【正文】 DispersivePower)，讓光線偏向并集中強(qiáng)度和大小，成為鏡頭設(shè)計(jì)的最基本理論。這種差異越大，自然白光被分離成為的彩色光譜帶就會(huì)越寬，類似三棱鏡或小雨滴將口光色散為彩虹一樣。因此，鏡頭設(shè)計(jì)者可以搭配不同性質(zhì)的玻璃來取得最佳的折射效果。一個(gè)透鏡理論上應(yīng)能夠?qū)⒐饩€聚焦于一點(diǎn)，但實(shí)際上當(dāng)不同高度的平行光線入射時(shí)，并不能真正匯集于一點(diǎn)(見圖311黑色實(shí)線)，這個(gè)差異量，稱為球面像差。 圖11球面像差示意圖[注：][]像場彎曲平面的景物在焦點(diǎn)成像時(shí)，透過彎曲的鏡片會(huì)將光線扭曲，造成像面不是平面，這種現(xiàn)像叫做像場彎曲。 圖12像場彎曲示意圖[圖不清楚][]慧星像差慧星像差(Coma aberration)，指透鏡的每一個(gè)圓環(huán)區(qū)域使相對透鏡光軸不同位置離軸點(diǎn)所發(fā)出的光線聚焦成偏斜光線，其成像結(jié)果會(huì)形成如同慧星尾巴一樣的光班。發(fā)生的原因是離軸光束與中心軸形成的角度太大，會(huì)將方形的影像拉長成彎曲的枕形。圖15像散示意圖[圖不清楚]這五種像差是針對單一波長的單色光線來對鏡片進(jìn)行測試所產(chǎn)生的結(jié)果。2） 倍率的色像差:倍率色像差，發(fā)生在鏡片相互修正上，當(dāng)凹面鏡補(bǔ)償了焦點(diǎn)位置的光軸色像差之后，整體產(chǎn)生的色光仍然不能一致。因此，CCD或CMOS的成像特性給數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)提出了一些新的結(jié)構(gòu)和性能的要求。 圖21數(shù)碼相機(jī)基本的成像光學(xué)系統(tǒng)和傳統(tǒng)35mm照相機(jī)一樣，數(shù)碼相機(jī)鏡頭的設(shè)計(jì)中需要校正球差、彗差、像散、場曲、畸變、位置色差和放大色差。鏡頭中的第一片負(fù)透鏡的作用是使像方光學(xué)主面靠向光電成像器件表面，從而能夠使鏡頭的后截距等于甚至大于鏡頭焦距，在空間上保證低通濾波器結(jié)構(gòu)的存在。根據(jù)奈奎斯特定理，一個(gè)光電成像器件能夠分辨的最高空間頻率等于它的采樣頻率f。過高的光學(xué)物鏡分辨能力不僅不會(huì)增加系統(tǒng)的整體分辨能力，而且其中所產(chǎn)生的超過奈奎斯特空間頻率極限的高頻部分將被反射到基本頻帶中，與CCD/CMOS像素列陣的空間頻率發(fā)生莫爾干涉效應(yīng)。光和e光相對錯(cuò)開一定的距離，可以達(dá)到降低空間頻率的作用。兩塊晶體的光軸均與成像光軸成450，同時(shí)兩塊晶體的光軸分別處于兩個(gè)相互垂直的平面中。但雙折射效應(yīng)對于無助于提高系統(tǒng)分辨率并有可能產(chǎn)生莫爾干涉的高頻部分具有過濾的作用。如圖24所示，我們分別用H, V和h,，分別表示數(shù)碼相機(jī)物方和像方視場的大小，則光學(xué)系統(tǒng)視場角2ω可表示為: 2ω=2tan1h2+v22f39。 圖24鏡頭焦距與視場的關(guān)系與傳統(tǒng)照相機(jī)相同，數(shù)碼鏡頭也有標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、廣角鏡頭、長焦望遠(yuǎn)鏡頭和變焦鏡頭之分。當(dāng)焦距小于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭時(shí)，攝影視場角增大，因此常被稱為廣角鏡頭。廣角鏡頭的視角范圍在60176。一118176。電子變焦是對己獲得的數(shù)字圖像信息通過數(shù)字圖像處理，對其中的局部放大而獲得。圖25為一種用于1/4英寸CCD的變焦鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)。為達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果，變焦鏡頭中常有一片或數(shù)片非球面誘鏡以校千像姜并減少球面透鏡的數(shù)量。（） 基本上，若是被攝體的位置不變，鏡頭的焦距與物體的放大率會(huì)呈現(xiàn)正比的關(guān)系。透過韌體上程序的演算及光學(xué)系統(tǒng)的配合，我們可以將被攝體再做局部放大，以插補(bǔ)的方式仿真出光學(xué)變焦的效果。這是設(shè)計(jì)成功與否的前提條件。首先耍確定放大率(或焦距)、線視場(或角視場)、數(shù)值孔徑(或相對孔徑)、共扼距、后工作距、光闌位置和外形尺寸等。過低的要求會(huì)使設(shè)計(jì)不符合要求。也可將其迸一步劃心。視場角。這種方法是根據(jù)外形尺寸計(jì)算得到的基本特性，利用初級(jí)像差理論來求解滿足成像質(zhì)量要求的初始結(jié)構(gòu)，即確定系統(tǒng)各光學(xué)零件的曲率半徑、透鏡的厚度和間隔、玻璃的折射率和色散等，（2)縮放法三即根據(jù)對光組的要求/找出性能參數(shù)比較接近的已有結(jié)構(gòu)，將其各尺寸乘以縮放比H，得到所要求的結(jié)構(gòu)，并估計(jì)其像差的大心或變化趨勢。、部件圖和零件圖繪制各類圖紙，包括確定各光學(xué)零件之間的相對位置，光學(xué)零件的實(shí)際大小和技術(shù)條件。光學(xué)設(shè)計(jì)就是選擇和安排光學(xué)系統(tǒng)申各光學(xué)零件的材料、曲率和間隔，使得系統(tǒng)的成像性能符合應(yīng)用要求。(3)校正初級(jí)像差。[]儀器對光學(xué)系統(tǒng)性能和質(zhì)量的要求任何一種光學(xué)儀器的用途和使用條件必然會(huì)對它的光學(xué)系統(tǒng)提出一定的要求。線視場或視場角，系統(tǒng)的放大率或焦距。在設(shè)計(jì)多光組的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，如一些軍用光學(xué)系統(tǒng)，外形尺寸計(jì)算以及各光組之間光瞳的銜接都是很重要的。對于照相物鏡則要求整個(gè)視場都要有較好的成像質(zhì)量。過大的放大率是沒有意義的，只有提高數(shù)值孔徑(NA)才能提高有效放大率。實(shí)際上，在多數(shù)情況下，按儀器用途所確定的放大率常大于正常放大率，這樣可以減輕硯察者眼睛的疲勞度。因此望遠(yuǎn)鏡的工作放大率應(yīng)按下式選取: ≤?！? （）有時(shí)對光學(xué)系統(tǒng)提出的要求是互相矛盾的。稱為物鏡的質(zhì)量因數(shù)。則系統(tǒng)的像差很難校正，成像質(zhì)量彼差。 OSLO 主要用于照相機(jī)、通訊系統(tǒng)、軍事/空間應(yīng)用、科學(xué)儀器中的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別當(dāng)需要確定光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的最佳大小和外形時(shí)，該軟件能夠體現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢。 縮放鏡頭Zoom Lenses 非連續(xù)傳播系統(tǒng)NonSequential Propagation Systems 3．OSLO 的主要特征 OSLO 是一個(gè)具有上千條內(nèi)部命令和函數(shù)的非常大的程序，而且， OSLO的可執(zhí)行模塊能夠被用戶按規(guī)則進(jìn)行修改和重新編譯，因而，其功能非常強(qiáng)大。 縮放和多配置系統(tǒng)Zoom and Multiconfiguration Systems 偏振和光學(xué)薄膜Polarization and Thin Film Coatings 誤差分析Tolerance Analysis OSLO在光學(xué)設(shè)計(jì)的“競爭”中已經(jīng)成為一個(gè)主流的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件。這使得設(shè)計(jì)者能夠及時(shí)作出取舍決定，選擇最佳的解決方案。OSLO 是第一個(gè)出現(xiàn)在桌面計(jì)算機(jī)上使用的嚴(yán)格的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，并且與其他軟件相比更得到廣闊的發(fā)展。 [第四章直接從這里開始]CCD 在圖像傳感領(lǐng)域的迅速發(fā)展, 成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測試技術(shù)中最為引人關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。在成像領(lǐng)域中, CCD已逐步取代了真空攝像管的成像系統(tǒng)。寬視場鏡頭具有大于100176。 Y 為像高（從光軸量到像的中心）以及Q 為半視角，然后在無畸變下對一遠(yuǎn)方物體Y=FtanQ 。當(dāng)檢視將鏡組，這光瞳的移動(dòng)是非常明顯的。為此，我修正了一個(gè)光線追縱程序來追蹤在某小視角下的主光線。通常用的是2176。由于焦距很短，軸上的第二色差就不是問題了。然后為了最后幾個(gè)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，我引入了有限共軛與屏幕曲率。這是設(shè)計(jì)用來拍攝35mmAcademy 型式底片（）。對于照像鏡頭而言，這是無形的；然而如果該鏡組是用來投影，必須在底片柵門與弧形光源間置入負(fù)透鏡，以使弧形影像正確地定位或?qū)τ谡_出射光瞳的正確位置來重新設(shè)計(jì)鏡頭。這個(gè)值表示光瞳沿著光軸朝向鏡片前端偏移。初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成優(yōu)化是光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中最重要的一步，一般來說初始結(jié)構(gòu)的像質(zhì)并不是很理想的，只有經(jīng)過優(yōu)化才能使光學(xué)系統(tǒng)的性能達(dá)到我們需要的狀態(tài)。不僅軸上點(diǎn)像差和軸外點(diǎn)像差要配合好，而且各個(gè)視場之間的像差也要互相配合好，各種像差的正負(fù)號(hào)要配合，這樣才會(huì)便所有像差對一個(gè)統(tǒng)一像面達(dá)到最小，整個(gè)系統(tǒng)具有最佳成像質(zhì)量。像差的校正方法很多，最基本的方法有代數(shù)法、試驗(yàn)法和像差自動(dòng)校正法?？筛鶕?jù)δGk′求出△Sk。單對于視場和孔徑都不大的光學(xué)系統(tǒng)，如雙膠合、雙分離、密接三透鏡系統(tǒng)的像差校正是很有效的?！鱴”)計(jì)量出像差變化量表，從中可分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)對各種像差影響的小和方向然后決定變哪幾個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，變多少，向哪個(gè)方向變，再計(jì)算出新的像差結(jié)果和新的像差變化量表，再繼續(xù)重復(fù)前面的工作，直到使整個(gè)系統(tǒng)的像質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。其實(shí)光學(xué)設(shè)計(jì)難，難就難在幾何像差與光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的非線性，更不能建立起確切的函數(shù)關(guān)系，因而無法從像差要求直接求得光學(xué)系統(tǒng)。這就加快了設(shè)計(jì)速度并提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。如果用此權(quán)重達(dá)不到使用的要求，或迭代很多次后出現(xiàn)了一些奇怪的結(jié)果的話，就必須曲設(shè)計(jì)人員對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行人工干預(yù)(如改變權(quán)重，人為地改變一些結(jié)構(gòu)參數(shù))。正交化法等，其中阻尼最小二乘法用得最為廣泛。若是后者，應(yīng)取最小二乘解。②相對孔徑h/r或入射角很大的面一定要便其彎向光闌，以便主光線的偏角或ip角盡量小，以減少軸外像差。軸上點(diǎn)或近軸點(diǎn)的像差與軸外點(diǎn)的像差不要有太大的差別，使整個(gè)視場內(nèi)的像質(zhì)比較均勻。當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)這樣的面時(shí)，應(yīng)挑選其中既能改良所要改的那種像差，又能兼顧其他像差的面來進(jìn)行修改。⑥利用折射球面的反常區(qū)。⑦利用透鏡或透鏡組處于特殊位置時(shí)的像差性質(zhì)。⑧對于對稱型結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)，可以選擇成對的對稱參數(shù)進(jìn)行修改。膠合面還可用來校正其他像差，尤其是高級(jí)像差?？讖胶鸵晥龆急容^大的光學(xué)系統(tǒng)。最后應(yīng)指出，在像差校正過程中，重要的問題是能夠判斷各結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括半徑、間隔、折射率等對像差變化的影響傾向。因此，逐個(gè)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，求出各參數(shù)對各種像差影響的變化量表是十分必要的。理論上講，透鏡組的全部結(jié)構(gòu)參數(shù)都可以作為優(yōu)化變量參與優(yōu)化，光學(xué)系統(tǒng)中影響像質(zhì)的因素是曲率半徑r、折射率n和厚度d。2設(shè)置優(yōu)化變量在面數(shù)據(jù)表中點(diǎn)擊（Variable）按鈕，打開如圖43的變量編輯表，點(diǎn)擊“所有曲率半徑為變量（Vary all curvatures）”按鈕，獎(jiǎng)所有曲率半徑都設(shè)為變量。這時(shí)文本窗口工具條上的Opt和Ite按鈕處于激活狀態(tài)。4進(jìn)行優(yōu)化點(diǎn)擊Ite按鈕，自動(dòng)進(jìn)行10次迭代計(jì)算，在文本窗口輸出每次迭代得計(jì)算結(jié)果，當(dāng)計(jì)算到有兩次的誤差函數(shù)最小值相同時(shí)，說明已到達(dá)最小解，則停止迭代，如圖44所示。如圖47所示，機(jī)械結(jié)構(gòu)圖中，7到8透鏡面處出現(xiàn)了透鏡重合現(xiàn)象。 圖48 二次優(yōu)化后的像差分析曲線經(jīng)過多次的校正與優(yōu)化，最終得到了滿意的像差與機(jī)械機(jī)構(gòu)。總之，光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化要經(jīng)過多方面的考慮與校正，從而找到一些快速優(yōu)化、高質(zhì)優(yōu)化的方法。通過它們做一些有規(guī)律的移動(dòng)就可以把不同距離和不同環(huán)境的景物清晰的表現(xiàn)出來。在齒輪組里封裝了一個(gè)光中斷傳感器，它產(chǎn)生的ZoomPI信號(hào)用于計(jì)數(shù)Zoom Lens的步數(shù)，這將在下一章里作詳細(xì)的闡述。光圈F值二鏡頭的焦距/鏡頭口徑的直徑?？扉T的作用是控制鏡頭通光的時(shí)間，使感光片能得到正確曝光，在數(shù)碼相機(jī)中常用到機(jī)械快門和電子快門的組合。步進(jìn)馬達(dá)安裝在后群上，它的轉(zhuǎn)軸是螺紋狀的，后群鏡片通過一個(gè)小螺帽與步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小螺帽作前后運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鏡片作前后移動(dòng)，從而進(jìn)行對焦。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師—黃老師，他對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版燈過程中提供熱情的幫助.最后感謝指導(dǎo)老師在這個(gè)炎熱的夏日對我們的設(shè)計(jì)孜孜不倦的指導(dǎo)，相信此次課程設(shè)計(jì)會(huì)對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重