广角目镜设计精要

本章节深入探讨两种经典的广角目镜设计方案(如图 7-12 和图 7-13 所示),并将其分别命名为 I 型和 II 型广角目镜。

在忽略透镜厚度和玻璃光学常数的前提下,仅球面曲率一项就包含 8 个变量,这为像差校正带来了极大的挑战。传统的目镜设计通常只关注三种像差:球差、彗差和色差,以及光焦度和出瞳距等外部参数。然而,广角目镜的设计需要考虑更多因素。

鉴于广角目镜中畸变可能超过 10%,我们自然而然地想到将其纳入校正范围。然而,实际经验表明,目镜中的畸变与彗差存在关联性:彗差校正得越小,畸变就越大。换言之,在特定结构的目镜中,一旦彗差确定,畸变也随之确定。因此,无法同时校正彗差和畸变至预设目标值。

考虑到自动设计程序无法同时处理相关像差,我们在校正广角目镜时,依然以球差、彗差和色差为主。至于畸变,则需根据校正结果,通过调整彗差的目标值来兼顾畸变和彗差的平衡。

除了上述三种像差的边缘像差外,广角目镜设计还需关注其视场高级像差,因为广角目镜拥有较大的视场。对此,光学设计通常采取两步走战略:

  1. 最小化高级像差: 尽可能地降低高级像差的值,但受限于特定结构的系统,其校正能力存在上限。
  2. 优化边缘像差目标值: 通过调整边缘像差的目标值,使整个视场内的成像质量达到最佳平衡,即“像差平衡”。

这种“像差平衡”的设计理念在广角目镜设计中尤为重要,我们将在接下来的实例分析中详细阐述两种广角目镜的设计方法。