雙高(gāo)斯照相物鏡屬于中等視(shì)場(chǎng)及中等相對孔徑的典型照相物鏡，其結構形式如圖1所示。
圖1. 雙高(gāo)斯照相物鏡結構形式
該類型鏡頭結構簡單，成本低(dī)，容易滿足使用要求。目前市場(chǎng)上(shàng)也有(yǒu)大(dà)量鏡頭設計(jì)專利可(kě)供選用。由于具體(tǐ)設計(jì)需要滿足不同設計(jì)指标，引來(lái)的專利數(shù)據不可(kě)能直接拿(ná)來(lái)就用，大(dà)部分都還(hái)需要光學設計(jì)者進行(xíng)二次修改設計(jì)，利用光學軟件進行(xíng)進一步優化設計(jì)，以滿足具體(tǐ)設計(jì)要求。然而，也不是任何一個(gè)設計(jì)者拿(ná)來(lái)專利都可(kě)以優化出來(lái)一個(gè)優質照相鏡頭的，還(hái)必須了解該形式鏡頭的設計(jì)思想，各結構參數(shù)對系統像質的貢獻，熟練地掌握系統內(nèi)涵才便于得(de)心應手的處理(lǐ)鏡頭優化工作(zuò)。OCAD給出雙高(gāo)斯照相物鏡初始設計(jì)的思路及方法就是為(wèi)使設計(jì)者了解該鏡頭的設計(jì)思路及各結構單元的功能，掌握設計(jì)及優化技(jì)巧。
由于雙高(gāo)斯照相物鏡結構的對稱性，原則上(shàng)所有(yǒu)橫向像差都能自動補償，因此在設計(jì)思路上(shàng)隻着眼于縱向像差的平衡設計(jì)。為(wèi)此在設計(jì)過程中首先從設計(jì)其半部系統入手，然後再經過鏡像處理(lǐ)形成雙高(gāo)斯照相物鏡的全系統。雙高(gāo)斯照相物鏡的半部系統在其系統光欄後隻包括一個(gè)雙膠合透鏡和(hé)一片單透鏡組成，如圖2。
圖2. 雙高(gāo)斯照相物鏡半部系統
初始結構設計(jì)實際上(shàng)隻是系統高(gāo)斯光學設計(jì)階段。在這一階段裏隻考慮系統在滿足初級像差的要求下求解系統初始結構，獲取系統基礎結構參數(shù)，為(wèi)系統相差平衡，優化設計(jì)建立基礎。
在初始設計(jì)階段，把雙膠合物鏡當成一個(gè)厚透鏡，單透鏡當做(zuò)一個(gè)薄透鏡處理(lǐ)。雙膠合的厚透鏡通(tōng)常還(hái)宣稱一個(gè)等折射率無光焦透鏡。由于雙高(gāo)斯物鏡在初始設計(jì)階段隻考慮縱向像差的影(yǐng)響，具體(tǐ)地說，隻考慮系統初級像差的SⅠ、SⅢ、SⅣ及CⅠ的影(yǐng)響。為(wèi)此，其中單透鏡主要負擔平衡軸向球差SⅠ的作(zuò)用，厚透鏡兩塊玻璃的選擇及光焦度分配影(yǐng)響系統色差CⅠ，透鏡厚度及光字段置影(yǐng)響着系統場(chǎng)曲及象散的大(dà)小(xiǎo)。由此設計(jì)思路，系統結構設計(jì)步驟如下。
在設計(jì)之前，先打開(kāi)設計(jì)窗口如圖3。填寫設計(jì)要求，其中包括：系統焦距、系統孔徑、視(shì)場(chǎng)角度以及應滿足的初級像差系數(shù)值SⅠ、SⅢ、SⅣ及CⅠ等。然後按順序選擇單透鏡的玻璃材料以及雙膠合厚透鏡的玻璃組合。選擇厚透鏡的玻璃組合時(shí)一般是按照等折射率的匹配原則選取。
圖3. 雙高(gāo)斯照相物鏡設計(jì)窗體(tǐ)
圖4. 優選玻璃材料清單
選擇單透鏡玻璃材料可(kě)以在“單透鏡玻璃”下拉式菜單內(nèi)直接選取，也可(kě)以通(tōng)過“優選玻璃”方式從玻璃清單裏挑選，玻璃清單內(nèi)列出了相應玻璃牌号的折射率等供參考，如圖4。
選擇膠合透鏡玻璃組合，首先可(kě)以有(yǒu)“王冕在前” 和(hé)“火(huǒ)石在前”的選擇，然後可(kě)以在“前組玻璃”和(hé)“後組玻璃”菜單內(nèi)分别選擇，還(hái)可(kě)以利用“玻璃搭配”菜單選擇玻璃牌号、玻璃折射率、玻璃色散以及按等折射率搭配方式成組選擇。
圖5. 玻璃搭配選擇
雙高(gāo)斯照相物鏡的厚透鏡一般多(duō)選擇等折射率搭配，選定後接口顯示等折射率玻璃搭配列表如圖6。可(kě)以從中選擇适當搭配。
圖6. 等折射率玻璃搭配列表
玻璃選擇完成接口會(huì)立即轉入外形尺寸計(jì)算(suàn)狀态。
外形尺寸計(jì)算(suàn)
圖7. 等折射率玻璃搭配列表
在進行(xíng)半部系統外形尺寸計(jì)算(suàn)前，必須把半部系統規劃成總焦距為(wèi)1的系統。半部系統的外形尺寸計(jì)算(suàn)主要是求解半部系統三片透鏡的光焦度分配和(hé)軸向光線以及軸外光線在各個(gè)面上(shàng)的投射高(gāo)度等資料。
在外形尺寸計(jì)算(suàn)過程中，由于厚透鏡對消場(chǎng)曲及象散的作(zuò)用，使得(de)光線在厚透鏡的前後表面高(gāo)度産生(shēng)差異，因此盡管厚透鏡是個(gè)無光焦膠合透鏡，但(dàn)由于透鏡厚度的影(yǐng)響，他會(huì)改變單透鏡的光焦度的分配值。考慮到厚透鏡選用的是兩塊等折射率玻璃材料，膠合面的曲率直接影(yǐng)響系統色差，膠合面的位置其實無關重要。為(wèi)計(jì)算(suàn)方便還(hái)可(kě)以把厚透鏡分解為(wèi)兩個(gè)薄透鏡，前面是一塊光焦度為(wèi)負值的薄透鏡，後面是一塊與單透鏡靠近的正薄透鏡。如圖7所示。在圖7的接口上(shàng)利用“入瞳距離”及“透鏡厚度”兩個(gè)工具條可(kě)以随意調整半部系統入瞳距離及透鏡厚度值。通(tōng)過以上(shàng)選擇，程序自動計(jì)算(suàn)出半部系統的外形尺寸數(shù)據如圖8。
圖8. 等折射率玻璃搭配列表
半部結構設計(jì)
有(yǒu)了以上(shàng)對半部系統的外形尺寸計(jì)算(suàn)，點擊菜單中“半部結構”菜單程序會(huì)立即給出半部結構的結構參數(shù)及圖形，同時(shí)還(hái)計(jì)算(suàn)出對應該結構參數(shù)的系統初級像差系數(shù)列于左側表格內(nèi)，如圖9。
圖9. 半部系統結構參數(shù)及圖形
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