雙高斯照相物鏡屬于中等視場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. 雙高斯照相物鏡結構形式
該類型鏡頭結構簡單，成本低，容易滿足使用要求。目前市場上也有大量鏡頭設計專利可供選用。由于具體設計需要滿足不同設計指標，引來的專利數(shù)據(jù)不可能直接拿來就用，大部分都還需要光學設計者進行二次修改設計，利用光學軟件進行進一步優(yōu)化設計，以滿足具體設計要求。然而，也不是任何一個設計者拿來專利都可以優(yōu)化出來一個優(yōu)質照相鏡頭的，還必須了解該形式鏡頭的設計思想，各結構參數(shù)對系統(tǒng)像質的貢獻，熟練地掌握系統(tǒng)內涵才便于得心應手的處理鏡頭優(yōu)化工作。OCAD給出雙高斯照相物鏡初始設計的思路及方法就是為使設計者了解該鏡頭的設計思路及各結構單元的功能，掌握設計及優(yōu)化技巧。
由于雙高斯照相物鏡結構的對稱性，原則上所有橫向像差都能自動補償，因此在設計思路上只著眼于縱向像差的平衡設計。為此在設計過程中首先從設計其半部系統(tǒng)入手，然后再經(jīng)過鏡像處理形成雙高斯照相物鏡的全系統(tǒng)。雙高斯照相物鏡的半部系統(tǒng)在其系統(tǒng)光欄后只包括一個雙膠合透鏡和一片單透鏡組成，如圖2。
圖2. 雙高斯照相物鏡半部系統(tǒng)
初始結構設計實際上只是系統(tǒng)高斯光學設計階段。在這一階段里只考慮系統(tǒng)在滿足初級像差的要求下求解系統(tǒng)初始結構，獲取系統(tǒng)基礎結構參數(shù)，為系統(tǒng)相差平衡，優(yōu)化設計建立基礎。
在初始設計階段，把雙膠合物鏡當成一個厚透鏡，單透鏡當做一個薄透鏡處理。雙膠合的厚透鏡通常還宣稱一個等折射率無光焦透鏡。由于雙高斯物鏡在初始設計階段只考慮縱向像差的影響，具體地說，只考慮系統(tǒng)初級像差的SⅠ、SⅢ、SⅣ及CⅠ的影響。為此，其中單透鏡主要負擔平衡軸向球差SⅠ的作用，厚透鏡兩塊玻璃的選擇及光焦度分配影響系統(tǒng)色差CⅠ，透鏡厚度及光字段置影響著系統(tǒng)場曲及象散的大小。由此設計思路，系統(tǒng)結構設計步驟如下。
在設計之前，先打開設計窗口如圖3。填寫設計要求，其中包括：系統(tǒng)焦距、系統(tǒng)孔徑、視場角度以及應滿足的初級像差系數(shù)值SⅠ、SⅢ、SⅣ及CⅠ等。然后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一般是按照等折射率的匹配原則選取。
圖3. 雙高斯照相物鏡設計窗體
圖4. 優(yōu)選玻璃材料清單
選擇單透鏡玻璃材料可以在“單透鏡玻璃”下拉式菜單內直接選取，也可以通過“優(yōu)選玻璃”方式從玻璃清單里挑選，玻璃清單內列出了相應玻璃牌號的折射率等供參考，如圖4。
選擇膠合透鏡玻璃組合，首先可以有“王冕在前” 和“火石在前”的選擇，然后可以在“前組玻璃”和“后組玻璃”菜單內分別選擇，還可以利用“玻璃搭配”菜單選擇玻璃牌號、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
雙高斯照相物鏡的厚透鏡一般多選擇等折射率搭配，選定后接口顯示等折射率玻璃搭配列表如圖6�？梢詮闹羞x擇適當搭配。
圖6. 等折射率玻璃搭配列表
玻璃選擇完成接口會立即轉入外形尺寸計算狀態(tài)。
外形尺寸計算
圖7. 等折射率玻璃搭配列表
在進行半部系統(tǒng)外形尺寸計算前，必須把半部系統(tǒng)規(guī)劃成總焦距為1的系統(tǒng)。半部系統(tǒng)的外形尺寸計算主要是求解半部系統(tǒng)三片透鏡的光焦度分配和軸向光線以及軸外光線在各個面上的投射高度等資料。
在外形尺寸計算過程中，由于厚透鏡對消場曲及象散的作用，使得光線在厚透鏡的前后表面高度產(chǎn)生差異，因此盡管厚透鏡是個無光焦膠合透鏡，但由于透鏡厚度的影響，他會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響系統(tǒng)色差，膠合面的位置其實無關重要。為計算方便還可以把厚透鏡分解為兩個薄透鏡，前面是一塊光焦度為負值的薄透鏡，后面是一塊與單透鏡靠近的正薄透鏡。如圖7所示。在圖7的接口上利用“入瞳距離”及“透鏡厚度”兩個工具條可以隨意調整半部系統(tǒng)入瞳距離及透鏡厚度值。通過以上選擇，程序自動計算出半部系統(tǒng)的外形尺寸數(shù)據(jù)如圖8。
圖8. 等折射率玻璃搭配列表
半部結構設計
有了以上對半部系統(tǒng)的外形尺寸計算，點擊菜單中“半部結構”菜單程序會立即給出半部結構的結構參數(shù)及圖形，同時還計算出對應該結構參數(shù)的系統(tǒng)初級像差系數(shù)列于左側表格內，如圖9。
圖9. 半部系統(tǒng)結構參數(shù)及圖形
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