如何选择适合的玻璃材料？

设计可见光范围的一个鱼眼镜头或广角物镜时,初始结构可能需要5～7片光学透镜元件,初始结构建立方法可以根据设计者的经验自行建立,或者根据基本原理来推导建立。比较简便的方法,是查询手头拥有的镜头数据库或专利库,获取初始结构。在大多数情况下,如果系统是目视系统,如第9章的设计例子,则只对3个波长优化镜头就足够了。但是,在大视场的情况下,轴外像差比较严重,需要设置5个经适当加权的波长和较多的视场点,以便对轴外视场做足够采样。由于轴外视场较大,会存在轴外高级像差,如子午彗差、场曲、垂轴色差等校正问题,一般需要选择合适的玻璃组合。改变玻璃种类,可以根据设计经验,用手工改动方法;或者用软件具有的玻璃自动优化功能,作为自动方法来实现。玻璃自动改变方法,是以评价函数值作为判据,在自动改变玻璃配对的过程中,光学设计程序根据设计者设定的玻璃边界条件,限定玻璃只在玻璃图内变化,并实时监测评价函数值达到最小的位置。以德国肖特玻璃库使用为例,自动优化过程选择玻璃,玻璃趋向于从FK、PSK经过SK、Lak、LaSF达到SF,很少选择KF、LLF、LF玻璃或F玻璃,甚至连BaLF、BaF玻璃或BaSF玻璃这样的玻璃在优化的过程中也很少被使用。但是,处于玻璃图中心区域的某些玻璃类型,如KzFS玻璃和TiF玻璃,经常在玻璃优化过程中被选用。其原因在于,与正常玻璃BaF或BaLF不同,这些玻璃具有反常的相对部分色散,因此使用这些玻璃更容易校正色差,尤其是更容易校正二级光谱。

如前所述,处于玻璃图中心区域的玻璃(BaLF、BaF、BaSF)属于正常玻璃,不能校正二级光谱;同时,它们的阿贝数γ相比来说,数值大小处于中等位置,用于校正初级色差都不太好用。具有反常色差的KzFS玻璃,虽然很容易校正二级光谱,但在肖特玻璃库中,KzFS玻璃不属于常用或大批量使用的玻璃类型,设计中不能作为首选玻璃,否则会使设计数据不实用或者会带来昂贵的成本。(www.xing528.com)

对于光学设计人员而言,设计之前,必须对国内外玻璃厂商的玻璃库做深入的了解,整理出玻璃性能优越、属于玻璃厂商大批量供应的玻璃库供设计使用。整理可用玻璃的玻璃库时,必须核对每种玻璃的光学参数与理化性能参数,包括玻璃的可用性、价格、光谱透射特性、热特性、着色性等,要确保是最优的选择。下面介绍光学设计人员在玻璃选择过程中必须考虑的最重要参数。