雙膠合透鏡是光學(xué)系統(tǒng)中不可或缺的基本光學(xué)零件之一。對(duì)于一個(gè)新設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)，首先根據(jù)性能要求對(duì)其進(jìn)行外形尺寸計(jì)算，然后就得開(kāi)始對(duì)各光學(xué)零部件進(jìn)行初級(jí)像差設(shè)計(jì)，求解每個(gè)零部件的  、C的分配值，最后根據(jù)對(duì)各個(gè)零部件的 、C要求值進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算該零部件的光學(xué)參數(shù)（表面半徑R、表面間隔D以及其玻璃材料）。這一整套過(guò)程就是光學(xué)系統(tǒng)的“初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。有了系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)才能開(kāi)始根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的成像質(zhì)量要求進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算，最后獲得一個(gè)滿足使用要求的系統(tǒng)結(jié)果。
圖1.單透鏡初始數(shù)據(jù)
在對(duì)系統(tǒng)零部件根據(jù) 、C求解初始結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，首先還要根據(jù)其 、C的負(fù)擔(dān)選取零部件結(jié)構(gòu)形式，比如是單透鏡，還是膠合透鏡，還是多片復(fù)合透鏡�？傊�，最后都落實(shí)到單透鏡或雙膠合透鏡上，對(duì)于消色差系統(tǒng)，特別多的還是雙膠合透鏡上。因此，雙膠合透鏡的設(shè)計(jì)計(jì)算在光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中十分重要。
雙膠合透鏡是由兩片不同光學(xué)材料的膠合在一起的光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)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(jù)不同光學(xué)要求決定使用王冕在前還是火石在前，然后根據(jù)這一原則選擇具體玻璃牌號(hào)的配對(duì)。最后根據(jù)配對(duì)的兩片玻璃的光學(xué)參數(shù)計(jì)算該玻璃組合的 、C，反復(fù)選擇適合的玻璃組合，求取其 、C，看是否滿足系統(tǒng)對(duì)其 、C值的要求。這就是經(jīng)典的 、 求解法。該方法至今適用。
在本OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”菜單時(shí)，出現(xiàn)設(shè)計(jì)窗口如圖2。
圖2.雙膠合透鏡初始設(shè)計(jì)窗體
在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統(tǒng)對(duì)該透鏡的 、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫(kù)名以及根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(duì)。在選擇玻璃配對(duì)時(shí)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(nèi)選擇“按玻璃牌號(hào)”即可直接選擇玻璃材料如圖2。玻璃材料選定后窗體上會(huì)出現(xiàn)有該對(duì)玻璃組合的滿足設(shè)計(jì)要求的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)應(yīng)PW實(shí)際計(jì)算結(jié)果列于表內(nèi)，同時(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
對(duì)于這一結(jié)果如不滿意還可以通過(guò)滾動(dòng)條移動(dòng)調(diào)整透鏡色差和初級(jí)像差值。
b. 直接選擇前組或后組玻璃材料，另一塊材料根據(jù)玻璃庫(kù)內(nèi)的玻璃材料參數(shù)優(yōu)化選取
在選取玻璃材料配對(duì)時(shí)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(kù)內(nèi)所有材料依次配對(duì)幷給出相應(yīng)PW值變化曲線圖供選擇，如圖5。
圖5.雙膠合透鏡玻璃配對(duì)曲線圖
使用曲線圖上方滾動(dòng)條選擇合適的P值即可獲得和所選值接近的數(shù)組玻璃配對(duì)供選擇，如圖6。選擇后窗體上會(huì)出現(xiàn)有該對(duì)玻璃組合的滿足設(shè)計(jì)要求的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)應(yīng)PW實(shí)際計(jì)算結(jié)果列于表內(nèi)。
圖6.雙膠合透鏡玻璃配對(duì)組選擇
c. 前后組玻璃材料均根據(jù)玻璃庫(kù)內(nèi)的玻璃材料參數(shù)優(yōu)化選取
如對(duì)前后組玻璃材料均選擇“按玻璃參數(shù)”，程序會(huì)自動(dòng)按指定的“王冕在前”或“火石在前”把所有玻璃自動(dòng)配對(duì)計(jì)算出各玻璃配對(duì)P值曲線圖。在圖中移動(dòng)曲線圖上方滾動(dòng)條根據(jù)需要的P值點(diǎn)擊選擇即可顯示一組相應(yīng)的玻璃配對(duì)如圖5，此時(shí)再在表內(nèi)選擇一組具體配對(duì)，即可完成玻璃配對(duì)選擇。
玻璃配對(duì)完成后，就可根據(jù)系統(tǒng)對(duì)透鏡的要求自動(dòng)計(jì)算出透鏡的 、C值以及透鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)，幷列于表中，同時(shí)還顯示出透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3。
雙膠合透鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算后，還可以根據(jù)透鏡的 、C實(shí)際值和目標(biāo)值對(duì)比，還可以利用圖面上的調(diào)節(jié)桿對(duì)透鏡進(jìn)行“彎曲”調(diào)整。如果還不能滿足設(shè)計(jì)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(duì)，以求得到滿意結(jié)果。 |
