双胶镜头简介
当今光学系统已经应用到了广泛的领域当中，所以对于光学镜头的设计就成 了现在人们十分关注的事情。其中双胶合镜透镜使用最广泛。
tomgro在光学设计中，像差（abeDation）指公光学系统中由透镜材料的特性或折射 （或反射）表面的几何形状引起实际像与理想像的偏差。理想像就是理想光学系统 所成的像。实际的光学系统，只有在近轴区域以很小孔径角的光束所生成的像是 完善的。但在实际应用中，需有一定大小的成像空间和光束孔径，同时还由于成 像光束多是由不同颜的光组成的，同一介质的折射率随颜而异。因此实际光 学系统的成像具有一系列缺陷，这就是像差。 像差的大小反映了光学系统成像质 量的优劣。几何像差主要有七种：其中单光像差有五种，即球差、彗差、像散、 场曲和畸变；复光像差有轴向差和垂轴差两种。
单个透镜的差是无法消除的，但把一对用不同材料做成的凸凹透镜胶合起 来，可对选定的两种波长消除差。根据薄透镜系统的初级像差理论，在允许选 择玻璃材料的条件下，一个双胶合薄透镜组除了校正差外，还能校正两种单 像差。另外对于单透镜来说，虽然可以选择不同曲率半径使球差达到最小，这称 为配曲法，但配曲法不能完全消除球差，考虑到凸透镜和凹透镜有符号相反的球 差，所以可以把两种透镜胶合起来进一步消除球差，同样对于彗差也是一样的， 轴外傍轴物点发出的宽光束经透镜折射后，在理想平面上不再交于一点，而是形 成状入彗星的亮斑，此称为彗差。利用配曲法可部分消除单透镜的彗差，也可以 另用胶合透镜消除彗差，但因为消球差和消彗差所要求的条件往往不一致，所以 这两种像差不易同时消除。 ① 80mm■
双胶合物镜：（简称双胶物镜）双胶物镜由一正透镜和一负透镜胶合而成（正 负透镜用不同种类的光学玻璃），正负透镜胶合面两个球面半径相等。这种物镜的 优点是：结构简单，光能损失小，合理选择玻璃和弯曲能校正球差、彗差、差， 但不能消除像散、场曲与畸变，但双胶物镜口径一般不超过 ①100mm因为当口径 过大时，由温度变化胶合加会产生应力，使成像质量变坏甚至脱胶。
①100mm勺双胶物镜焦比可取1/8—1/10,如果焦比太大像质难以达到要求。如图
1所示
ZE-MAX简介
在国内逐渐普及的功能强大的光学软件 ZEMAX CODEV OSL等软件，而ZEMAX 具有高性
价比深受广大专业人员的喜爱，优化性能突出，优势明显。
冯代存
ZEMA是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、 优化、分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAXT只是透镜设计软件而已，更是全 功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点， 与其它软件不同的是ZEMAX的CAD转文件程序都是双向的，如IGES、STEP、 SAT等格式都可转入及转出。而且ZEMAW仿真Sequential 和Non-Sequential 的成像系统和非成像系统。ZEMAX目前有：SE及EE两种版本。
ZEMAXZ非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential)
描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软 件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光 (stray light) 和鬼影
(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout) 一直到优化和公差分析皆可达成。
根据过去的经验，对于光学系统的端对端 (end to end)分析往往是需要两种 不同的设计和分析工具。一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析， 而一套非序列性或未受
限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、
鬼影和一般的非成像系统分析，包括照明系统。
本文就是重在于设计目前在光学设计中都在使用的双胶合透镜，通过正确的 选择玻璃，来校正球差、彗差和轴向差，并且通过 ZEMAX件队设计的双胶合透
镜进行优化，最终达到目的。
双胶合镜头基础结构设计
1.3.1初级相差的光学理论
在设计初期，我们可以将任何光学系统看成是由若干厚度为零的波透镜 组成的，根据初级像差理论，一个近似薄透镜系统的初级像差和数经简化 后可以表示如下：
G = hP hP （ 球差） [1]
Sn = hZ hzP-JZ W （彗差） [2]
2
Srn =£ —P -2JZ zWN +J2Z -Au （像散）[3]
h h h n
Siv=J ”丝 （场曲） [4]
nn
Sv 二、hz3P_3J、hz2N J2% h£（3--：u 工）.J3、口一 h h hhnnn h n
（ 畸变） [5]
、n 2 一
Sis =工（nhz（hc -u）A一=工 h C （轴向差）[6]
n
Sns =2 （nhz（hc—u）△凶 + J挂式小便器△电）=£ hhzC （垂直差） [7]
n n
2 2 . U
P = n （hc - u）
n
N = -n（hc。u） '：u
n
其中：P、NN C称为像差性能参数，如果我们将上面公式中所有的“ Z ”
去掉，就变成恶劣系统中某一个单独薄透镜组所产生的像差和数，根据初 级像差理论，对每一个薄透镜的 P、N C可求出相应规划后 用、港、C同 时，对一个双胶合透镜，还有下列近似关系：
冕玻璃在前时： P，= R ♦ 0.85（N：: -0.1）2 [8]
火玻璃在前时： P--P0 0.85（W--0.2）2 [9]
需要说明的是，在大量实际镜头计算中发现，对于大多数双胶合透镜，值
变化范围不大，当冕玻璃在前时： Wo =0.10
当火石玻璃在前时： W0 =0.20
但不同的玻璃组合和不同C值唯一不同的是R ,也就是说，只要我们知道P。
和C的值，就可以到一些相应的玻璃组合及其结构参数。
实际步骤如下：
由氢气炉PR W30求P0利用公式
P--P) 0.85W-W0)2理疗环 [10]
式中W0当冕玻璃在前取0.1,火石玻璃在前取0.2。
(1) 根据P0和规一化C查双胶合透镜P。表，查出所需要的玻璃组合，
同时查出啊和Q。值。
(2)根据Q。和P*、W*云朵制造机求Q.
由式 P°° = 2.35(Q —Q0)2+P0 和 W°° = -1.67(Q-Q0) + P0
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