物理光學工程中的光學鏡頭設計及使用

郭躍武

【摘 ?要】隨著時代的發展和社會的進步，使得當前人們對于鏡頭設計方面的要求得到了極大的提升，從實際情況分析可知，對于所有的光學鏡頭，無論該鏡頭是新鏡頭還是較為老舊的鏡頭，都可以通過鏡頭描述的方式對其鏡片數量以及比例角度等進行描述，同時還能表述鏡頭的鏡片直徑以及不同鏡片之間的距離等，當外界的光線穿過鏡頭的時候，由于玻璃材質的折射作用，因此使得光線會出現一定的折射，折射的角度等知識與初中所學習的東西相同，也就是說，光線的折射量與比例的折射率之間存在著直接的聯系。筆者主要根據實際的設計經驗以及相關的理論分析對當前物理光學工程中的光學鏡頭設計及使用進行一定的分析，希望能夠為后期的研究者提供一定的參考。

【關鍵詞】光學工程;光學鏡頭;設計;應用

引言

鏡頭的主要材質是玻璃，不同鏡頭之間質量的額差距不僅表現在其所使用的材質方面，更多的是從其光學鏡頭的設計方面得到體現，當在對光學鏡頭進行設計的過程中能夠提前知道外界光線入射到鏡頭中的確切的位置，同時對光線的入射角度能夠有一定的預知，就可以在設計的過程中經過一定的詳細設計對其光路進行追蹤，相關的理論都能夠利用一定的三角函數等數學以及物理知識進行計算，而通過這種設計就能夠使得其實際的鏡頭質量得到較大的提升。

1、光學鏡頭的設計原理

在進行設計的過程中，為了使得其實際的設計效果更好，相關的光學鏡頭設計人員就應該首先對鏡頭的使用需求進行詳細的了解，并且通過其用途對其設計效果進行了解，在進行實際設計的過程中應該對其鏡頭所需要的焦距以及孔徑等于光學鏡頭設計相關的參數有一定的了解，同時還需要對分辨率以及光學傳遞函數等光學專有的參數有一定的了解。在進行實際設計的過程中應該從光軸上對某個點進行追蹤。在進行設計的過程中應該所有的物象點都會在膠片上形成響應的點，因此相關的光線都會在相同的位置出現。需要注意的是，光線的組成是由不同的波長以及顏色光所組成的，并且不同的光線所形成的光學路徑都存在著極為明顯的差別。由于鏡頭本身就是一個存在一定雜質率的材料，因此即使是理想光線在經過鏡頭的過程中也會被鏡頭造成一定的干擾。在對光學鏡頭進行光學設計的最為主要的要素就是對上述的成象差別進行了解。在進行實際設計的過程中，通過詳細的三角函數的計算就能夠使得其實際的相差得到一定的控制，提升光學鏡頭的設計質量，光學件鏡頭在進行實際設計的過程中應該考慮到現實的偏移量，而這兩者在實際中也被稱為是光學的路徑，主要使用在對相差的控制方面。常用的像差包含球面像差以及失光。

根據筆者的調查可知，在上世紀三十年代，雖然光學設計人員對像差進行了一定的量化，但是控制像差仍然是光學鏡頭設計過程中面臨的十分重要的難題，對于光學鏡頭的設計人員來說，也是設計工程中的主要困惱其設計的因素。設計人員在進行調整的過程中就需要對其像差所產生的影響有詳細的了解。在進行光學鏡頭設計的過程中，鏡頭鏡片的增多就使得設計人員在設計方面更加自由，在進行鏡片設計的過程中，很多鏡片都需要經過表面的處理，因此在這個過程中也能幫助設計人員對其實際的像差控制更加精準。目前對于鏡頭的光學設計的要求也得到了較大的提升。為了使得其實際的設計質量得到較大的提升，因此光學鏡頭設計人員已經采用了計算機進行設計，這將在某種程度上對大大的提升其光學鏡頭的設計質量。

2、提升光學鏡頭的設計與使用結合

光學鏡頭的使用于多個方面有著極大的關系，例如前期設計以及后期使用等，兩者之間關系十分緊密。在進行光學鏡頭設計的過程中，設計人員應該更加深入的對其實際使用情況進行分析以及調研，根據使用的要求來指導其實際的設計，在設計的過程中設計人員還應該多與使用人員進行溝通，這將幫助設計人員真正的站在使用人員的角度進行光學鏡頭的設計。在溝通的過程中，通過不斷的對使用人員的要求進行分析，就能夠及時的將用戶的使用要求轉化為設計人員的設計指標，通過一定的設計手段使得用戶的需求得到滿足。只有設計人員真正的了解了使用的需求之后，才能真正的從設計的角度對其進行完善，并且根據照相差的設計原則對其相關的方案進行平衡，幫助使得其設計的結果更加符合客戶的妖氣。在對光學鏡頭的質量進行評價得到過程中，經過長時間的發展，使得其光學產品制造能夠通過多種的檢驗設備進行檢查，并且使得其實際的效果更好。一般來說，通過實際的使用需要進行設計是十分必要的。站在系統設計的角度進行分析可知，整個光學鏡頭設計的質量評價往往并沒有采用當前最為前沿的科技，而是設計人員能夠在最低的成本條件下使得用戶的需求能夠得到滿足。而在對其設計結果進行分析的過程中，其實際設計結果應該真正的滿足用戶的需求，設計結果體現使用要求的成像質量評價問題極為重要，它需要設計人員不斷摸索實踐.而這也是需要設計人員進行不斷的探索。

3、結語

總而言之，光學鏡頭是由一系列透鏡單元組合而成的，其設計是極具創造力的工作，設計人員必須基于經驗和敏銳的洞察力來了解各種各樣光學象差的特性。據了解，現代光學鏡頭的設計是可以用來挑戰膠片顆粒的極限的。透鏡從理論上講町以有效地集中光線。可以制成完美無缺的光學鏡片，但理想化的完美鏡片實際上至今尚未被設計成功，因為在實際生產時.限于材料和條件因素，制造出來的光學鏡片并不能達到完全理想的狀態.多少會存在偏差現象。

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（作者單位：沂普光電（天津）有限公司）