光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)既是科學(xué)又是藝術(shù)和技巧. 它是科學(xué). 因?yàn)樵O(shè)計(jì)者們?cè)谟脭?shù)學(xué)和科學(xué)定律(幾何光學(xué)和物理光學(xué)) 來(lái)度量和量化設(shè)計(jì). 它是藝術(shù)與技巧. 因?yàn)楦鞣N有效結(jié)果常常取決于設(shè)計(jì)者的個(gè)人選擇. 如果把一個(gè)鏡頭設(shè)計(jì)問(wèn)題交給１２ 個(gè)不同的設(shè)計(jì)師. 往往會(huì)得到１２ 種不同的設(shè)計(jì)結(jié)果. 這是因?yàn)楣鈱W(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)問(wèn)題與常見的學(xué)術(shù)性問(wèn)題是根本不同的.典型的教科書例題都有定義好的輸入量和一個(gè)正確答案. 與之相反. 光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)問(wèn)題通常都嚴(yán)重地定義不足. 并且可能有許多差別很大的解. 這說(shuō)明. 光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)實(shí)踐性極強(qiáng)的工作.對(duì)于現(xiàn)代光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)而言. 其優(yōu)化設(shè)計(jì)仍然是一件復(fù)雜的事情. 有人計(jì)算過(guò). 一個(gè)有１５ 個(gè)變量的鏡頭. 在計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度為每秒１０６ 光線面的情況下. 要找出這個(gè)鏡頭的全局最優(yōu)解. 需要這臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行約１０４ 年. 現(xiàn)代光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)的成功與否取決于兩點(diǎn). 一是合理的初始結(jié)構(gòu). 二是正確的優(yōu)化路線. 而且. 優(yōu)化設(shè)計(jì)的路線不是“華山一條路”. 更不是“道路筆直又筆直”. 設(shè)計(jì)方法也將是五彩繽紛的.因此. 對(duì)于光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)的初學(xué)者來(lái)說(shuō). 若有一個(gè)類似于學(xué)習(xí)繪畫中的“臨摹”、學(xué)習(xí)書法中的“描紅”、學(xué)習(xí)外語(yǔ)發(fā)音中的“Ｆｏｌｌｏｗ ｍｅ” 的過(guò)程. 則對(duì)學(xué)習(xí)和掌握設(shè)計(jì)方法一定是有益的. 也就是說(shuō). 如果有若干初步設(shè)計(jì)的練習(xí)題目. 有步驟清楚、方案可行、結(jié)果可以復(fù)現(xiàn)的路. 初學(xué)者能一步一步地跟著走一遍. 完整、清楚地了解整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程. 那么. 幾個(gè)循環(huán)下來(lái). 對(duì)學(xué)習(xí)一定是有幫助的.事實(shí)上. “優(yōu)化” 是一個(gè)修改已有系統(tǒng)以提高像質(zhì)的過(guò)程. 而缺乏過(guò)程的結(jié)果在初學(xué)者看來(lái)似乎是“來(lái)路不明” 的. 是難以模仿的. 是難以學(xué)習(xí)的. 所以. 本書中的每一個(gè)設(shè)計(jì)例子都列有詳細(xì)的步驟和優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程. 初學(xué)者可以沿著這條優(yōu)化設(shè)計(jì)路線從初始結(jié)構(gòu)出發(fā)分若干步驟追蹤到最后的結(jié)果.另外. 本書的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例不再是按通常的鏡頭使用范疇來(lái)歸類. 而是按它們的結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜(或按有效變量的多少) 的順序來(lái)劃分. 這樣對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程的介紹也就是大體按照由易到難的順序進(jìn)行的.為將評(píng)價(jià)函數(shù)中的像差等操作數(shù)表述得更清楚完整. 書中提出了一種“ 操作語(yǔ)句括號(hào)”. 用它將程序中的標(biāo)識(shí)與提示. 以及要求設(shè)計(jì)者填寫的相應(yīng)內(nèi)容都簡(jiǎn)潔、完整、清楚地表示出來(lái)了. 這有助于更清晰地描述優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程.全書共分６ 章. 本版新加內(nèi)容為第３.. ５ 節(jié)、第３.. ６ 節(jié). 及第６ 章. 第１ 章簡(jiǎn)述光學(xué)鏡頭優(yōu)化設(shè)計(jì)在光學(xué)設(shè)計(jì)中的地位. 并簡(jiǎn)述鏡頭優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)原理. 其目的在于使讀者了解優(yōu)化設(shè)計(jì)中的基本原理、思路、過(guò)程與一些需注意之處.第２ 章列有激光聚焦物鏡、激光掃描物鏡和低倍顯微物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例. 激光聚焦物鏡給出了三個(gè)不同的初始結(jié)構(gòu). 并給出了從這三個(gè)初始結(jié)構(gòu)出發(fā)優(yōu)化出來(lái)的幾個(gè)結(jié)果及相應(yīng)Ⅳ　現(xiàn)代光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)方法與實(shí)例的優(yōu)化過(guò)程. 激光掃描物鏡給出了兩條不同的優(yōu)化路線. 并給出了相應(yīng)的兩個(gè)優(yōu)化結(jié)果. 低倍顯微物鏡的初始結(jié)構(gòu)由兩種不同的方法給出. 一種是依據(jù)初級(jí)像差理論解出初始結(jié)構(gòu). 另一種是參考同類鏡頭直接選用一對(duì)玻璃. 大致分配光焦度. 由此給出一個(gè)初始結(jié)構(gòu)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化.第３ 章列有三片攝影物鏡、三片數(shù)碼相機(jī)物鏡和大孔徑望遠(yuǎn)物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例. 三片攝影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中. 主線是逐步調(diào)整各個(gè)初級(jí)像差的目標(biāo)值. 使得初級(jí)像差與高級(jí)像差達(dá)到好的平衡. 從而優(yōu)化出好的結(jié)果. 三片數(shù)碼相機(jī)物鏡的初始結(jié)構(gòu)是由三片攝影物鏡縮放而來(lái)的. 由此帶來(lái)了鏡片太薄的問(wèn)題. 加厚鏡片不是一步到位而是分七步完成的. 每一步都只增加一小點(diǎn)厚度接著就進(jìn)行一次優(yōu)化. 如此經(jīng)過(guò)七步才將鏡片的厚度加上去. 這樣做是基于一個(gè)推測(cè). 即推測(cè)鏡頭像差與鏡頭結(jié)構(gòu)參數(shù)以及光學(xué)特性參數(shù)之間的函數(shù)空間在相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)極有可能是連續(xù)空間. 在好的解附近. 情況更可能是如此. 這樣. 一些自變量的小量變動(dòng)引起的像差變化. 就比較容易通過(guò)其他自變量的小量變動(dòng)補(bǔ)償回來(lái). 大孔徑望遠(yuǎn)物鏡的初始結(jié)構(gòu)有兩個(gè): 一個(gè)是自行構(gòu)造的. 另一個(gè)是參考同類物鏡縮放的. 兩個(gè)物鏡的色球差和位置色差都校正得很好. 在像差曲線上看. 它的二級(jí)光譜像差就非常明確、非常清楚.在３.. ５ 節(jié)中. 以激光聚焦物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)為例. 用分裂透鏡的辦法減小了低折射率材料產(chǎn)生的高級(jí)像差. 完成了物鏡設(shè)計(jì). 并給第６ 章做了鋪墊.３.. ６ 節(jié)是一個(gè)特大孔徑測(cè)距儀接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例. 它是由兩片高折射率激光聚焦物鏡演變出來(lái)的. 用分裂透鏡的辦法減小了孔徑大幅增加后產(chǎn)生的高級(jí)像差. 從而完成了物鏡設(shè)計(jì). 也為第６ 章做了鋪墊.笫４ 章列有中倍李斯特顯微物鏡、四片放映物鏡和雙高斯攝影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例. 中倍李斯特顯微物鏡的設(shè)計(jì)采用改進(jìn)了的配合法. 在配合設(shè)計(jì)過(guò)程中輔以初步優(yōu)化. 從而省去了由中間數(shù)據(jù)手算透鏡半徑的過(guò)程. 使得過(guò)程簡(jiǎn)單可行. 因?yàn)槟切┲虚g數(shù)據(jù)一般是埋藏在光學(xué)設(shè)計(jì)程序中沒有顯式的輸出. 另外又將配合法設(shè)計(jì)出的中倍李斯特顯微物鏡做進(jìn)一步的優(yōu)化. 從而消除了像散. 而在經(jīng)典的配合法設(shè)計(jì)中. 李斯特顯微物鏡的像散是沒有消除的. 四片放映物鏡的初始結(jié)構(gòu)的構(gòu)成思路和偏角分配數(shù)據(jù)來(lái)自王樹森的“ 堆砌法” 思想. 遺憾的是.