物理光學(xué)工程中的光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)及使用

郭躍武

【摘 ?要】隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，使得當(dāng)前人們對(duì)于鏡頭設(shè)計(jì)方面的要求得到了極大的提升，從實(shí)際情況分析可知，對(duì)于所有的光學(xué)鏡頭，無論該鏡頭是新鏡頭還是較為老舊的鏡頭，都可以通過鏡頭描述的方式對(duì)其鏡片數(shù)量以及比例角度等進(jìn)行描述，同時(shí)還能表述鏡頭的鏡片直徑以及不同鏡片之間的距離等，當(dāng)外界的光線穿過鏡頭的時(shí)候，由于玻璃材質(zhì)的折射作用，因此使得光線會(huì)出現(xiàn)一定的折射，折射的角度等知識(shí)與初中所學(xué)習(xí)的東西相同，也就是說，光線的折射量與比例的折射率之間存在著直接的聯(lián)系。筆者主要根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)的理論分析對(duì)當(dāng)前物理光學(xué)工程中的光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)及使用進(jìn)行一定的分析，希望能夠?yàn)楹笃诘难芯空咛峁┮欢ǖ膮⒖肌?/p>

【關(guān)鍵詞】光學(xué)工程;光學(xué)鏡頭;設(shè)計(jì);應(yīng)用

引言

鏡頭的主要材質(zhì)是玻璃，不同鏡頭之間質(zhì)量的額差距不僅表現(xiàn)在其所使用的材質(zhì)方面，更多的是從其光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)方面得到體現(xiàn)，當(dāng)在對(duì)光學(xué)鏡頭進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中能夠提前知道外界光線入射到鏡頭中的確切的位置，同時(shí)對(duì)光線的入射角度能夠有一定的預(yù)知，就可以在設(shè)計(jì)的過程中經(jīng)過一定的詳細(xì)設(shè)計(jì)對(duì)其光路進(jìn)行追蹤，相關(guān)的理論都能夠利用一定的三角函數(shù)等數(shù)學(xué)以及物理知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，而通過這種設(shè)計(jì)就能夠使得其實(shí)際的鏡頭質(zhì)量得到較大的提升。

1、光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)原理

在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，為了使得其實(shí)際的設(shè)計(jì)效果更好，相關(guān)的光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該首先對(duì)鏡頭的使用需求進(jìn)行詳細(xì)的了解，并且通過其用途對(duì)其設(shè)計(jì)效果進(jìn)行了解，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該對(duì)其鏡頭所需要的焦距以及孔徑等于光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)有一定的了解，同時(shí)還需要對(duì)分辨率以及光學(xué)傳遞函數(shù)等光學(xué)專有的參數(shù)有一定的了解。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該從光軸上對(duì)某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行追蹤。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該所有的物象點(diǎn)都會(huì)在膠片上形成響應(yīng)的點(diǎn)，因此相關(guān)的光線都會(huì)在相同的位置出現(xiàn)。需要注意的是，光線的組成是由不同的波長(zhǎng)以及顏色光所組成的，并且不同的光線所形成的光學(xué)路徑都存在著極為明顯的差別。由于鏡頭本身就是一個(gè)存在一定雜質(zhì)率的材料，因此即使是理想光線在經(jīng)過鏡頭的過程中也會(huì)被鏡頭造成一定的干擾。在對(duì)光學(xué)鏡頭進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的最為主要的要素就是對(duì)上述的成象差別進(jìn)行了解。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，通過詳細(xì)的三角函數(shù)的計(jì)算就能夠使得其實(shí)際的相差得到一定的控制，提升光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)質(zhì)量，光學(xué)件鏡頭在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該考慮到現(xiàn)實(shí)的偏移量，而這兩者在實(shí)際中也被稱為是光學(xué)的路徑，主要使用在對(duì)相差的控制方面。常用的像差包含球面像差以及失光。

根據(jù)筆者的調(diào)查可知，在上世紀(jì)三十年代，雖然光學(xué)設(shè)計(jì)人員對(duì)像差進(jìn)行了一定的量化，但是控制像差仍然是光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)過程中面臨的十分重要的難題，對(duì)于光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)人員來說，也是設(shè)計(jì)工程中的主要困惱其設(shè)計(jì)的因素。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行調(diào)整的過程中就需要對(duì)其像差所產(chǎn)生的影響有詳細(xì)的了解。在進(jìn)行光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)的過程中，鏡頭鏡片的增多就使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)方面更加自由，在進(jìn)行鏡片設(shè)計(jì)的過程中，很多鏡片都需要經(jīng)過表面的處理，因此在這個(gè)過程中也能幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)其實(shí)際的像差控制更加精準(zhǔn)。目前對(duì)于鏡頭的光學(xué)設(shè)計(jì)的要求也得到了較大的提升。為了使得其實(shí)際的設(shè)計(jì)質(zhì)量得到較大的提升，因此光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)人員已經(jīng)采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這將在某種程度上對(duì)大大的提升其光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2、提升光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)與使用結(jié)合

光學(xué)鏡頭的使用于多個(gè)方面有著極大的關(guān)系，例如前期設(shè)計(jì)以及后期使用等，兩者之間關(guān)系十分緊密。在進(jìn)行光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該更加深入的對(duì)其實(shí)際使用情況進(jìn)行分析以及調(diào)研，根據(jù)使用的要求來指導(dǎo)其實(shí)際的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該多與使用人員進(jìn)行溝通，這將幫助設(shè)計(jì)人員真正的站在使用人員的角度進(jìn)行光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)。在溝通的過程中，通過不斷的對(duì)使用人員的要求進(jìn)行分析，就能夠及時(shí)的將用戶的使用要求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)指標(biāo)，通過一定的設(shè)計(jì)手段使得用戶的需求得到滿足。只有設(shè)計(jì)人員真正的了解了使用的需求之后，才能真正的從設(shè)計(jì)的角度對(duì)其進(jìn)行完善，并且根據(jù)照相差的設(shè)計(jì)原則對(duì)其相關(guān)的方案進(jìn)行平衡，幫助使得其設(shè)計(jì)的結(jié)果更加符合客戶的妖氣。在對(duì)光學(xué)鏡頭的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)得到過程中，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，使得其光學(xué)產(chǎn)品制造能夠通過多種的檢驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢查，并且使得其實(shí)際的效果更好。一般來說，通過實(shí)際的使用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)是十分必要的。站在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行分析可知，整個(gè)光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)的質(zhì)量評(píng)價(jià)往往并沒有采用當(dāng)前最為前沿的科技，而是設(shè)計(jì)人員能夠在最低的成本條件下使得用戶的需求能夠得到滿足。而在對(duì)其設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析的過程中，其實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)該真正的滿足用戶的需求，設(shè)計(jì)結(jié)果體現(xiàn)使用要求的成像質(zhì)量評(píng)價(jià)問題極為重要，它需要設(shè)計(jì)人員不斷摸索實(shí)踐.而這也是需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行不斷的探索。

3、結(jié)語

總而言之，光學(xué)鏡頭是由一系列透鏡單元組合而成的，其設(shè)計(jì)是極具創(chuàng)造力的工作，設(shè)計(jì)人員必須基于經(jīng)驗(yàn)和敏銳的洞察力來了解各種各樣光學(xué)象差的特性。據(jù)了解，現(xiàn)代光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)是可以用來挑戰(zhàn)膠片顆粒的極限的。透鏡從理論上講町以有效地集中光線。可以制成完美無缺的光學(xué)鏡片，但理想化的完美鏡片實(shí)際上至今尚未被設(shè)計(jì)成功，因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)時(shí).限于材料和條件因素，制造出來的光學(xué)鏡片并不能達(dá)到完全理想的狀態(tài).多少會(huì)存在偏差現(xiàn)象。

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（作者單位：沂普光電（天津）有限公司）