光学镜头设计标准与忌讳

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+ t; v2 ]% D$ o2 {& u% w4 V" b6 h<br/>      今天的镜头设计(或者像光学设计者称之为光路设计)似乎是小菜一碟：在镜头的资料库中有成千上万的设计专利的展示，并且有许多是公开发表的。你似乎可以从大致的设计构思着手，然后利用高速的计算机系统为你的设计草图进行优化，达到你实际想要达到的目标。 <br/>
6 \+ p2 Y! T! i$ h1 f1 ?) U/ A& p2 O3 Z<br/>　　但问题是，计算机能够生成一个优秀的镜头设计吗？当然是不可能的。真正的设计其实是源自于人的大脑，就如导航仪器只能在你给它指定明确的目标之后才可以帮助你找到正确的航线一样。商业镜头设计系统当然可以为你优化镜头设计，但如果设计的出发点本身是不足的，那么你是很难更正它的。在光学设计部门中目前大量使用了计算机，但它也毫不例外地表明了计算机及其计算机程序本身是无法给你找到全部答案的。 <br/>
<br/>　　镜头设计是极具创造力的工作，它必须基于经验和敏锐的洞察力来了解各种各样光学象差的特性。 <br/>
<br/>　　首先让我们来看一些镜头设计的基本原理 <br/>
5 |, V7 y$ u/ ?7 @# ]<br/>　　任何镜头，不管是新的还是老的，都可以用“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、以及每个镜片的直径等等。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。 <br/>
<br/>　　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，他就可以通过光线理论系统精确地追踪光路。角度和距离可以通过三角函数的正弦和余弦算出来。因此通过简单的平面几何，光线途经的线路就可以被追踪到。我们知道任何一个点光源发出的能量都是散射的，并无任何方向行可言。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(那些被视为一系列的各自独立的光线)可以追踪那些光线的路径。 <br/>
<br/>　　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象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。这就是高斯成相(Gaussian Fiction)。对应那些靠近光轴的点，设计者可以有理由相信高斯成象是相当精确的，这就是平行光轴光学(Paraxial Optics) 。尽管计算公式相当简单(至少对有经验的设计者来说)，但要求对于这些数字的计算精确到小数点后5~8位。 <br/>