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球面和非球面的镜片 不仅仅是针对眼镜(包括隐形眼镜)的镜片而言,他也是针对各种相机,显微镜等上面的镜头而言的(比如我们手机的摄像头也是有球面和非球面的)

 

今天我们主要来讲讲眼镜镜片一块的球面和非球面镜片的知识,二者在几何形状上的区别也决定了他们在平行的入射光上的折射方向产生差异从而影响其成像效果的好坏。

 

  1. 球面和非球面的区别内容(也就是成像质量)

 

球面镜片,其镜片呈球面的弧度,其横切面亦呈弧状。当不同波长的光线,以平行光轴入射后镜片上不同的位置时,在菲林平面(与镜片中心和镜片焦点联机相垂直的、通过焦点的平面)上不能聚焦成一点,而形成像差的问题,影响影像的质素,例如出现清晰度下降和变形等现象。一般普通镜头是采用球面镜片组成的。

为解决这一成像问题,可以透过在镜身内增加镜片以作为对像差的矫正,但此举可能会引起反效果,进一步削弱影像质素,因为额外的镜片,除增加光线在镜身内反射的机会,引起耀光现象外,亦会增加镜头的体积和重量。

 

球面镜片,其镜片并非呈球面的弧度,而是镜片边缘部份被「削」去少许,其横切面呈平面状。当光线入射到非球面镜面时,光线能够聚焦于一点,亦即菲林平面上,以消除各种象差

 

请看下图对比

首先是管的折射情况,左边是球面镜,光从不同方向透过镜片虽然也会大部分聚焦在一个焦点上,但是有部分光线(尤其边缘)他们的折射情况就会产生变化从而导致图像阴影或者变形

而非球面可以大大减少这种色差和变形将光折射在同一焦点。

 

再看下面的对比

从看物体上的变化,球面会有失真和扭曲的情况,镜片也厚

而非球面的 失真和扭曲以及阴影度也小。镜片也会更薄。

然后我们看一下实拍的成品镜片图如下。

球面边缘明显的扭曲。

  1. 球面和非球面设计时候接触眼球的面积也不一样

球面镜片的设计不能完全适应眼球的异曲同工性,导致镜片与眼睛的接触面积较小,可能会使得镜片较容易滑落,同时也更容易出现光学畸变。

非球面镜片的设计较为复杂,可以适应眼睛异曲同工的需求。非球面镜片的曲面几乎贴合眼球表面,接触面积更大,可以使得镜片更加紧贴眼球,并且可以减少光学畸变的产生。此外,蔡司非球面镜片可以根据不同的度数,控制曲面的形状和在眼睛表面的接触面积,从而更有效地提高佩戴时的舒适性和视觉效果

 

如下图

左边是球面设计 又边是非球面设计的镜片,可以明显看出同一近视度数下 非球面在眼睛表面的接触面积更大。

 

  1. 球面镜片的痛点

市面上大部分号称是非球面镜片的有很多,仅仅是做轻薄一点而已,并不能改善周边成像效果。并不是真正意义上的非球面设计片球面镜片,仅仅只考虑矫正低阶像差近视、远视、散光,而根本不管佩戴者是否舒适、清晰成像范围是否大,高阶像差也是完全不知道优化。仅仅是做轻薄,让它看起来像非球面设计罢了

 

所以让我们来看下非球面镜片,到底解决了球面镜片高阶像差上的哪些痛点。如下图。

 

球差:入射到球面镜片的光波折射也就是我们刚说的第一点的成像质量。

彗差:由离轴光通量引起如下图

色差:如下图

像散:如下图

场曲:如下图

畸变:如下图

所以非球面镜片就是解决了这些问题,很多人在带球面镜的时候,感觉白天能清晰,晚上就会模糊 的原因就是球面镜没解决这些高阶像差的问题,因为白天光线亮,人的瞳距是小瞳状态,像差影响小。晚上光线暗,人是大瞳状态,像差的影响就比较大了。

 

 

  1. 球面非球面总结来说几点通俗易懂的差异

非球面镜片和球面镜片主要有4点不同

1、设计不同 球面镜片:镜片采用球面设计,导致像差和变形增大,会出现明显的影像不清、视觉歪曲,视野狭小等不良现象。 非球面镜片:镜片采用非球面的设计,修正了影像不清,视觉弯曲的问题,并且使得镜片更轻,更薄,更平。且依旧保持着优异的抗冲击性能,佩戴者能够安全使用。

2、适用人群不同 球面镜片:轻度近视,一般是在200度以下的。 非球面镜片:超过200度的,以及有散光的人,选择非球面设计的镜片配戴效果会更好。

3、配戴效果不同 球面镜片:因为球面镜片不能消除像差,导致镜片的度数越高,那么配戴后视觉体验也就越差。 非球面镜片:正是可以很好地减少事物变形,所以看景和看人都会更清晰,并且眼镜也不易疲劳,外观美观,减少了镜片的像差,可以获得更加舒适视野体验。

4、外观不同 球面镜片:球面镜片的度数越高的话,那么外观看起来也就越差。 非球面镜片:更为美观,在相同的材质和度数下,非球面的比球面的镜片要更平,更薄。