光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求分析

照相鏡頭的光學(xué)特性可由三個(gè)參數(shù)來表示，即照相鏡頭的焦距f'、相對(duì)孔徑D/f'和視場角2ω'。其實(shí)就135 照相機(jī)而言，其標(biāo)準(zhǔn)畫幅已確定為24mm X 36mm，則其對(duì)角線長度為2D=43.266。從下表我們可以得出照相機(jī)鏡頭的焦距f'和視場角ω'之間存在著以下關(guān)系：

式中：2D——畫幅的對(duì)角線長度； f'——鏡頭的焦距。

照相機(jī)鏡頭的另一個(gè)最重要的光學(xué)特征指標(biāo)是相對(duì)孔徑。它表示鏡頭通過光線的能力，用D/f'表示。它定義為鏡頭的光孔直徑（也稱入瞳直徑）D 與鏡頭焦距f'之比相對(duì)孔徑的倒數(shù)稱為鏡頭的光圈系數(shù)或光圈數(shù)，又稱F 數(shù)，即F=f'/D。當(dāng)焦距f'固定時(shí)，F(xiàn) 數(shù)與入瞳直徑D 成反比。由于通光面積與D 的平方成正比，通光面積越大則鏡頭所能通過的光通量越大。因此當(dāng)光圈數(shù)在最小數(shù)時(shí)，光孔最大，光通量也最大。隨著光圈數(shù)的加大，光孔變小，光通量也隨之減少。如果不考慮各種鏡頭透過率差異的影響，不管是多長焦距的鏡頭，也不管鏡頭的光孔直徑有多大，只要光圈數(shù)值相同，它們的光通量都是一樣的。對(duì)照相機(jī)鏡頭而言，F(xiàn) 數(shù)是個(gè)特別重要的參數(shù)，F(xiàn) 數(shù)越小，鏡頭的適用范圍越廣。與目視光學(xué)系統(tǒng)相比，照相物鏡同時(shí)具有大相對(duì)孔徑和大視場，因此，為了使整個(gè)象面都能看到清晰的并與物平面相似的象，差不多要校正所有七種象差。照相物鏡的分辨率是相對(duì)孔徑和象差殘余量的綜合反映。在相對(duì)孔徑確定后，制定一個(gè)既滿足使用要求，又易于實(shí)現(xiàn)的象差最佳校正方案。為方便起見，往往采用“彌散圓半徑”來衡量象差的大小，最終則以光學(xué)傳遞函數(shù)對(duì)成象質(zhì)量作出評(píng)價(jià)。

近年來興起的數(shù)位相機(jī)鏡頭同上述的傳統(tǒng)相機(jī)鏡頭的特性和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)上大同 Bm. 不異，其主要差別有：

1．相對(duì)孔徑較傳統(tǒng)相機(jī)大。

2．較短的焦距，使得景深范圍增大?？筛鶕?jù)視場角的大小算出相當(dāng)傳統(tǒng)相機(jī)鏡 頭的焦距值F’=43.266/（2*tgω）。

3．較高的分辨率，根據(jù)光電器件的PIXEL 的大小，一般數(shù)位鏡頭光學(xué)設(shè)計(jì)要達(dá)到1/（2*PIXEL）線對(duì)。

二、投影鏡頭

投影物鏡是將被照明的物成一明亮清晰的實(shí)像在屏幕上，一般講，像距比焦距大的多，所以物平面在投影物鏡物方焦平面外側(cè)附近。

投影物鏡的放大率是測(cè)量精度、孔徑大小、觀測(cè)范圍和結(jié)構(gòu)尺寸的的重要參數(shù)。放大率愈大，測(cè)量精度愈高，物鏡孔徑愈大。當(dāng)工作距離一定時(shí)，放大率愈大，共軛距愈大，投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸越大。由于其是起放大作用，自光學(xué)知識(shí)可知，像面中心照度與相對(duì)孔徑平方成正比，可用增大相對(duì)孔徑的方法來增加象面照度。

液晶式投影機(jī)上所用的投影鏡頭同傳統(tǒng)的投影物鏡的區(qū)別：

1．相對(duì)孔徑較大。

2．出瞳距長，即需要設(shè)計(jì)成近遠(yuǎn)心光路。

3．工作距離長。

4．解像力高.

5．畸變要求高.

以上幾點(diǎn)，皆使得用于LCD 投影機(jī)上的投影物鏡較傳統(tǒng)的要復(fù)雜的多，一般要10 個(gè)鏡片左右，而傳統(tǒng)的一般只要3 個(gè)鏡片就能達(dá)到。

三、掃描鏡頭

掃描物鏡可用三個(gè)光學(xué)特性來表示，即相對(duì)孔徑、放大率和共軛距。放大率是掃描物鏡的一個(gè)重要指標(biāo)，由于一般物體大小是固定的，故放大率愈小，意味著鏡頭的像面愈小，焦距也就愈短，相對(duì)來講掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以做的更小，但同時(shí)要求鏡頭的解像力也愈高。共軛距是指物像之間的長度，對(duì)鏡頭來講，一般希望其愈長愈好，共軛距愈短，意味著鏡頭愈難設(shè)計(jì)（視場角增大）。其原理圖同照相物鏡一樣，是一個(gè)縮小的過程。

掃描物鏡的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

1．掃描物鏡屬于小孔徑小象差系統(tǒng)，要求的光學(xué)解像力較高。 ,

2．由于光電器件的原因，不僅要校正白光（混合光）的象差，同時(shí)需要考慮R、 G、B 三種獨(dú)立波長的象差。

3．嚴(yán)格校正畸變象差。