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    [原創(chuàng)]采用現(xiàn)成光學(xué)器件（Off-the-shelf Optics）設(shè)計光路 [復(fù)制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2019-08-19
    簡述：采用現(xiàn)成透鏡設(shè)計光路，可壓縮開發(fā)周期，節(jié)約資金成本。然而，采用已有鏡片設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計難度較大，對設(shè)計師理論及經(jīng)驗要求較高。本文針對此類設(shè)計需要的理論知識進行講解，并分享設(shè)計中的操作經(jīng)驗和小竅門。 M/`lM$98:  
    *MW\^PR?  
    光學(xué)透鏡加工工藝復(fù)雜、周期較長（約6-8周），且造價高昂。若能采用已有鏡片設(shè)計光路，將節(jié)約時間和成本。
    yyTnL 2Y9  
    圖 1：透鏡加工工藝一
    圖 2：透鏡加工工藝二
    nKj7.,>;:<  
    然而，采用已有鏡片設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計難度較大，對設(shè)計師理論及經(jīng)驗要求較高。除了對光學(xué)設(shè)計像差基本理論的掌握之外，需要設(shè)計師對鏡片形狀及擺放方向引起的像差變化有進一步的、更深入的了解；也需要設(shè)計師多查閱專利文件，觀察、分析各經(jīng)典設(shè)計的透鏡擺放次序、方向，并進行設(shè)計練習(xí)。 ;L ^o*`  
    很多光學(xué)設(shè)計相關(guān)書籍，對像差理論有詳細論述，請查閱。 ^E>3|du]O  
    此處，僅對透鏡彎曲和像差的關(guān)系，略作介紹。如圖示： '[%j@PlCX  
    當物距較遠時，光線平行入射，采用整體形狀向右側(cè)彎曲的透鏡，像差較�。� dft!lBN  
    當物像距接近時，光線發(fā)散入射，采用對稱的雙凸透鏡，像差較�。� +k R4E23:  
    當物距較近時，光線發(fā)散角度持續(xù)增大，采用整體形狀向左側(cè)彎曲的透鏡，像差較小。 q{x8_E!L  
    也就是說，光線以哪種方式入射（平行、發(fā)散、匯聚），透鏡彎曲方向如何，均會影響到光路的像差、光斑大小、清晰度。 !^G\9"4A  
    42ge3>  
    rEz^  
    圖3、物距及透鏡彎曲對像差的影響
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    圖 4 、透鏡組的彎曲方向
    gf\oC> N  
    圖 5 高斯物鏡中透鏡組的彎曲方向
    B&"Q\'c  
    圖4、圖5中，從簡單的風(fēng)景物鏡、到逐漸復(fù)雜化的普羅塔鏡頭，再到消像散鏡頭和各類雙高斯鏡頭，透鏡組整體都趨向于彎向光闌。在查閱其他專利時，也會發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律，尤其是視場較大的系統(tǒng)。 M&M 6;Ph  
    v4 E}D  
    枯燥的理論講完，開始較為有樂趣的設(shè)計。 @oGcuE  
    先從最簡單的光路開始。 gbD KE{  
    比如，設(shè)計一個準直透鏡組：
    as =fCuJ  
    圖6、準直透鏡設(shè)計
    V>rU.Mp QU  
    采用單片透鏡時，像差較大。此時可以采用兩片或兩片以上透鏡，組合出像差較小的光路。平行光入射時，透鏡需采用向右彎曲的形式。 =($xG#g`  
    又比如，設(shè)計一個拉姆斯登目鏡
    Z0r'S]fe  
    圖7、單鏡片放大鏡彎曲取向
    %iqD5x$OA  
    圖7，采用單鏡片，作為放大鏡時，人眼位置不同，鏡片的彎曲方向不同。 vW@=<aS Z  
    直觀來看，人眼靠近鏡片時，視角較大，需保證整個視野的清晰度和像面平直，即校正像面彎曲和象散，此時，為了照顧大視場的像質(zhì)和像差校正，透鏡采用向眼睛彎曲的形式，降低大視場主光線在透鏡表面上的入射角度。 9} .z;prz  
    人眼遠離鏡片時，視角較小，重點校正中心區(qū)域視場像質(zhì)即可。此時，采用背向眼睛的彎曲方式。 */S_Icf  
    以上兩種方式的組合，即為一種經(jīng)典的目鏡結(jié)構(gòu)形式：拉姆斯登目鏡。 *|HY>U.  
    拉姆斯登目鏡靠近眼睛的鏡片，彎曲向眼睛，遠離眼睛的鏡片，彎曲向物體。此時，像面平直。當同樣的平凸透鏡，改變擺放方向時，場曲嚴重，大視場像質(zhì)嚴重下降。 n~Lt\K:  
    在采用現(xiàn)有透鏡設(shè)計光路時，此類問題，需特別關(guān)注。
    *lJxH8