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圖9.雙高斯照相物鏡初始結(jié)構(gòu) 圖10.雙高斯照相物鏡初始結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表 圖11.雙高斯照相物鏡初始結(jié)構(gòu)示意圖至此即告完成雙高斯照相物鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全部工作。接著就是利用各種不同手段進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際像差優(yōu)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)實(shí)際像差設(shè)計(jì)優(yōu)化的最終結(jié)果如圖12。 圖12.雙高斯照相物鏡最終設(shè)計(jì)結(jié)果

由于雙高斯照相物鏡結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，原則上所有橫向像差都能自動(dòng)補(bǔ)償，因此在設(shè)計(jì)思路上只著眼于縱向像差的平衡設(shè)計(jì)。為此在設(shè)計(jì)過(guò)程中首先從設(shè)計(jì)其半部系統(tǒng)入手，然后再經(jīng)過(guò)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(gè)雙膠合透鏡和一片單透鏡組成，如圖2。

雙高斯照相物鏡屬于中等視場(chǎng)及中等相對(duì)孔徑的典型照相物鏡，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。 由于雙高斯照相物鏡結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，原則上所有橫向像差都能自動(dòng)補(bǔ)償，因此在設(shè)計(jì)思路上只著眼于縱向像差的平衡設(shè)計(jì)。為此在設(shè)計(jì)過(guò)程中首先從設(shè)計(jì)其半部系統(tǒng)入手，然后再經(jīng)過(guò)鏡像處理形成雙高斯照相物鏡的全系統(tǒng)。

由于雙高斯照相物鏡結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，原則上所有橫向像差都能自動(dòng)補(bǔ)償，因此在設(shè)計(jì)思路上只著眼于縱向像差的平衡設(shè)計(jì)。為此在設(shè)計(jì)過(guò)程中首先從設(shè)計(jì)其半部系統(tǒng)入手，然后再經(jīng)過(guò)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(gè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際上只是系統(tǒng)高斯光學(xué)設(shè)計(jì)階段。

完成之后，再按“下一步”，可以完成整個(gè)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖6.會(huì)聚光路中打入式自動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下。圖7.會(huì)聚光路中打入式自動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)B) 平行光路中打入型變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)正如上面所說(shuō)，有些光學(xué)系統(tǒng)出于結(jié)構(gòu)需要，可能在物鏡后面塞得很滿沒有空間安排打入式變焦活動(dòng)組，此時(shí)可以在物鏡（變焦固定組）前安排活動(dòng)組。

應(yīng)用場(chǎng)景 雙高斯照相物鏡廣泛應(yīng)用于單反相機(jī)、工業(yè)檢測(cè)相機(jī)、安防監(jiān)控設(shè)備與專業(yè)攝影器材中，用于實(shí)現(xiàn)大相對(duì)孔徑成像、寬光譜色差校正以及優(yōu)異的離軸像質(zhì)還原。其具有對(duì)稱光學(xué)結(jié)構(gòu)、低畸變率、高分辨率表現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于對(duì)成像清晰度與色彩真實(shí)性要求較高的各類攝影光學(xué)系統(tǒng)。

以上信息填寫完畢，點(diǎn)擊確定按鈕“√”程序會(huì)立即自動(dòng)計(jì)算出光楔的角度值完成設(shè)計(jì)。圖2就是這的設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)像面誤差曲線圖供誤差分析參考。 為實(shí)現(xiàn)雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)，可以在主窗口界面環(huán)境下利用“編輯”中的“系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)”菜單窗體內(nèi)選擇“掃描系統(tǒng)”的“雙光楔掃描方式”出現(xiàn)設(shè)計(jì)窗體如圖1。

以上信息填寫完畢，點(diǎn)擊確定按鈕“√”程序會(huì)立即自動(dòng)計(jì)算出光楔的角度值完成設(shè)計(jì)。圖2就是這的設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為雙光楔一維線性掃描系統(tǒng)像面誤差曲線圖供誤差分析參考。

案例說(shuō)明 雙高斯照相物鏡廣泛應(yīng)用于單反相機(jī)、工業(yè)檢測(cè)相機(jī)、安防監(jiān)控設(shè)備與專業(yè)攝影器材中，用于實(shí)現(xiàn)大相對(duì)孔徑成像、寬光譜色差校正以及優(yōu)異的離軸像質(zhì)還原。其具有對(duì)稱光學(xué)結(jié)構(gòu)、低畸變率、高分辨率表現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于對(duì)成像清晰度與色彩真實(shí)性要求較高的各類攝影光學(xué)系統(tǒng)。

此種掃描可以用于各種深度探測(cè)或深度打孔方面的應(yīng)用。根據(jù)在不同深度上平面掃描的面積不同，可以實(shí)現(xiàn)筒形、錐形和倒錐形掃描。圖7.雙光楔三維立體深度掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖在掃描過(guò)程由于掃描前端面對(duì)掃描光線的遮擋，特別是對(duì)倒錐形激光打孔時(shí)，必須注意對(duì)掃描光線岀瞳位置的控制。為此往往還需要使用一對(duì)補(bǔ)償光楔動(dòng)態(tài)控制光線岀瞳位置。補(bǔ)償方式有如圖8所列供選擇。

構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)計(jì)階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)為起點(diǎn)。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。在選擇“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元初始設(shè)計(jì)”的菜單后出現(xiàn)的小窗體內(nèi)有一個(gè)書簽式選項(xiàng)選擇上述五種透鏡的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，如圖1所示。

這些指標(biāo)為后續(xù)光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化提供了明確的性能邊界，確保設(shè)計(jì)方案兼具科學(xué)性與實(shí)用性。基于ZEMAX仿真優(yōu)化該設(shè)計(jì)全程采用ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模、優(yōu)化與性能分析，通過(guò)分階段設(shè)計(jì)、逐步迭代的方式，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)性能的極致提升。1）物鏡前組設(shè)計(jì)與優(yōu)化前組透鏡采用雙膠合透鏡結(jié)構(gòu)，具有焦長(zhǎng)短、放大率大、成像質(zhì)量好的特點(diǎn)，適合與后組透鏡高效耦合。

一般情況下，整個(gè)活動(dòng)組固聯(lián)在一起運(yùn)動(dòng)，但有時(shí)出于結(jié)構(gòu)的需要，比如中間插入有反射棱鏡，活動(dòng)組的兩部分分別在反射棱鏡的一前一后排列也可以。 打入（出）型斷續(xù)變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在不需要連續(xù)變焦時(shí)一般采用這種結(jié)構(gòu)形式。在活動(dòng)組打出時(shí)使用固定組，系統(tǒng)焦點(diǎn)位置穩(wěn)定，瞄準(zhǔn)精度高。打入（出）型變焦系統(tǒng)的活動(dòng)組可以在前，相當(dāng)于一個(gè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)，便于設(shè)計(jì)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸長(zhǎng)。

構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)計(jì)階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)為起點(diǎn)。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。

構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)計(jì)階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)為起點(diǎn)。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。

構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)計(jì)階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)為起點(diǎn)。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。

完成之后，再按“下一步”，可以完成整個(gè)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖6.會(huì)聚光路中打入式自動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程界面系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下。圖7.會(huì)聚光路中打入式自動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)表有些系統(tǒng)出于系統(tǒng)光軸折轉(zhuǎn)或其他需要，在系統(tǒng)內(nèi)往往帶有反射棱鏡的結(jié)構(gòu)元素占用了系統(tǒng)物鏡（前固定組）的空間。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)打入式斷續(xù)變焦，只好把可打入的變焦活動(dòng)組的兩組鏡頭分布于反射棱鏡的前后排列。

① 簡(jiǎn)單系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于一般的光學(xué)系統(tǒng)，各組元結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，或只使用單透鏡、雙膠合透鏡以及單透鏡與膠合透鏡的組合就可滿足要求。這是就在“機(jī)械補(bǔ)償變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的界面內(nèi)，OCAD就可以自動(dòng)利用程序中“單透鏡及膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的功能依次自動(dòng)設(shè)計(jì)完成。這是需要在當(dāng)前窗體內(nèi)繼續(xù)點(diǎn)擊“下一步”，就會(huì)出現(xiàn)如下界面。

① 簡(jiǎn)單系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于一般的光學(xué)系統(tǒng)，各組元結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，或只使用單透鏡、雙膠合透鏡以及單透鏡與膠合透鏡的組合就可滿足要求。這是就在“機(jī)械補(bǔ)償變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的界面內(nèi)，OCAD就可以自動(dòng)利用程序中“單透鏡及膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的功能依次自動(dòng)設(shè)計(jì)完成。這是需要在當(dāng)前窗體內(nèi)繼續(xù)點(diǎn)擊“下一步”，就會(huì)出現(xiàn)如下界面。

為了實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的變焦功能，可以分成三組分、四組分五組以及二組分幾種結(jié)構(gòu)形式，其中四組分還可以分成一般四組分和雙軸聯(lián)動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)形式，由于四組分雙軸聯(lián)動(dòng)式系統(tǒng)變焦組運(yùn)動(dòng)曲線比較平緩，在系統(tǒng)像面偏心允許的情況下，還可以簡(jiǎn)化為四組元線性雙組聯(lián)動(dòng)變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。