cosθ 。
激光反射镜的曲面半径通常在10 mm到5 m之间。如果曲面半径非常小，制备介质涂层会非常困难，但是采用精细的工艺也可以得到仅为几毫米焦距的反射镜，这在一些微型激光器中会用到。

光学系统的焦距
一个光学系统可能包含多个透镜和其它光学元件，因此不能采用上面定义的焦距，因为不能明确应计算何处到焦点的距离：
是从光学系统的起点、终点、中点还是其它位置？原则上可以采用任意的参考点，但是这时有些原理不能使用，这些原理在具有特定焦距的透镜焦点处光束束腰半径是适用的，或者望远镜的放大倍数等。有人采用前焦距来表示焦点与光学元件的前表面之间的距离。

照相物镜的有效焦距
在照相术中，有效焦距具有非常不同的意义，下面我们详细解释一下。
照相机的视角由胶片上像的尺寸与焦距的比值决定。胶片相机一直采用35 mm胶片（根据ISO标准1007也称为135胶片），胶片上像的尺寸为标准的36 mm×24 mm。
（胶卷轴的宽度为35mm，比24 mm大是为了使图像不会扩展到卷轴的边缘。）这时物镜的焦距为标准的50 mm。然而现在的数码相机（尤其是尺寸小的）通常包含尺寸小于36 mm×24 mm得像传感器，因此为了得到相同的视场，对应的物镜焦距也比较小（例如32 mm）。
许多摄影师仍然习惯采用常用的焦距与视角的比值，因此常用有效焦距来表征数码相机的焦距，此时的焦距数码相机的视场与与普通35 mm胶片的视场相同。
例如，实际焦距为32 mm也可以说成标准物镜的有效焦距为50 mm。
随着越来越少的人采用35 mm胶片，这一转换过程以后可能不会采用。

焦距可调的光学系统
在有些系统中，尤其是聚焦成像系统，需要光学系统的焦距是可调的。可以采用下面的原理：

• 如果透镜是由可变形的材料做成的，施加机械应力会改变其形状，因此可以改变焦距。这一原理可用于接目镜中。需要聚焦附近的物体时焦距会变短。
• 当光学系统包含多个光学元件时（例如，透镜），可以调节光学元件之间的相对距离来调节焦距。这一原理可以用于照相机的变焦物镜中。

与波长有关的焦距
普通透镜是利用光的折射，由于折射率与波长有关（色散），因此焦距也与波长相关。这一效应会使成像系统产生色差，在工作于宽波长区域的光学系统中也存在类似的问题。
可以设计采用多个透镜（例如，照相机的物镜）来使色差最小化。最常用的做法是采用消色差双合透镜，即由两种材料组成的透镜，这样总体色差很大部分的被抵消了。
也可以只采用包含反射镜的光学系统来消除色差。曲面半径为R的曲面镜的焦距为 f=R/2 ，只由几何形状决定，而与波长无关。但是，在非正交入射的情况下，切平面的焦距与入射角余弦成正比，矢状面与入射角余弦的倒数成正比。因此这种系统会产生像散。

屈光本领
透镜的屈光本领等于焦距的倒数。表明强聚焦的透镜焦距小，但是屈光本领大。屈光本领的单位为m1，也称为屈光度（dpt）。对于验光眼镜，常用屈光本领来表征，这时焦距指的是标准透镜，显微镜物镜和照相物镜的焦距。
很多情况下，屈光本领是比焦距更常用的量。例如，激光晶体中热透镜的屈光本领正比于耗散功率。
采用热透镜屈光本领表示的激光器谐振腔稳定区域的宽度与激光晶体的最小模式半径和光波长都有关系，而用焦距表征的稳定区域与参数之间的关系更加复杂。

发散光束的聚焦

图2：透镜方程的图解。
发散光束入射到聚焦透镜上时，焦点距离透镜的距离比f大（图2）。透镜方程可写为：

其中a是入射光束的焦点与透镜之间的距离。当a>>f时，有b≈f，而其它情况下，则有b>f 。这一关系可以这样直观的理解：使入射光束准直（即消除光束发散）需要聚焦能力为1/a，这样只需聚焦能力为 1/f1/a可将光束聚焦。
如果a≤f，以上方程不成立，透镜则不能使光束聚焦。
在射线情况下，傍轴近似满足时透镜方程成立。

束腰半径
光束半径为 w0的准直高斯光束入射到焦距为f的透镜上，经过透镜后束腰处的半径满足方程：

这时假设焦点处光束半径远小于初始光束半径w0。（当光束入射半径很小时该条件不满足，这时焦点比根据上面方程得到的值要大。）同时，还需要假设光束半径远大于波长 λ，这样傍轴近似是满足的。
根据上面方程发现决定最小光束半径的并不只是焦距f，还有f与透镜孔径半径的比值，这一比值限制了最大光束半径w0。该比值称为透镜的数值孔径。
这一原理能否用于焦距为f扩展的光学系统取决于采用的焦距的定义。有时需要定义有效焦距来满足这一关系。

反射和折射的区别

光的反射：光在一个平面被挡回，入射角和反射角度是相同的。

光的折射：光从不同密度的介质穿过时发生的偏折现象。

光的反射与折射是光在两种物质的分界面上传播方向发生改变的光学现象。

折射和反射的相同点：

1、传播方向发生变化。光斜射入另一种物质时，在分界面处传播方向都发生改。

2、位居法线的同侧。反射光线、折射光线与对应的入射光线都在法线的两侧。 3、三线共面。反射光线、折射光线与对应的入射光线和法线都在同一平面内。

折射和反射的不同点：

1、在界面分布不同。反射光线与入射光线在界面的同侧，折射光线与入射光线却在界面的两侧。

2、角大小不同。反射角等于入射角，折射角与入射角大小不(一定)相等(成某一函数关系)。

3、方向不一定改变。光垂直入射两种物质界面时，反射光线方向改变，光反回原来的物质中.折射光线却进入另一种物质，方向不变。

从小到我们人手一个的手机，到日常生活的电视、电脑，再到国防领域的军工、航天，光学玻璃的需求随着现代科学技术的发展而日益广泛
越来越多的精密仪器运用到了光机电相结合的新技术，推动了其实现了多功能、高性能和低成本的日益严格的要求，促进了传统光学玻璃加工设备、生产技术的发展及加工工艺的变革。这种变革推动了光学技工技术向两个不同的方向发展。
第一，向小型、轻便和便宜的高效加工方向发展。光学塑料和玻璃压铸技术的快速发展使非球面透镜成本大幅下降，供给量大幅增加成为可能，越来越多的各种光学系统开始采用。例如很薄的变焦距镜头，在手机中得到了广泛的应用。正是由于这些小型、轻便和便宜的光学玻璃在各个领域中的应用不断扩大，带动了光学高效加工技术的迅猛发展。
第二，向超精密加工方向发展。尖端科学技术领域特别是国防工业的技术进度对超精密光学玻璃提出了新的要求。、例如载人航天、激光武器的光学系统、光纤通讯元件、光集成电路中的微型光学玻璃，都是超精密的光学玻璃。这些光学玻璃的加工精度甚至达到了纳米级。这些零件的加工不能采用传统的方法，必须通过光学玻璃加工设备、超精密加工技术才能得以实现。
传统的光学玻璃的加工方法已有百余年的历史，可以通俗的理解为“一把沙子一把水”。而新的光学玻璃加工方法始于上世纪70年代，军用光学系统由白光拓展为红外及激光系统，对光学玻璃也提出了成像质量要好、体积要小、重量要轻、结构还得简单的艰巨要求。随之光学加工行业进行了大规模技术革命和创新活动，新的光学玻璃加工方法不断涌现。目前，较为普遍采用的光学玻璃加工技术主要有：数控单点金刚石加工技术、数控研磨抛光技术、光学透镜模压成型技术、光学塑料成型技术、磁流变抛光技术、电铸成型技术以及传统的研磨抛光技术等。
二、超精密加工技术基本原理
1、 数控单点金刚石加工技术
数控单点金刚石加工技术是一种非球面光学玻璃加工技术。它是在超精密数控车床上，采用天然单晶金刚石刀具，在特定的加工环境精确控制条件下，使用金刚石刀具单点车削加工出非球面光学玻璃。该技术主要用于中小尺寸红外晶体和金属材料的光学玻璃。
2、 数控研磨抛光技术
数控研磨和抛光技术是由数控精密机床将工件表面通过磨削加工成所需要的面形，之后通过柔性抛光模抛光，使工件达到技术要求的光学玻璃制造技术。该技术的原理最接近古典法光学加工技术，主要是通过机床的数字化精密控制来实现光学玻璃的精密加工。
3、 光学透镜模压成型技术
光学透镜模压成型技术是把软化的玻璃放入高精度的模具中，在加温加压和无氧的条件下直接模压成型出达到使用要求的光学玻璃。可以说光学透镜模压成型技术的普推广应用是光学玻璃零件加工技术的重大革命。此项技术对非球面玻璃零件的成本降低及产量提升有着划时代的意义。
三、 光学玻璃超精密加工技术的应用范围
1、 数控单点金刚石加工技术
目前，采用金刚石车削技术可以直接加工出达到光学表面质量要求的材料主要是有色金属、错、塑料及红外光学晶体，而对于玻璃的加工还不能达到光学表面质量要求，需要继续研磨抛光修正。数控单点金刚石加工技术的另一个主要用途是加工各种模压成型所需的精密模具。
2、 数控研磨抛光技术
数控研磨抛光技术的主要加工材料是玻璃，这正弥补了数控单点金刚石加工技术不能直接加工成品光学玻璃零件的不足。该技术主要用于加工球面、非球面光学玻璃，是代替传统古典法光学玻璃加工方法的主要技术，具有精度高，加工效率高等优点。目前，市场上该技术发展的历史比较长，成熟的设备较为全面，如德国Satisloh公司，Optotech公司和Schneider公司等推出不同类型的铳磨和抛光机床，我国也开展了大量数控技术的研究。
计算机数控研磨和抛光技术不仅在数控设备自动化和加工精度方面取得了很大的进展，各种不同抛光方法和原理的研究，极大的推动了光学非球面加工技术的发展。
3、 光学透镜模压成型技术
目前，光学透镜模压成型技术已经用来批量生产精密的球面和非球面透镜。不但能够制造常用的中等口径透镜，而且延伸到了 100微米的微型透镜阵列及50毫米的较大口径透镜，不但可以制造军、民用光学仪器中的球面和非球面光学玻璃，还可以制造光通信用的光纤耦合器用的非球面透镜等。
现在，这项先进玻璃光学玻璃制造技术还掌握在美国的康宁、Rochester Precision Optics（RPO）、Maxell,日本的OHARA （小原）、H0YA （保谷）、奥林巴斯、松下，德国的蔡司，英国的Bluebell Industries和荷兰的菲利浦等少数国外公司。
四、 光学玻璃超精密加工国内外技术进展情况
1、国外非球面零件的超精密加工技术的现状
在国际上光学加工已发展到第五代数控加工工艺，达到了高精度、高速度、高效率及专业化，已可以完成高精度非球面零件的加工，其中比较突出的是德国的光学加工技术。他们的数控加工技术不仅涵盖了从平面、棱镜、球面到非球面等各种面型的铳磨成型、抛光技术，以及配套的高精度检测技术，加工尺寸及检测范围从0>1 ~ 800mm?在非球面的加工方面尤为突出，利用先进的技工工艺可轻松完成高精度非球面的加工。非球面的加工方法有的用磨轮外缘点接触铳磨、有的使用弹性膜抛光再小磨头修正抛光的方式；工件的装夹方式有液压、真空吸附等方式。
2、我国非球面零件超精密加工技术的现状
我国超精密加工技术的研究始于80年代初，与国外有着20余年的差距。我国军工光电企业中的光学玻璃的加工技术经过多年来的发展，非球面数控加工技术在近些年也有很大发展，特别是航空航天系统应该引进了些先进的技术和设备，部分企业的技术水平有了较大提高，但兵器行业的光电企业光学加工普遍还是采用传统的工艺，非球面的加工大部分是靠手工修磨，效率极低，手修过程还易出错，可靠性差。光学玻璃透镜模压成型也仅仅停留在毛坯阶段。随着现代化的兵器装备中对大口径、高精度的非球面镜的需求不断增加，非球面加工技术的提高迫在眉睫。但由于进口非球面数控加工设备价格较高，大部分企业也只配备了少量设备，只能解决现有高端产品的非球面加工。难以在此基础上形成批量和提出新工艺。
五、结束语
目前，国并发达国家已有30余年的新型光学系统的发展历史，新型光学系统，特别是高次非球面光学系统已获得相当的发展与利用。在这一领域，国内还有相当大的差距，甚至是空白。这种情况严重地阻碍了我国高性能光学系统的发展，影响我军的装备水平。开展有关的应用基础、关键技术、系统与工程技术方面的研究具有重大的意义。超精密加工技术的发展,一改光学系统概念设计数百年停滞不前的状况，使现代光学系统的设计和制造获得了革命性的发展。解决我国现代光学系统的制造，特别是高分辨率、大口径高次非球面光学系统加工的瓶颈技术，达到和突破目前世界高分辨率大口径光学系统的实际水平，实现我国先进光学制造技术上新的台阶，具有重大的意义。