為什麼使用消色差透鏡？

剖析消色差透鏡

消色差透鏡是由正低折射率（冕牌）和負高折射率（燧石）這兩種光學元件膠合而成的透鏡。與僅包含單片玻璃的單片透鏡相比，雙片透鏡的雙合設計能夠為使用者提供較多的空間設計，並進一步優化透鏡性能。因此，相較於相等直徑和焦距的單片透鏡，消色差透鏡的優勢更為明顯。

消色差透鏡配有各種類型的配置，最常見的是正消色差透鏡、負消色差透鏡、三膠合消色差透鏡以及非球面消色差透鏡。要注意的是，消色差透鏡可以是雙膠合（雙透鏡）或三膠合（三透鏡），且透鏡數量與透鏡修正的光線數量無關。換言之，雙膠合透鏡設計或三膠合透鏡設計的消色差透鏡在可見光範圍內均可校正紅光和藍光。請參閱圖1至圖4，瞭解各類型的消色差透鏡。

圖 1：正消色差透鏡

圖 2：負消色差透鏡

圖 3：三膠合

圖 4：非球面

探索非球面消色差透鏡

愛特蒙特光學推出一項集提供卓越影像質量的非球面透鏡與具備精密顏色校正的消色差透鏡於一體的嶄新技術。非球面消色差透鏡是極具成本效益的透鏡，具有卓越的色差和球差校正功能，價格經濟實惠且滿足光學與視覺系統嚴苛的成像要求。經非球面消色差透鏡使用在中繼系統、聚光鏡系統、高數值孔徑成像系統和擴束鏡的透鏡設計能夠得以改善。圖5和圖6對消色差透鏡和非球面消色差透鏡進行了比較。圖5顯示 #45-209 直徑為12.5mm和焦距為14mm的TECHSPEC®消色差透鏡的調製傳遞函數（MTF）和橫向光線扇形色差圖，圖6則顯示#49-658 直徑為12.5mm和焦距為14mm的TECHSPEC®非球面消色差透鏡的調製傳遞函數和橫向光線扇形色差圖。如圖所示，非球面消色差透鏡的解析度表現比消色差透鏡出眾。

圖 5：消色差透鏡的MTF和橫向光線扇形色差圖

圖 6：非球面消色差透鏡的MTF和橫向光線扇形色差圖

非球面消色差透鏡是由與光敏聚合物膠合的玻璃光學透鏡製作而成。該光敏聚合物僅用於雙合透鏡的其中一面，且在短時間內可輕鬆複製，同時能夠提供與特定多元件相同的靈活性。與玻璃元件不同的是，非球面消色差透鏡的工作溫度範圍較小，在20°C和80°C之間。此溫度範圍限制了非球面消色差透鏡面使用抗反射膜的可能性。此外，非球面消色差透鏡的材料阻隔了深UV的穿透，因此透鏡不適用於部分應用。雖然此透鏡不具備抗刮痕能力，但極具成本效益且替換方便。因此，此透鏡仍極具優勢。圖7為非球面消色差透鏡的製作過程。

採用金剛石磨砂非球面模造和消色差透鏡

注入光敏聚合物

消色差透鏡壓縮和UV固化

非球面消色差透鏡完成

圖 7：非球面消色差透鏡的製作

非球面消色差透鏡的製作

改善多色光成像

消色差透鏡遠遠優於簡單的多色「白光源」成像透鏡。消色差透鏡（字面意思是「不帶色彩的透鏡」）的兩個組成元件相結合，可校正玻璃固有的色差。因能夠消除難以解決的色差問題，消色差透鏡在多色光照明和成像方面極具成本效益。請參閱圖8關於此概念的說明。

圖 8：平凸透鏡和消色差透鏡所產生的多色光成像比較

校正球差和軸上彗差

球差和彗差的校正自由度使得透鏡能夠在較大的孔徑實現更好的軸上性能。與簡單透鏡相比，消色差透鏡在不會減少通光孔徑的情況下，能夠一致地提供尺寸較小的光斑以及更出眾的成像質量。圖9顯示了消色差透鏡如何校正軸向物體的縱向色差和球差。圖10顯示了雙凸透鏡如何像稜鏡般將白光源分開，藍色光線比紅色光線更集中。圖11顯示了雙凸透鏡的球面像差如何校正不足。球差（SA）會因f/#的不同而有所變化，也會因小孔徑而減少。

圖 9：消色差透鏡

圖10：縱向色差

圖 11：球差

成像更清晰以及更出眾的光通量

由於消色差透鏡的軸上性能不會因使用較大的通光孔徑而降低，因此「縮小」光學系統的體積是不必要的。「縮小」孔徑指的是將透鏡的孔徑縮小，例如通過針孔或光圈，以提高透鏡的整體性能。透過充分利用整個通光孔徑，消色差透鏡和消色差透鏡系統會比使用單片透鏡的同等系統獲得更快的速度、更佳的性能、以及更強大的功能。