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物理光学工程中光学镜头的设计
作者：朱会卓
来源：《中学生数理化·教研版》2010年第03期
任何光学镜头，不管是新的还是老的，都可用“镜头描述”这个术语来区分镜片的数量、玻璃的种类、镜片的曲面半径、镜片的厚度、镜片与镜片之间的距离及每个镜片的直径等，这些都是用来全面描述一个镜头的参数，当发自于某个物体的光线穿过玻璃表面时，该束光线会被折射，就如我们在中学物理课本中学到的物理知识所描述的那样：光线折射量取决于玻璃的折射率。
如果镜头设计者能知道光线射入镜头前镜片时的确切入射位置以及入射角度，他就可通过光线理论系统精确地追踪光路，角度和距离可通过三角函数的正弦和余弦计算出来，因此。通过简单的平面几何，光线途经的线路就可被追踪到。
我们知道，任何一个点光源发出的能量都是散射的，并无任何方向性可言，只有部分能量通过镜头，而且设计者也假设通过简单的数学来计算通过镜头的能量可追踪那些光线的路径，下面我就简单的介绍光学镜头的设计。
一、光学镜头的设计原理
为了获得一个较理想的光学镜头，光学设计人员首先清晰明确地了解使用要求、使用效果和设计结果转入加工制造时的可能性，在设计要求方面，设计人员对镜头所要求的焦距、孔径、视场、最近成像距离等光学特性参数和分辨率、畸变、光学传递函数等成像质量特性参数都应熟悉，光学镜头设计者首先从光轴上的某点开始追踪少量的光线，这里所假设的是每个物像点都会在胶片平面上形成于之相对应的点，所以发自物体的光线都将被转化为这样的成相点，并且具有同样的相对位置。
我们知道，光线是由不同波长的有颜色光波组成的，而且当光线进入镜头时，不同波长的光波具有其独特的光学路径，我们还知道理想的光线不可避免的被镜片所干扰而产生像差，镜头设计的第一要素就是对这些像差进行了解和控制，通过三角几何函数可计算出校正的光线路径和现实的偏移量，这两者之差被称为光线路径差，是用来控制像差的依据，典型的像差有球面像差、晕光和失光。
在20世纪30年代，尽管对像差进行了量化，却始终成为镜头设计的困扰因素，对于设计者来说如果想对像差进行校正，就必须能够知道特定像差对于成像会造成什么影响，球面像差会影响像场中央部分的成像，像面弯曲的程度说明了角部的校正情况。
物理光学工程中光学镜头的设计
