眼镜球面和非球面的价格差（眼镜店大肆宣传的非球面镜真的那么好吗）

现代社会，人们用眼压力越来越大，近视比例也越来越高，眼镜几乎成为了现代社会的刚性需求。

无论是在眼镜店里，还是验光中心，配过眼镜的小伙伴一定见过下面这个对比图。

眼镜店里的工作人员往往也会在推销时，把“非球面镜片”当作宣传的噱头。那么，球面镜片和非球面镜片到底差在了哪里呢？非球面镜片的好处是真的吗？

今天，小编就从光学的角度为大家分析它们的区别。

球面镜片与非球面镜片

在做具体介绍之前，小编先带大家分别了解一下球面镜片与非球面镜片。

球面镜片与非球面镜片其实并不是科学的概念，也没有标准的定义，而是商家出于宣传目的引入的名词，有点和近期火爆一时的“酵素”类似。

而在专业的光学教材中，如果不加任何解释，提到的透镜，通常是指两个表面为球面一部分的薄透镜，或者一个表面是球面，另一个表面是平面的薄透镜，恰好和商家宣传的球面镜类似。

虽然没有科学的定义，但为了方便后文的描述，我们不妨就把光学课本里的透镜称为“球面透镜”。

相对地，本文中提到的“非球面镜片”就是指透镜的内表面和外表面都不是球面的一部分，通常这种透镜的表面都是十分复杂的曲面，有较高的设计和加工难度。

经过夸张后的非球面透镜与球面透镜对比

最早被人们研究、设计和使用的透镜其实都是球面透镜。原因也很简单，这种透镜结构上更加简单，方便物理学家们计算它的相关性能。

因此，我们在光学课上学的“透镜成像规律”其实都是物理学家利用球面透镜总结而来的。这也是为什么光学课本上出现的都默认是这种透镜。

而且在工业技术不发达的年代，这种简单的构造也方便了设计师与工程人员对透镜的设计和加工工作。

被忽略的非近轴光

众所周知，眼镜是透镜的一种，一般的近视镜为凹透镜，可以使光线发散，远视镜为凸透镜，可以使光线会聚。

初中的物理课上，我们都学过透镜（指球面透镜）的成像规律。当平行光穿过凸透镜时，光线会恰好会聚到凹透镜后的焦点上。

当平行光穿过凹透镜，使光线会发散，且发散后各光线的反向延长线会恰好汇聚到凹透镜前的焦点上。

然而，中学物理老师没有讲到的是，以上规律要想成立，还必须有一个重要的条件，那就是以上所说的平行光都是“近轴光”，即入射光线都必须在光轴附近。所以，通常把中学期间学的透镜叫做理想透镜。

如果入射的平行光离光轴太远，以上规律就不再成立。因此对于球面镜片制作的眼镜而言，不管镜片多大，真正有用的部分只有最中央的一小块区域。

如果你朝着球面眼镜的边缘看，非但看不清楚物体，而且眼中的呈现的物体的形状也会发生改变，起不到矫正视力的效果。

这也是文章最开始的图片中，球面镜片下边缘部位的网格出现模糊与扭曲的原因。

不过，好消息是，人眼瞳孔的尺寸很小，眼睛可转动的范围也不大，我们完全可以忽略非近轴光的影响。

因此即便球面镜片眼镜的可用范围较小，也是足够日常使用了。“非球面镜片”的必要性其实有待商榷。

非近轴光与像差

虽然对于眼镜来说，非近轴光几乎可以忽略不计，但是它究竟会带来怎样的影响呢？这就要引入像差的概念。

像差是指受非近轴光的影响，透镜组成的光学系统无法完美成像的现象，具体包括球差、彗差、色差、像场不平等。其中，球差与彗差是影响眼镜性能的主要因素。

由于凸透镜的光路比较简单，我们不妨以球面远视眼镜的镜片为例，看看从不同位置入射的与光轴平行的平行光（正对透镜的平行光），最终会形成怎样的光路。

球差

从上面的动图我们可以看到，当近轴光平行光入射后，会完美地交于一点，这个点称为该透镜的焦点。

然而，当距离光轴比较远的非近轴光入射时，它们分别相交在了焦点的前后，无法会聚在同一个点上。

这就意味着当我们用球面透镜成像或矫正视力时，无法最终获得一个清晰的图像，无论怎么调整，图像都会存在或多或少的模糊，这便是球差。

彗差与球差类似，同样是平行光入射球面透镜后无法完美会聚在一点的现象，不过这里的平行光指的是不与光轴平行的平行光，也就是斜着入射的平行光。

彗差

正如上图所示，对于球面透镜而言，从不同位置射入透镜的平行光最终会聚到了不同的位置，离光轴较近的光线基本上可以会聚在一块较小的区域，几乎可以看作一个点，离光轴较远的光线则会聚在别处。

最后，穿过透镜的光线会在光屏上形成一个带有尖状突起的光斑，类似彗星的形状，“彗差”也因此而得名。

相机内的光学系统也是由一系列透镜组成，如果相机中选用的是球面镜，光路设计也存在缺陷的话，相机在拍摄时就会产生彗差现象。

存在彗差的星空照片

上图便是用没有消除彗差的相机拍摄的星空，可以看到星星右上角都带上了一个“小尾巴”，就好像彗星一般。

非球面镜与光学系统

好消息是，人们并不是拿这些像差没有办法，通过巧妙设计透镜前后两个表面的形状，就可以很好地调控光路，使大部分非近轴光线也能满足透镜的成像规律。

另外，采用光学性能更好的材料也有助于减小像差。

非球面镜可以减小球差

当下，随着技术的成熟与市场的开拓，非球面镜片的成本已经降到很低，并且大有取代球面镜片之势，日常生活中几乎见不到有人佩戴球面眼镜了。

不过，像差包含了许多不同的种类，而且减小不同像差的难度也不同，非球面镜也仅仅是在球差、彗差、畸变等低阶像差上有显著的削弱效果。然而，对于眼镜来说，这种修正已经绰绰有余了。

对于相机、显微镜、大型望远镜等专业的光学设备，仅仅使用非球面透镜可能依然无法满足需求，这是就需要一套精细的光学系统来修正像差。

光学系统其实就是一系列不同种类透镜的组合，通过增加透镜数量可以逐级地对非近轴光进行处理。

第二个透镜收集第一个透镜的非近轴光，减少像差；第三个透镜再收集第二个透镜的非近轴光……以此类推，一层层地减少误差。

比如下图就是某品牌鱼眼镜头的剖面图，该镜头共用了17片透镜，其中大部分是用于消除像差的。

没想到，一个小小的透镜背后竟然藏着如此大的学问。下次，小伙伴们再去眼镜店购买眼镜时，心里是不是更踏实了呢？

其实，除了镜片有球面与非球面外，眼镜的门道还很多，我们的公众号里还有一篇关于挑选眼镜的文章，感兴趣的小伙伴可以从下面的链接里查看哦。

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