雙膠合透鏡是光學系統中不可或缺的基本光學零件之一。對于一個新設計的光學系統，首先根據性能要求對其進行外形尺寸計算，然后就得開始對各光學零部件進行初級像差設計，求解每個零部件的、C的分配值，最后根據對各個零部件的 、C要求值進行設計計算該零部件的光學參數（表面半徑R、表面間隔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”。有了系統的初始結構參數才能開始根據對系統的成像質量要求進行系統結構優化計算，最后獲得一個滿足使用要求的系統結果。

 

 

圖1.單透鏡初始數據

 

在對系統零部件根據  、C求解初始結構參數時，首先還要根據其  、C的負擔選取零部件結構形式，比如是單透鏡，還是膠合透鏡，還是多片復合透鏡?？傊詈蠖悸鋵嵉絾瓮哥R或雙膠合透鏡上，對于消色差系統，特別多的還是雙膠合透鏡上。因此，雙膠合透鏡的設計計算在光學系統初始結構設計過程中十分重要。

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。兩片玻璃通常一片是王冕玻璃，另一片是火石玻璃。往往要根據不同光學要求決定使用王冕在前還是火石在前，然后根據這一原則選擇具體玻璃牌號的配對。最后根據配對的兩片玻璃的光學參數計算該玻璃組合的 、C，反復選擇適合的玻璃組合，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。該方法至今適用。

 

在本OCAD光學系統自動設計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結構設計”菜單時，出現設計窗口如圖2。

 

 

圖2.雙膠合透鏡初始設計窗體

 

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情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。

a. 直接選擇前后組玻璃材料

 

如直接選擇前組或后組或前組和后組都直接選擇，只要分別在“前組玻璃”和“后組玻璃”下拉式菜單內選擇“按玻璃牌號”即可直接選擇玻璃材料如圖2。玻璃材料選定后窗體上會出現有該對玻璃組合的滿足設計要求的初始結構參數及對應PW實際計算結果列于表內，同時還顯示透鏡彎曲的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

 

 

圖4.雙膠合透鏡初始結構設計圖

 

對于這一結果如不滿意還可以通過滾動條移動調整透鏡色差和初級像差值。

 

b. 直接選擇前組或后組玻璃材料，另一塊材料根據玻璃庫內的玻璃材料參數優化選取

 

在選取玻璃材料配對時還可以只選擇前（后）組的一片材料，另一片由程序在該玻璃庫內所有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

 

使用曲線圖上方滾動條選擇合適的P值即可獲得和所選值接近的數組玻璃配對供選擇，如圖6。選擇后窗體上會出現有該對玻璃組合的滿足設計要求的初始結構參數及對應PW實際計算結果列于表內。

 

圖6.雙膠合透鏡玻璃配對組選擇

 

c. 前后組玻璃材料均根據玻璃庫內的玻璃材料參數優化選取

 

如對前后組玻璃材料均選擇“按玻璃參數”，程序會自動按指定的“王冕在前”或“火石在前”把所有玻璃自動配對計算出各玻璃配對P值曲線圖。在圖中移動曲線圖上方滾動條根據需要的P值點擊選擇即可顯示一組相應的玻璃配對如圖5，此時再在表內選擇一組具體配對，即可完成玻璃配對選擇。

玻璃配對完成后，就可根據系統對透鏡的要求自動計算出透鏡的  、C值以及透鏡結構參數，幷列于表中，同時還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計算后，還可以根據透鏡的  、C實際值和目標值對比，還可以利用圖面上的調節桿對透鏡進行“彎曲”調整。如果還不能滿足設計要求，還可以使用“上一步”健返回到如圖2接口重新選擇玻璃配對，以求得到滿意結果。