镜片吸湿行为对镜头性能的影响及改善

杨俊成; 张变; 张芳

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镜片吸湿行为对镜头性能的影响及改善

光学器件与系统设计 | 更新时间：2025-10-09

- 镜片吸湿行为对镜头性能的影响及改善
- Influence and improvement of lens hygroscopic behavior on lens performance
- 光学技术 2025年51卷第4期页码：474-478
- 作者机构：
  
  1.宁波职业技术大学阳明学院，浙江宁波 315800
  2.浙江舜宇光学有限公司，浙江宁波 315400
- 作者简介：
  
  杨俊成（1989— ），男，工程师，从事产品结构设计研究。nbuyjc@163.com
  张变（1991— ），女，工程师，从事光学系统设计研究。1520635881@qq.com
- 基金信息：
  
  宁波职业技术学院科研基金资助项目(NZ25JW001)
- DOI：
  中图分类号： TP391.41
- 收稿：2025-01-22，
  
  修回：2025-03-11，
  
  纸质出版：2025-07-20
- 稿件说明：
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杨俊成,张变,张芳.镜片吸湿行为对镜头性能的影响及改善[J].光学技术,2025,51(04):474-478.

YANG Juncheng,ZHANG Bian,ZHANG Fang.Influence and improvement of lens hygroscopic behavior on lens performance[J].OPTICAL TECHNIQUE,2025,51(04):474-478.
杨俊成,张变,张芳.镜片吸湿行为对镜头性能的影响及改善[J].光学技术,2025,51(04):474-478. DOI：

YANG Juncheng,ZHANG Bian,ZHANG Fang.Influence and improvement of lens hygroscopic behavior on lens performance[J].OPTICAL TECHNIQUE,2025,51(04):474-478. DOI：

摘要

树脂镜片的吸湿行为会导致镜头性能随时间变化的问题。在特定温湿度条件下，镜头性能处于动态变化状态，其主要原因是镜片吸水产生湿应力，导致镜片表面形状发生变化，从而影响整体光学性能。为解决这一问题，提出了两种改进方向：一是通过优化光学系统以降低对镜片面型变化的敏感度，然而对于特定光学规格，调整空间有限；二是通过缩短性能变化的时间来快速恢复系统的稳定性。为了实现后者，需要深入分析和仿真树脂镜片的吸湿行为，研究镜片结构与吸湿平衡时间之间的关系，为光学系统设计提供指导。文章首先实验测定了树脂镜片的吸水特性，结果表明温湿度显著影响吸湿速率及饱和吸水率。基于实验数据并结合菲克扩散模型，建立了树脂镜片的吸湿模型，并进行了验证。最终研究了镜片结构参数与吸湿平衡时间的关系，结果显示镜片的比表面积与吸湿平衡时间呈负相关，即比表面积越大，吸湿平衡时间越短，进而缩短镜头性能的动态变化时间。

Abstract

The moisture absorption behavior of resin lenses can cause time-dependent performance issues of the lenses.Under specific temperature and humidity conditions

the performance of the lens is in a dynamic state of change. The primary reason is that the lens absorbs moisture

generating hygroscopic stress

which causes the surface shape of the lens to deform

thereby affecting overall optical performance. To solve these problems

there are two improvement directions. Scheme one is to optimize the optical system to reduce the surface shape sensitivity

but for specific optical specifications

the adjustment space is very limited. Scheme two is to shorten the duration of the time-dependent performance and quickly restore the system's time-dependent performance. Shortening the dynamic change time requires the analysis and simulation of the moisture absorption behavior of resin lenses

and studying the relationship between the lens structure and the moisture absorption equilibrium time to provide a direction for the design of the optical system scheme. The water absorption characteristics of resin lenses fivst experimentally is tested. The results show that temperature and humidity have a significant impact on the moisture absorption rate and saturation water absorption rate. Based on the experimental data and Fick's model

a moisture absorption model of resin lenses was established and verified. Finally

the relationship between the lens structure parameters and the moisture absorption equilibrium time was studied. The results show that the specific surface area of the lens is inversely proportional to the moisture absorption equilibrium time. The larger the specific surface area

the shorter the moisture absorption equilibrium time

and the shorter the dynamic change time of the lens performance.

关键词

Keywords

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