一种新型光学镜片的构想——非均匀光学材质镜片（折射率色散率等连续渐变镜片）

风雨边城 · 发表于 2022-7-26 13:48

限于制造难度，光学镜片自发明以来基本都是采用均匀光学材质（镜片采用单一材质，具备单一的折射率和色散率），仅利用镜片的几何形状来实现对光线的操控，在解决复杂光学系统时只有采用堆镜片的方式，堆镜片一定程度上实现了多次像场校正，取得一定的效果，比如多片式APO复消色差结构，复杂目镜结构等。但是堆镜片也带来了透光率降低，体积重量增加等劣势明显的问题。

如果在制造镜片材料之前，就提前计算和仿真，根据光学系统设计需要来控制镜片在径向方向上连续变化的折射率及色散率，再配合镜片形状，以单镜片方式达到最佳的色差校正和像场校正，物镜用1片就能实现复消色差的效果，目镜用2～3片就能实现超广角全场清的效果，将会大大的减少望远镜和摄影镜头的重量和体积，摄影大炮及望远镜有望大幅缩减体积和重量。

现在的半导体芯片制造工艺技术已经足够强大和成熟，用类似技术来制造这种镜片我觉得不在话下，问题是光学行业没有足够大的市场，吸引不到社会资源的投入。期待未来有成本更低的先进制造技术来实现这个构想。

风雨边城 · 发表于 2022-7-26 14:09

半导体制造行业有一种粒子注入技术，可以应用到类似镜片制造过程，通过注入连续变化浓度的物质来获取连续变化的光学性质镜片材质

naonao-fa · 发表于 2022-7-26 15:08

本帖最后由 naonao-fa 于 2022-7-26 15:11 编辑

现在还没能做到，你说离子注入，是掺杂工艺，对硅片注入离子，不是对光学玻璃。玻璃要做到非均质理论上有可能性。但成本会奇高。

jfcheng · 发表于 2022-7-26 16:07

梯度折射率材料。

pcsms_sXd3NJfy · 发表于 2022-7-26 16:16

想要控制每一束光线的理想走行是很难的，作为目前光学玻璃等级重要参数的均质性。光学玻璃制造原理和过程，估计比光学设计实现还要难。

monk · 发表于 2022-7-26 16:32

一条较为可行的路线是：采用高精度增材制造（3D打印）技术，在材料堆叠过程中，根据需要控制不同特性材料的比例混合

ytwscc · 发表于 2022-7-26 16:56

现在光学玻璃可以论斤卖，这种通过渗透改变密度的做法，可能成本就不是一个概念了。

通过对玻璃物理形状上进行打磨，很容易批量工业化生产，这种渗透改变密度的做法恐怕对工艺设备的要求也是另一种概念了。

除非一种材料可以像胶卷曝光一样，一个均匀实体，激光在其内聚焦，焦点处能量到临界点，引起一些变化，改变折射率，用激光在里面“雕刻”出不同的折射率，但是这也涉及到很多具体的难题，比如对折射率的改变程度是否足够大？能达到像玻璃形状那样显著的对光路的修改？如果无法在同一种材料内取得悬殊的折射率对比，那光线在里面就需要足够的光程，也就是这一块玻璃可能像砖一样，体积非常大，还重。穿过的玻璃太厚，亮度可能也衰减的比较多。而且杂光干扰可能比较多，分辨率未必会很好。

还是喜欢目前的这种做法。

我也是醉了 · 发表于 2022-7-26 17:02

是不是每个光学镜片都可以做到只有目前正常的光学镜片的一半薄，同样可以达到目的呀 ?

pcsms_sXd3NJfy · 发表于 2022-7-26 18:05

你想到的光学厂都想到了，成本昂贵的特殊光学玻璃恨不得能少用就少用。

风雨边城 · 发表于 2022-7-26 18:58

naonao-fa 发表于 2022-7-26 15:08
现在还没能做到，你说离子注入，是掺杂工艺，对硅片注入离子，不是对光学玻璃。玻璃要做到非均质理论上有可 ...

所以说要等到有合适的且低成本的制造技术出现才有可能应用到光学镜片领域了

风雨边城 · 发表于 2022-7-26 18:59

jfcheng 发表于 2022-7-26 16:07
梯度折射率材料。

这也是一个思路

dxlhahah · 发表于 2022-7-26 19:00

pcsms_sXd3NJfy 发表于 2022-7-26 18:05
你想到的光学厂都想到了，成本昂贵的特殊光学玻璃恨不得能少用就少用。

不一定，比如三大就可以用了来进一步抬价。。。

董大个 · 发表于 2022-7-26 19:03

消色差必须要用到两块以上的玻璃，比如胶合，你可以把胶合看成一块镜片，还有棱镜的重量，镜身的重量，其实并没有减轻多少重量，而且这种还很难实现

风雨边城 · 发表于 2022-7-26 19:06

monk 发表于 2022-7-26 16:32
一条较为可行的路线是：采用高精度增材制造（3D打印）技术，在材料堆叠过程中，根据需要控制不同特性材料的 ...

跟我想的一样，类似3D打印，确实是一个可行路线

风雨边城 · 发表于 2022-7-26 19:07

ytwscc 发表于 2022-7-26 16:56
现在光学玻璃可以论斤卖，这种通过渗透改变密度的做法，可能成本就不是一个概念了。

通过对玻璃物理形状 ...

如果望远镜是生活必须品，人手一个，以制造半导体芯片的投入去研究改进工艺，我相信低成本制作这样的镜片早已经实现

风雨边城 · 发表于 2022-7-26 19:12

董大个发表于 2022-7-26 19:03
消色差必须要用到两块以上的玻璃，比如胶合，你可以把胶合看成一块镜片，还有棱镜的重量，镜身的重量，其实 ...

这里讨论的是如果运用空间色散率渐变来控制住色差的产生，就没有色差，也就不需要消色差了

ytwscc · 发表于 2022-7-26 20:04

风雨边城发表于 2022-7-26 19:12
这里讨论的是如果运用空间色散率渐变来控制住色差的产生，就没有色差，也就不需要消色差了

不是太理解，色差的本质，不是不同的光线频率，对同一种材料和结构的反应不同吗

也就是按道理，只要是同一种材料和结构中运行不同的光线，只要这种材料没有特殊的色差抵消处理，都会出现色差。

ytwscc · 发表于 2022-7-26 20:04

风雨边城发表于 2022-7-26 19:12
这里讨论的是如果运用空间色散率渐变来控制住色差的产生，就没有色差，也就不需要消色差了

不是太理解，色差的本质，不是不同的光线频率，对同一种材料和结构的反应不同吗

也就是按道理，只要是同一种材料和结构中运行不同的光线，只要这种材料没有特殊的色差抵消处理，都会出现色差。

8723 · 发表于 2022-7-26 20:32

为什么没有大口径牛反双筒？

坎坎伐檀兮 · 发表于 2022-7-26 20:48

按楼主的意思，这种技术产品已经有了——非球面镜片，但是目前使用面不是很广，可能有些性能达不到要求吧。

一种新型光学镜片的构想——非均匀光学材质镜片（折射率色散率等连续渐变镜片）

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