1、在第5章攝影物鏡設(shè)定修正、5.1攝影物鏡的發(fā)展及其基本結(jié)構(gòu)、攝影物鏡設(shè)定修正中，類型的選擇預(yù)先決定了設(shè)定修正成功與否的可能性，物鏡的選擇不僅與一次像差有關(guān)，而且與高級(jí)像差也有關(guān)，因此選擇很重要。 1 .風(fēng)景攝影物鏡，最初出現(xiàn)的攝影物鏡為1812年單板正新月形透鏡，相對(duì)孔徑小于1:14，視野在50度以內(nèi)，能夠在室外照明良好的條件下拍攝。 在1821年出現(xiàn)粘接透鏡，取代月牙形的單透鏡，兩粘接透鏡通過(guò)色差校正，成像質(zhì)量提高的正、負(fù)的透鏡分離的形態(tài)下，2分割的情況下能夠更好地校正像散，因此能夠得到更好的成像質(zhì)量。 2 .匹茲堡人像物鏡，1840年匹茲堡設(shè)置了1:3.4，視野為25度左右的物鏡，即匹茲堡

2、人像物鏡。 這種物鏡可用于室內(nèi)攝影，是首次由設(shè)定修正部制造出的照片物鏡。 匹茲堡的物鏡在1910年以前的所有物鏡中相對(duì)開(kāi)口最大，近軸部分的成像質(zhì)量?jī)?yōu)異，至今仍被用作電影放映物鏡等需要大開(kāi)口的小視野。 匹茲堡的物鏡改良型很多，是現(xiàn)在5種物鏡中的1種。 3 .對(duì)稱型物鏡，最初出現(xiàn)的對(duì)稱型物鏡，其相對(duì)口徑小，例如斯坦赫爾潛望鏡頭，其相對(duì)口徑為1:30，視野為70度，只能用于風(fēng)景攝影。 海普崗是這種極限結(jié)構(gòu)，馮虛格于1900年修訂而成，兩個(gè)鏡片外觀大致為半球面，具有140度左右的視野，相對(duì)口徑雖小，為1:30，但有無(wú)大歪斜的視野，至今仍用于航空測(cè)量?jī)x器。 直到1866年，隨著像差理論的發(fā)展，對(duì)稱的接合

3、透鏡可以很好地校正像差，右圖所示的物鏡被設(shè)定，其相對(duì)數(shù)值孔徑為18，視野為50度，物鏡的球面像差、色差和彗形像差也可以很好地校正，畸變和倍率色差也由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱而變大由于重鋇冕玻璃的出現(xiàn)，1890年校正了匹茲堡和像散，設(shè)定了比以往的所有物鏡更好的繪圖物鏡，其相對(duì)口徑在1:4.5-1:18之間，視野為40-90度，由此拍攝的照片整體利用新舊的玻璃組合，生產(chǎn)出質(zhì)量更好的達(dá)崗(1892 )和雙專業(yè)塔(1894 )。 這兩種物鏡至今仍在生產(chǎn)中，其相對(duì)孔徑為1:6，視野為60度。 這種物鏡自由度大，能夠?qū)γ恳话敕謩e校正像差，所以能夠?qū)⒁粋€(gè)物鏡用作兩種焦距的物鏡。 將距達(dá)崗近光圈的兩個(gè)透鏡與粘接組分離，利用

4、多馀的自由度設(shè)定1:4和70度的視場(chǎng)結(jié)果，該物鏡仍然是主要的航空攝影物鏡之一。 4.3片式物鏡，1893年，塔克羅(H.D Tealor )將分離薄透鏡作為對(duì)稱型的一半，設(shè)定修訂了柯克3片式物鏡。 這是能夠校正所有像差的最簡(jiǎn)單的構(gòu)造，在非對(duì)稱的情況下，其獨(dú)立變量正好能夠校正7種像差。 此類型目前相對(duì)于開(kāi)口1:4具有視場(chǎng)50度的光學(xué)性能。 視野變小后，相對(duì)數(shù)值孔徑變?yōu)?:2.8，但現(xiàn)在仍然是一般的物鏡。 1902年出現(xiàn)的天塞物鏡，可以看作是三式后面的正透鏡變成了兩片玻璃粘接的結(jié)果，在高級(jí)像差方面優(yōu)于三片式。 得到天塞光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、分辨率高、對(duì)比度適中、畸變小、“鷹眼”的美稱，為蔡司公司所尊

5、敬，蔡司公司生產(chǎn)的頂置照相機(jī)均配備天塞鏡頭，將三枚式中的單鏡頭改為雙膠粘5 .雙高斯物鏡(Planar )、雙高斯與達(dá)崗等對(duì)稱物鏡不同，是用薄透鏡加厚透鏡的結(jié)構(gòu)。由于具有小半徑的厚透鏡在薄透鏡之后的聚光光中接近不模糊的位置，所以像差和像差縮小，開(kāi)口率相對(duì)大。 這是目前1:2物鏡的主要結(jié)構(gòu)，視野縮小時(shí)，可得到1:1.4的結(jié)果，稍微復(fù)雜時(shí)，可得到1:0.85這樣的大的相對(duì)孔徑，這種類型的物鏡是目前普遍使用的物鏡，也是最受歡迎的物鏡。 6 .能夠縮短由望遠(yuǎn)物鏡、正負(fù)兩透鏡組構(gòu)成的攝影物的長(zhǎng)度的物鏡稱為望遠(yuǎn)物鏡。 望遠(yuǎn)物鏡在第二次世界大戰(zhàn)中為了偵察攝影的需要而發(fā)展。 著名的是蔡司社的“遠(yuǎn)攝天塞”，孔徑

6、1:6.3，相對(duì)于視野35-40度。 改善后的“泰來(lái)康”，孔徑1:6.3，相對(duì)于視野30度，應(yīng)變不足0.2%。 美國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)中也生產(chǎn)大量望遠(yuǎn)物鏡，如右圖所示，是相對(duì)于焦距1米，口徑1:8及焦距1米，口徑1:5.6的物鏡。 7 .電影攝影中大多使用短焦距的物鏡，在物鏡的后面能夠安裝取景器棱鏡，因此要求長(zhǎng)的像側(cè)頂焦點(diǎn)。 這需要所謂的逆望遠(yuǎn)物鏡，包括正透鏡組和負(fù)透鏡組分離構(gòu)成的，其中，負(fù)透鏡位于正透鏡之前，主平面移動(dòng)至物鏡后方，并且在像側(cè)的焦點(diǎn)距離大于焦點(diǎn)距離。 8 .廣角物鏡，9 .變焦鏡頭，廣角物鏡由海的全日照物鏡出發(fā)，視野開(kāi)闊。 5.2照相物鏡的光學(xué)特性和照相物鏡的光學(xué)特性主要由三個(gè)要

7、素表示：照相物鏡的焦距、相對(duì)孔徑和視角。 (1)焦距：照片物鏡的焦距的大小決定照片上的像與實(shí)際物體的比率。 另外，光學(xué)系統(tǒng)的縱軸倍率：在通常的照相機(jī)中，由于被攝體距離大，鏡頭的焦點(diǎn)距離通常小，因此，攝像面接近焦點(diǎn)面，攝像距離與焦點(diǎn)距離大致相等，因而該式表示照相機(jī)的倍率與焦點(diǎn)距離成比例，與被攝體距離成反比例。 根據(jù)用途不同，攝影物鏡的焦距也不同。 (2)相對(duì)數(shù)值孔徑：在某些照相物鏡中，像縮略圖或制版物鏡那樣追求高分辨率的物鏡較少，許多照相物鏡由于其接收器本身的分辨率不高，因此相對(duì)數(shù)值孔徑的作用提高了物鏡的分辨率照相物鏡根據(jù)其相對(duì)開(kāi)口大小，可以選擇弱光物鏡：相對(duì)開(kāi)口小于19的一般物鏡：相對(duì)開(kāi)口為1

8、:9-1:3.5的強(qiáng)光物鏡：相對(duì)開(kāi)口為1:3.5-1:1.4的超強(qiáng)光物鏡：相對(duì)開(kāi)口大于1:1.4的通常為相對(duì)開(kāi)口將相對(duì)數(shù)值孔徑的倒數(shù)稱為f數(shù)或f光圈，f光圈僅表示物鏡的名義相對(duì)數(shù)值孔徑，稱為光圈指數(shù)，考慮到光學(xué)系統(tǒng)的透射率的影響，表示實(shí)際的相對(duì)數(shù)值孔徑的有效光圈指數(shù)為t光圈，(3)視角： 2，照相機(jī)物鏡的視角決定被攝體的畫面尺寸無(wú)限遠(yuǎn)物體的理想像高式：根據(jù)，具有長(zhǎng)焦距的物鏡只能具有小視場(chǎng)，而短焦距的物鏡必須是廣角的。 在一定的成像質(zhì)量要求下，照相物鏡的3個(gè)光學(xué)特性殘奧表之間存在相互制約的關(guān)系。 在物鏡結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度大致相同的情況下，如果提高任意一方的光學(xué)特性，則必然會(huì)降低另外一方的光學(xué)特性。前蘇

9、聯(lián)的沃羅索夫研究了一些優(yōu)秀的物鏡后，用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)式就可以表現(xiàn)出三個(gè)特性之間的關(guān)系。 該式根據(jù)視場(chǎng)角的大小，攝影物鏡為小視場(chǎng)物鏡：視場(chǎng)角為30度以下的中視場(chǎng)物鏡：視場(chǎng)角為30-60度之間的廣角物鏡：視場(chǎng)角為60-90度，攝影物鏡的三個(gè)光學(xué)特性殘奧表表示一個(gè)物鏡的性能指標(biāo)它們的乘積： l是粗糙不變量，粗糙不變量可以表示一個(gè)物鏡的總性能指標(biāo)，現(xiàn)代中等復(fù)雜度的攝影物鏡，其視角隨著相對(duì)口徑變小而增加的樣子如下表(焦距為100mm時(shí)):總體，5.3玻璃(Celor 光圈物鏡由一對(duì)對(duì)稱的雙分離消色差物鏡構(gòu)成，通過(guò)采用雙分離型，能夠提供更多的參數(shù)，便于像差的校正。 對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱、倍率為-1的系統(tǒng)，彗形像

10、差、失真和垂直軸色差的左右兩半大小相等，符號(hào)相反而自動(dòng)抵消，球面像差、像散、像面彎曲和軸向色差左右兩半重疊。 設(shè)定、修改對(duì)稱系統(tǒng)，可以從下半場(chǎng)開(kāi)始。 透鏡后半部分有5個(gè)變量、4個(gè)曲率半徑、1個(gè)空氣間隔，可以補(bǔ)償系統(tǒng)的焦距、球面像差、像散、像面彎曲、軸上色像差。 對(duì)于功率的公式，對(duì)于兩組元系統(tǒng)，其功率公式，對(duì)于多組元系統(tǒng)，功率公式可以按以下順序?qū)С觯簞t在第二個(gè)方面：因此，將兩組元結(jié)構(gòu)視為一個(gè)系統(tǒng)：因此： 可以從第一方程式獲得：如果將該方程式代入第二方程式，則可以從第三方程式獲得：因此該方程式為Celor方程式，其可以從Celor方程式求出放大率：根據(jù)具體的校正算例，第一透鏡為負(fù)透鏡的放大率的方程

11、式為： 可以求出兩個(gè)透鏡的曲率半徑：如果將上述半徑插入ZEMAX，將EPD10(f/10 )、視場(chǎng)(2w )設(shè)為5度，則可以在不對(duì)透鏡施加厚度的情況下得到：像差系數(shù)：在這種情況下，一邊校正球面像差、像散一邊將光圈設(shè)為第一手優(yōu)化結(jié)果和像差系數(shù)如下：初始結(jié)構(gòu)也能夠根據(jù)一次球面像差和像散的式子求出，具體而言，在第三章中，當(dāng)下式表示球面像差和彗形像差的光圈位于第一跟前的2.5個(gè)位置時(shí)，半視場(chǎng)為2.5度，入瞳直徑為10，間隔t=2.41，相關(guān)殘奧計(jì)如下將w的公式代入上述方程式而得到：其中，a1、a2等的系數(shù)與玻璃相關(guān)，選擇玻璃時(shí)為常數(shù)，選擇其前面的玻璃na=1.60562、va=43.93。 nb=1.

12、61272，vb=58.63，得到的：由半徑和形狀因子的關(guān)系可以求出相應(yīng)的4個(gè)半徑：由一次像差理論求出的初始值接近用ZEMAX進(jìn)行了優(yōu)化的結(jié)果。加上實(shí)際的厚度，用之前制作的優(yōu)化函數(shù)再次優(yōu)化： Celor鏡頭的前半部和后半部合并：前半部和后半部的合成后焦距和像差等發(fā)生變化，先將焦距校正為50，控制球面像差、像散、像面彎曲和軸上色像差，慧形象差為第一次優(yōu)化后的結(jié)果還不好，還有高級(jí)像差。 由于攝影物鏡通常用點(diǎn)圖或MTF來(lái)評(píng)價(jià)畫質(zhì)，所以第二步的優(yōu)化采用點(diǎn)圖的優(yōu)化函數(shù)來(lái)操作：變量設(shè)定為第一正透鏡和兩透鏡的間隔，優(yōu)化結(jié)果如下：5.4三片型(Cook )物鏡設(shè)定修正，三片型物鏡薄有6個(gè)曲率半徑和2個(gè)間隔8個(gè)

13、變量，正好校正7種一次像差，滿足總焦距的要求。 縱向像差(球面像差、像面彎曲、像散、軸上色像差)重疊，橫向像差(彗形像差、畸變像差、縱軸色像差)抵消的3片型對(duì)稱物鏡。 因此，只需要考慮修正半部系的縱像差來(lái)進(jìn)行修正。 在半結(jié)構(gòu)中，由于變量只有4個(gè)，即3個(gè)曲率半徑和1個(gè)間隔，所以在半系統(tǒng)中，為了校正4種一次像差，滿足功率要求，必須將玻璃作為1個(gè)變量來(lái)考慮。 例：設(shè)定口徑1:4、焦距50mm、視野角40度的3枚式物鏡。 設(shè)定校正過(guò)程(1) :根據(jù)Celor方程式分配光焦度和透鏡間隔(半系的焦距為100 ) :設(shè)定校正攝影物鏡時(shí)，正透鏡應(yīng)該盡可能采用折射率高色散低的玻璃。 正透鏡的折射率高是因?yàn)槔昧?/p>

14、補(bǔ)正像面彎曲，色散低是因?yàn)橛欣谏畹难a(bǔ)正。 負(fù)透鏡請(qǐng)使用折射率低、色散高的玻璃。 基于這樣的原則，在半部系統(tǒng)中，第一片透鏡為平凹面鏡，第二片透鏡為正透鏡，初始為平凸面鏡時(shí)，各自的面的曲率為：將上述數(shù)據(jù)插入ZEMAX :焦距： 99.65， Seidel加上可計(jì)算出的適當(dāng)玻璃厚度可得到三片式物鏡的初始結(jié)構(gòu)：入瞳直徑12.5，視野最大20度，其次優(yōu)化初始結(jié)構(gòu)：優(yōu)化函數(shù)采用默認(rèn)的光斑圖形式，結(jié)果如下：設(shè)定修正過(guò)程(2) : 根據(jù)Celor方程分配光焦度和透鏡間距(一半)的第一個(gè)透鏡是平面凹面鏡，形狀系數(shù)為X-1，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法選擇玻璃。 也就是說(shuō)，選擇一對(duì)玻璃，根據(jù)Celor方程式修正兩個(gè)鏡頭的

15、放大率和兩個(gè)鏡頭的間隔，根據(jù)球面像差和像散方程式修正兩個(gè)鏡頭的形狀系數(shù)。 第一個(gè)鏡頭的形狀系數(shù)接近-1時(shí)選擇在場(chǎng)曲、球面像差、像散均為0的條件下使用的玻璃組合，在選擇SF4、N-LAK33A的組合的情況下，正透鏡的折射率高，正負(fù)透鏡的色散比也大，有利于色差的校正，正負(fù)透鏡的折射率的絕對(duì)值也小，將上述結(jié)果設(shè)為ZZ 優(yōu)化初始結(jié)構(gòu)：優(yōu)化函數(shù)采用默認(rèn)的點(diǎn)圖形式，設(shè)定修正過(guò)程(3) :用半部結(jié)構(gòu)修正的三板式物鏡也可以在以下過(guò)程中進(jìn)行：1.根據(jù)下面的二式修正y及w :式中，如果給予玻璃， 從可以解y和w的4.q計(jì)算第二個(gè)透鏡的兩個(gè)半徑(這里，半焦距為1的半徑)，第一個(gè)透鏡為：以前面的例子為例，選擇玻璃為SF4:1.755201、27.579501和n-lak 33 a:1.77 前面用半部法求出的初始構(gòu)造，僅在