光學(xué)系統設計要求分析

照相鏡頭的光學(xué)特性可由三個(gè)參數來(lái)表示，即照相鏡頭的焦距f'、相對孔徑D/f'和視場(chǎng)角2ω'。其實(shí)就135 照相機而言，其標準畫(huà)幅已確定為24mm X 36mm，則其對角線(xiàn)長(cháng)度為2D=43.266。從下表我們可以得出照相機鏡頭的焦距f'和視場(chǎng)角ω'之間存在著(zhù)以下關(guān)系：

式中：2D——畫(huà)幅的對角線(xiàn)長(cháng)度； f'——鏡頭的焦距。

照相機鏡頭的另一個(gè)最重要的光學(xué)特征指標是相對孔徑。它表示鏡頭通過(guò)光線(xiàn)的能力，用D/f'表示。它定義為鏡頭的光孔直徑（也稱(chēng)入瞳直徑）D 與鏡頭焦距f'之比相對孔徑的倒數稱(chēng)為鏡頭的光圈系數或光圈數，又稱(chēng)F 數，即F=f'/D。當焦距f'固定時(shí)，F 數與入瞳直徑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(guò)的光通量越大。因此當光圈數在最小數時(shí)，光孔最大，光通量也最大。隨著(zhù)光圈數的加大，光孔變小，光通量也隨之減少。如果不考慮各種鏡頭透過(guò)率差異的影響，不管是多長(cháng)焦距的鏡頭，也不管鏡頭的光孔直徑有多大，只要光圈數值相同，它們的光通量都是一樣的。對照相機鏡頭而言，F 數是個(gè)特別重要的參數，F 數越小，鏡頭的適用范圍越廣。與目視光學(xué)系統相比，照相物鏡同時(shí)具有大相對孔徑和大視場(chǎng)，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孔徑和象差殘余量的綜合反映。在相對孔徑確定后，制定一個(gè)既滿(mǎn)足使用要求，又易于實(shí)現的象差最佳校正方案。為方便起見(jiàn)，往往采用“彌散圓半徑”來(lái)衡量象差的大小，最終則以光學(xué)傳遞函數對成象質(zhì)量作出評價(jià)。

近年來(lái)興起的數位相機鏡頭同上述的傳統相機鏡頭的特性和設計評價(jià)上大同 Bm. 不異，其主要差別有：

1．相對孔徑較傳統相機大。

2．較短的焦距，使得景深范圍增大?？筛鶕晥?chǎng)角的大小算出相當傳統相機鏡 頭的焦距值F’=43.266/（2*tgω）。

3．較高的分辨率，根據光電器件的PIXEL 的大小，一般數位鏡頭光學(xué)設計要達到1/（2*PIXEL）線(xiàn)對。

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附近。

投影物鏡的放大率是測量精度、孔徑大小、觀(guān)測范圍和結構尺寸的的重要參數。放大率愈大，測量精度愈高，物鏡孔徑愈大。當工作距離一定時(shí)，放大率愈大，共軛距愈大，投影系統結構尺寸越大。由于其是起放大作用，自光學(xué)知識可知，像面中心照度與相對孔徑平方成正比，可用增大相對孔徑的方法來(lái)增加象面照度。

液晶式投影機上所用的投影鏡頭同傳統的投影物鏡的區別：

1．相對孔徑較大。

2．出瞳距長(cháng)，即需要設計成近遠心光路。

3．工作距離長(cháng)。

4．解像力高.

5．畸變要求高.

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

三、掃描鏡頭

掃描物鏡可用三個(gè)光學(xué)特性來(lái)表示，即相對孔徑、放大率和共軛距。放大率是掃描物鏡的一個(gè)重要指標，由于一般物體大小是固定的，故放大率愈小，意味著(zhù)鏡頭的像面愈小，焦距也就愈短，相對來(lái)講掃描系統結構可以做的更小，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(cháng)度，對鏡頭來(lái)講，一般希望其愈長(cháng)愈好，共軛距愈短，意味著(zhù)鏡頭愈難設計（視場(chǎng)角增大）。其原理圖同照相物鏡一樣，是一個(gè)縮小的過(guò)程。

掃描物鏡的設計特點(diǎn)：

1．掃描物鏡屬于小孔徑小象差系統，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 三種獨立波長(cháng)的象差。

3．嚴格校正畸變象差。