照相物镜设计

到1866年，像差理论的发展，使人们认识到对称的胶 合透镜可以把像差校正得很好，设计出了右图所示的物 镜，其相对孔径为1：8，视场为50度，物镜的球差、 色差和慧差都有很好的校正，畸变和倍率色差也因结构 对称而不大。
重钡冕玻璃的出现使得在1890年设计出了普罗塔物镜，该物 镜以其校正了匹兹堡和及像散而优于之前的所有物镜，它的 相对孔径在1：4.5-1：18之间，视场为40-90度，由它拍摄的 整张照片都是清晰的。
1902年出现的天塞物镜，可看作是三式的后面一块正透镜改为二 块玻璃胶合的结果，它在高级像差方面要比三片式好。天塞的光 学结构简单，实用，它的解像力高，反差适中，畸变小，获得了 “鹰眼”的美誉，当年被蔡司公司尊为头号镜头，一切蔡司公司 所生产的顶级相机全部配备天塞镜头
将三片式中的单透镜改为双胶合的设计比较多，海里亚物镜就 是其中的一种，是美国在二战中用得最多的夜航摄物镜，它利 用二胶合面把高级慧差和带球差校正得很好。 5. 双高斯物镜（Planar） 双高斯与达岗等对称物镜不同，它是用薄透镜加厚透镜的结 构。由于具有小半径的厚透镜处在薄透镜后的会聚光中，近 于不晕位置，因此它的像差和带像差都有所缩小，相对孔径 比较大。它是现在1：2物镜的主要结构，在视场缩小时， 可得到1：1.4的结果，稍复杂化后，可得到更大的相对孔径， 达1：0.85，这一类型的物镜是目前普遍使用的物镜，也是 最受欢迎的物镜。
7. 反摄远物镜 在电影摄影中，常常用到短焦距物镜，为了在物镜后面能 安装取景棱镜，因而要求有长的像方顶焦距。这就需要使 用所谓的反摄远物镜，其是由正负透镜组分离组成，负透 镜位于正透镜之前，从而使主平面后移至物镜后方，达到 像方顶焦距大于焦距的目的。 8. 广角物镜 广角物镜是以海里的全天照相物镜出发的，其视场很大。
f′ β≈ l
此式说明照相机的放大率与焦距成正比，而与物距成反比。 由于用途不同，照相物镜的焦距也不相同。通常照相物镜的焦距标准如下：
物镜类型 鱼眼物镜 超广角物镜 广角物镜 标准物镜 短望远物镜 望远物镜 超望远物镜
物镜焦距f’/mm 7.5、15 17、20 24、28、35 50 85、100 135、200、300 400、500、600、800、1200
利用新老玻璃的组合，生产出了质量更好的达岗（1892）和 双普罗塔（1894）。这两种物镜至今还在生产，其相对孔径 为1：6，视场为60度。这种物镜的自由度较多，每一半都可 以单独校正像差，因而一个物镜可作为二种焦距的物镜使用。
从达岗出发，把靠近光阑的二透镜从胶合组里分离出来，利 用多出的自由度设计出了1：4和70度视场的结果，这种物镜 至今仍是主要的航摄物镜之一。 4. 三片式物镜 1893年，塔克洛尔（H.D Tealor ）用分离薄透镜作为对称型的 一半，设计出了柯克三片式物镜，这是能校正所有像差的一种 最简单的结构，在非对称情况下，其独立变数恰能校正七种像 差。这种类型现在已具有相对孔径1：4，视场50度的光学性能。 1 4 50 如果视场减小时，相对孔径可达1：2.8，现在它仍然是一种比 1 2.8 较流行的物镜。
第五章 照相物镜设计
5.1 照相物镜的发展及其基本结构
在照相物镜设计中，类型的选择预先确定了设计成败的可能性，物镜的选型不仅对初级像差， 而且对高级像差也是十分有关的，因此选型很重要。 1. 风景摄影物镜 最早出现的照相物镜在1812年，是单片的正月牙透镜， 相对孔径小于1：14，视场50度以内，可用于室外照明 良好的条件下拍照
6. 摄远物镜 用正负二透镜组所构成能使摄影物长度减短的都称为摄远 物镜。摄远物镜是在第二次世界大战中为了侦察摄影的需 要而发展的。 比较著名的有蔡司公司的“远摄天塞”，相对孔径1：6.3， 视场35-40度。改进的“泰来康”，相对孔径1：6.3，视 场30度，畸变小于0.2%。
美国在二战中也生产了大量的摄远物镜，如右图所示，其 为焦距1米，相对孔径1：8及焦距1米，相对孔径1：5.6的 物镜。
1821年出现了胶合的透镜，代替了弯月牙形的单透镜，双 胶合透镜因色差得到校正成像质量有所提高，但制作成本 比较高。正、负透镜分离的形式可以得到更好的成像质量， 因为双分离情形下可以更好地校正像散。
2. 匹兹堡人像物镜 1840年匹兹堡设计出了一个相对孔径为1：3.4，视场为25度 左右的物镜，即匹兹堡人像物镜，该物镜可用于室内摄影， 是第一个依靠设计而制造出来的照相物镜。 匹兹堡物镜是1910年以前的所有物镜中相对孔径最大的，它 在近轴部分的成像质量优良，至今仍在用作电影放映物镜等 须要大孔径小视场的场合。 匹兹堡物镜的改进型式很多，是现在五大类物镜中的一类。 3. 对称型物镜 最早出现的对称型物镜，相对孔径很小，如斯坦赫尔的潜望 镜头，相对孔径为1：30，视场为70度，只能用作风景摄影。 海普岗是这种类型的极限结构，是冯虚格在1900年设计出的， 两个透镜的外表几乎是半球面，具有140度左右的视场，相 对孔径很小1：30，但它具有大的无畸变视场，至今仍用在 航测仪器中。
（2）相对孔径： D f ′ 照相物镜的相对孔径，决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，最高分辨率即通常所说 的截止频率：
N=
D f′
λ=2u ′ Nhomakorabeaλ
照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其接收器本身 的分辨率不高，相对孔径的作用并不是为了提高物镜的分辨率，而是为了提高像面光照度：
9. 变焦距物镜
5.2 照相物镜的光学特性
照相物镜的光学特性，主要由三个因素表征：照相物镜的焦距、相对孔径和视场角。 （1）焦距：照相物镜焦距的大小，决定了照片上的像和实际物体之间的比例。 光学系统的垂轴放大率：
β=
y′ l ′ = y l
对于一般相机，物距都比较大，而镜头的焦距一般比较小，因此像平面靠近焦平面， 像距近似与焦距相等，因此：
1 2 E ′ = π Lτ ( D f ′ ) 4
τ 为物镜透过率