同心透鏡是物理學中一類折射面曲率中心相互重合的光學元件，其特性在2019年《物理學名詞》第三版中被正式定義。該透鏡憑藉系統性對稱強、像差校正能力突出等特點，適用於大視場角光學系統開發領域。2024年中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究團隊基於該結構設計的超廣角手機鏡頭，驗證了其在小型化高像質設備中的工業套用潛力。
基本介紹
- 所屬學科：物理學
- 提出時間：2019年
- 核心特性：曲率中心重合
- 套用領域：光學系統設計
- 結構優勢：像差校正強
基本特性,套用實例,技術挑戰,發展前景,
基本特性
同心透鏡的核心特徵在於其折射面的曲率中心相互重合，這一幾何特性使得光學系統具有更高的對稱性。相較於傳統透鏡結構，該設計能有效降低離軸像差，特別是對場曲和畸變的校正能力較強，適用於構建大視場角的光學系統。
2024年的實驗研究表明，採用同心透鏡結構的系統能夠實現100°視場角成像，且在223lp/mm奈奎斯特頻率下保持全視場調製傳遞函式（MTF）值高於0.50。這種特性使其在需要寬視角的成像設備中展現獨特優勢。
套用實例
中國科學院長春光學精密機械與物理研究所聯合長春理工大學團隊於2024年公布了基於同心透鏡的手機鏡頭設計成果。該原型產品由4片同心透鏡構成，具備以下技術參數：
- 焦距3.3mm
- F數1.83
- 總長度5.18mm
- 成像解析度1300萬像素
- 彌散斑半徑小於2.3μm
- 相對照度值不低於0.65
在223lp/mm奈奎斯特頻率下，0.7視場的調製傳遞函式（MTF）值大於0.58，全視場MTF值高於0.50；在446lp/mm更高頻率測試中，0.7視場MTF值仍能達到0.30以上，全視場MTF值超過0.17，證明其在小型化設備中保持高像質的能力。這一研究成果為手機鏡頭等消費電子產品提供了新型光學解決方案。
技術挑戰
儘管同心透鏡具備顯著的像差校正優勢，但受其曲面像面特性限制，實際套用需配合曲面感測器技術。研究團隊指出，同心透鏡因其折射面曲率中心重合、系統對稱性及像差校正特性，適用於大視場光學系統，但因曲面像面限制需結合曲面感測器技術。
發展前景
基於2024年的實驗數據，同心透鏡結構在維持光學系統緊湊性的同時，可突破傳統平面像場設計對視角擴展的限制。研究團隊特彆強調，其在手機鏡頭領域已達到工業套用的技術指標要求。
