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Aspheric Lens Takeover

球面レンズを非球面レンズに置き換える好機到来

 

システムのサイズや重量を低減するため、球面レンズの代わりに非球面レンズを使用

 

製造面での進歩によって、研削・研磨でより経済的な非球面レンズが製造可能に

 

複数の球面レンズから構成された複雑なシステムを1枚の非球面レンズで置き換え可能

 

システム性能を維持もしくは向上させながらコストと重量を低減

非球面レンズは、この数十年、球面収差を低減し、光学システム全体の性能を向上させるために用いられてきました。しかしながらその価格の高さゆえに、多くの用途では非常に高くつくソリューションになっていました。これが昨今の非球面の研削・研磨の進歩によって、非常にコストのかかる磁性流体研磨 (MRF) を用いることなく、サブアパーチャー研磨による高品質な非球面レンズが製作できるようになっています。システムの性能を維持もしくは向上させながら、手頃になった高品質非球面レンズ1枚で複数の球面レンズを置き換えることができるため、より軽量、より小型、よりシンプルなシステムをこれまでにない低コストで実現できるようになりました。

使用する光学素子数を削減: シンプルなシステム構成を実現

非球面レンズの主な利点の1つは、収差制御が改善される点であり、これによって光学設計者は従来の球面レンズを使用するよりも少ない数の素子で設計可能になります。例えば、複雑なレンズアッセンブリには通常10枚以上の球面レンズが用いられますが、これを同等もしくはより高い性能を維持しながら、わずか数枚の非球面で置き換えることが可能です (Figure 1)。これによって、組立工程は簡素化され、システムのサイズや重量も低減できます。素子の数が少なくなることで、光学アッセンブリ内で反射が起きる可能性のある面の数も少なくなり、光のスループットも結果的に向上します。

While aspheres may seem more complicated than spherical lenses, a single asphere can replace multiple spherical lenses in an optical assembly, leading to a simpler, more compact, and more lightweight final system
Figure 1: 非球面レンズは球面レンズよりも複雑なものに思えるが、光学アッセンブリ内の複数の球面レンズを1枚の非球面レンズで置き換えることができるため、最終システムはよりシンプル、よりコンパクト、そしてより軽量になる。

コストを削減: 非球面レンズは経済的なソリューションに

1枚の非球面レンズそのものは、一般に1枚の球面レンズよりも高価であることは否定できません。しかし、非球面レンズの製造技術における進歩によって、高性能な非球面レンズの製造コストは大幅に削減されました。以前は、非球面レンズの研削・研磨のイレギュラリティはせいぜい1λであったのに対し、球面レンズ全開口の研削・研磨ではλ/4が達成可能でした。高品質な非球面レンズを製作するには、高い精度とコントロールで選択的に材料を取り除くことが可能な決定論的表面仕上げ技術である磁性流体研磨 (MRF) が不可欠で、MRFを用いることでλ/20のイレギュラリティを達成することができました。ただ、MRFはコストが非常にかかります。現在では、非球面レンズのサブアパーチャーに対する最先端の研削・研磨を用いることで、球面レンズ全開口の研削・研磨と同程度のイレギュラリティが達成できるようになり、高品質な非球面レンズを低コストで製作できるようになっています。これによって、複数の球面レンズ素子を少ない数の非球面レンズに置き換えることがより経済的なソリューションとなり、設計に非球面レンズを組み入れる光学設計者が増えています。MRFはすべての非球面レンズの製造に必要とされるものではなくなりましたが、計測技術の感度の限界のイレギュラリティが必要な最高品質の非球面レンズには、やはりMRFが不可欠となります。

Improvements in aspheric grinding and polishing are driving the increase in optical designers swapping out multiple spherical components for a smaller amount
Figure 2: 非球面レンズの研削・研磨技術が向上したことで、複数の球面レンズをより少ない数の非球面レンズに置き換える光学設計者が増えている。.

ウェブセミナー: 製造の容易性を考慮した高品質非球面レンズの設計 (英語音声のみ)

非球面ビジネス開発マネージャーのOleg Leonov、光学エンジニアのAmy Frantzによるウェブセミナーでは、光学システムの設計に非球面レンズを使用するメリット、そして設計過程でどのような点を考慮するべきかについて解説します。

エドモンド・オプティクスで躍進する非球面レンズ

Aspheric Manufacturing Capabilities

非球面レンズの製造対応力

EOの非球面レンズの生産セルは、24時間稼働で毎月数千の非球面レンズを製造しています。600を超えるレンズデザインから成る在庫販売品、顧客仕様・図面に沿ったレンズ、あるいは完全特注の非球面デザイン、そのいずれにおいても、モールド成型、ダイヤモンドターニング、サブアパーチャー研削・研磨のいずれかを用いてニーズに合った製品をお届けします。

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MRF Technology

MRF技術

非球面サブアパーチャーの研削・研磨が進歩したとはいえ、最高品質の非球面レンズの製造にはやはり磁性流体研磨 (MRF) が必要とされます。MRFは決定論的かつコンピューター制御の加工技術で、通常、光学面の精密研磨仕上げに必要とされる手作業や勘に頼った作業の多くが不要となります。

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Metrology

計測

EOのグローバルな製造施設では、非球面レンズや他の光学部品の品質を確認するため、干渉計、プロファイロメーター、三次元測定機 (CMM) 、コンピューター生成ホログラムを始めとした幅広い計測装置を利用しています。

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よくある質問 (FAQ)

FAQ  非球面レンズが出回ってからまだそんなに経っていないのでは?最近の傾向は?
非球面レンズが登場してから既に数十年が経過していますが、非球面サブアパーチャーの研削・研磨における進歩によって非球面レンズはかつてないほど手頃な価格になりました。これによって、以前は膨大なコストがかかっていた非球面レンズを用いたソリューションが利用しやすいものとなりました。複数の球面レンズを少ない数の非球面レンズで置き換えることにより、性能は維持もしくは向上させながらシステムのサイズと重量を低減できるようになります。
FAQ  EOではどのような計測機器を実際に用いている?

EOでは、非球面レンズの製造工程において、Talysurf PGI 1240 プロファイロメーター、QED製 ASI™ 非球面スティッチング式干渉計、Zygo®製 NewView™ 白色干渉計、OptiPro製 UltraSurf 4X 100 非接触三次元測定機、TRIOPTICS製 Opticentric® 偏芯測定機、Zeiss製 Contura G2三次元測定機 (CMM)、オリンパス製 MX51 光学顕微鏡、コンピューター生成ホログラム (CGH)、ヌルレンズを始め、幅広い計測機器を利用しています。

FAQ  EOの製造公差の典型値は?

EOの製造公差の全ての数値は非球面レンズ製造のページでご覧いただけます。

FAQ   EOでは高品質非球面レンズ用に今も磁性流体研磨 (MRF) を使っている?

はい。磁性流体研磨 (MRF) は現在も最高品質の非球面レンズの製造には不可欠で、MRFを使用するとλ/20を超える精度が実現できます。

FAQ  非球面レンズにはどのような種類がある?

非球面レンズには多くの種類があり、それぞれに長所と短所があります。詳細は下の表をご参照ください。

非球面レンズの種類説明相対価格
精密非球面アクロマティックレンズ 非球面をもつ回折限界および色補正ダブレットレンズで、広帯域アプリケーション向け ¥¥¥¥
「レーザーグレード」の非球面レンズ λ/10未満の透過波面 ¥¥¥
精密研磨非球面レンズ もっとも一般的な非球面レンズで、コストと性能のバランスがよい ¥¥
ベストフォーム非球面レンズ 平凸もしくは平凹レンズの光学面を非球面に加工したレンズ ¥¥
ダイヤモンドターニング非球面レンズ 高品質なプラスティックや結晶材料から製造 ¥¥
ハイブリッド非球面アクロマティックレンズ 色収差を最小化するために成形ポリマーの回折光学面をもつ低価格版ダブレットレンズ ¥
モールド非球面レンズ 大量生産に適した低価格なプラスティックまたはガラス製レンズ ¥

参考資料

アプリケーションノート

理論的説明や公式、図解などを網羅した技術情報やアプリケーション実例です。

非球面レンズに関する全て
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EO Preferred Glass Types
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「あなた仕様」の非球面レンズがすぐに必要ですか?
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非球面アクロマティックレンズ
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映像情報

シンプルなヒントから製品のメリットを紹介するアプリケーションベースの実演までを網羅したビデオコンテンツです。

非球面レンズの製作
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Aspheric Lenses Review
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Meet Jeremy Govier: Asphere Guru
鑑賞する  

技術論文

エドモンド・オプティクスが過去に投稿した業界専門誌向けの技術論文、及びEOのエンジニアチームやマネジメントチームが作成した技術資料へのリンクです。

"The Long and the Short of It: Techniques for Measuring Aspheres" by Amy Frantz - Photonics Spectra
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"Optimizing the Design of Aspheric Lenses" by Jeremy Govier - Photonics Spectra
進む  

"Design Considerations for Aspheric Lenses" by Jeremy Govier - Photonics Spectra
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あなたが直面している光学的アプリケーションの制限因子は何でしょう? 次に解決しなければならない問題は何でしょうか? 当社に今すぐご連絡ください。当社のエンジニアチームが相談に応じ、あなたのアプリケーションの質問に対するソリューションを検討していきます。

 

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