雙膠合透鏡是光學系統中不可(kě)或缺的基本光學零件之一。對于一個(gè)新設計(jì)的光學系統，首先根據性能要求對其進行(xíng)外形尺寸計(jì)算(suàn)，然後就得(de)開(kāi)始對各光學零部件進行(xíng)初級像差設計(jì)，求解每個(gè)零部件的  、C的分配值，最後根據對各個(gè)零部件的 、C要求值進行(xíng)設計(jì)計(jì)算(suàn)該零部件的光學參數(shù)（表面半徑R、表面間(jiān)隔D以及其玻璃材料）。這一整套過程就是光學系統的“初始結構設計(jì)”。有(yǒu)了系統的初始結構參數(shù)才能開(kāi)始根據對系統的成像質量要求進行(xíng)系統結構優化計(jì)算(suàn)，最後獲得(de)一個(gè)滿足使用要求的系統結果。
圖1.單透鏡初始數(shù)據
在對系統零部件根據 、C求解初始結構參數(shù)時(shí)，首先還(hái)要根據其 、C的負擔選取零部件結構形式，比如是單透鏡，還(hái)是膠合透鏡，還(hái)是多(duō)片複合透鏡。總之，最後都落實到單透鏡或雙膠合透鏡上(shàng)，對于消色差系統，特别多(duō)的還(hái)是雙膠合透鏡上(shàng)。因此，雙膠合透鏡的設計(jì)計(jì)算(suàn)在光學系統初始結構設計(jì)過程中十分重要。
雙膠合透鏡是由兩片不同光學材料的膠合在一起的光學透鏡結構形式。兩片玻璃通(tōng)常一片是王冕玻璃，另一片是火(huǒ)石玻璃。往往要根據不同光學要求決定使用王冕在前還(hái)是火(huǒ)石在前，然後根據這一原則選擇具體(tǐ)玻璃牌号的配對。最後根據配對的兩片玻璃的光學參數(shù)計(jì)算(suàn)該玻璃組合的 、C，反複選擇适合的玻璃組合，求取其 、C，看是否滿足系統對其 、C值的要求。這就是經典的 、 求解法。該方法至今适用。
在本OCAD光學系統自動設計(jì)軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結構設計(jì)”菜單時(shí)，出現設計(jì)窗口如圖2。
圖2.雙膠合透鏡初始設計(jì)窗體(tǐ)
在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統對該透鏡的 、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據系統結構具體(tǐ)情況決定玻璃組合形式是王冕在前還(hái)是火(huǒ)石在前。然後是選擇具體(tǐ)玻璃配對。在選擇玻璃配對時(shí)有(yǒu)三種方式。
a. 直接選擇前後組玻璃材料
如直接選擇前組或後組或前組和(hé)後組都直接選擇，隻要分别在“前組玻璃”和(hé)“後組玻璃”下拉式菜單內(nèi)選擇“按玻璃牌号”即可(kě)直接選擇玻璃材料如圖2。玻璃材料選定後窗體(tǐ)上(shàng)會(huì)出現有(yǒu)該對玻璃組合的滿足設計(jì)要求的初始結構參數(shù)及對應PW實際計(jì)算(suàn)結果列于表內(nèi)，同時(shí)還(hái)顯示透鏡彎曲的PW值變化曲線圖如圖4所示。
圖3.雙膠合透鏡玻璃選擇窗體(tǐ)
圖4.雙膠合透鏡初始結構設計(jì)圖
對于這一結果如不滿意還(hái)可(kě)以通(tōng)過滾動條移動調整透鏡色差和(hé)初級像差值。
b. 直接選擇前組或後組玻璃材料，另一塊材料根據玻璃庫內(nèi)的玻璃材料參數(shù)優化選取
在選取玻璃材料配對時(shí)還(hái)可(kě)以隻選擇前（後）組的一片材料，另一片由程序在該玻璃庫內(nèi)所有(yǒu)材料依次配對幷給出相應PW值變化曲線圖供選擇，如圖5。
圖5.雙膠合透鏡玻璃配對曲線圖
使用曲線圖上(shàng)方滾動條選擇合适的P值即可(kě)獲得(de)和(hé)所選值接近的數(shù)組玻璃配對供選擇，如圖6。選擇後窗體(tǐ)上(shàng)會(huì)出現有(yǒu)該對玻璃組合的滿足設計(jì)要求的初始結構參數(shù)及對應PW實際計(jì)算(suàn)結果列于表內(nèi)。
圖6.雙膠合透鏡玻璃配對組選擇
c. 前後組玻璃材料均根據玻璃庫內(nèi)的玻璃材料參數(shù)優化選取
如對前後組玻璃材料均選擇“按玻璃參數(shù)”，程序會(huì)自動按指定的“王冕在前”或“火(huǒ)石在前”把所有(yǒu)玻璃自動配對計(jì)算(suàn)出各玻璃配對P值曲線圖。在圖中移動曲線圖上(shàng)方滾動條根據需要的P值點擊選擇即可(kě)顯示一組相應的玻璃配對如圖5，此時(shí)再在表內(nèi)選擇一組具體(tǐ)配對，即可(kě)完成玻璃配對選擇。
玻璃配對完成後，就可(kě)根據系統對透鏡的要求自動計(jì)算(suàn)出透鏡的 、C值以及透鏡結構參數(shù)，幷列于表中，同時(shí)還(hái)顯示出透鏡的結構示意圖，如圖3。
雙膠合透鏡初始結構參數(shù)計(jì)算(suàn)後，還(hái)可(kě)以根據透鏡的 、C實際值和(hé)目标值對比，還(hái)可(kě)以利用圖面上(shàng)的調節杆對透鏡進行(xíng)“彎曲”調整。如果還(hái)不能滿足設計(jì)要求，還(hái)可(kě)以使用“上(shàng)一步”健返回到如圖2接口重新選擇玻璃配對，以求得(de)到滿意結果。 |
