谁能帮我写一个课程设计题目是相机光学镜头的设计或者给点资料
但问题是，计算机能生成优秀的镜头设计吗？当然不可能。真正的设计其实来自于人的大脑，就像导航仪器只有在你为它指定了明确的目标后，才能帮你找到正确的路线。商业镜头设计系统当然可以为你优化镜头设计，但是如果设计本身的出发点不足，那么你就很难改正。目前光学设计部门广泛使用计算机，但也说明计算机及其计算机程序并不能为你找到所有的答案。
镜头设计是一项创造性的工作，必须以经验和敏锐的洞察力来了解各种光学像差的特性。
首先让我们来看看镜头设计的一些基本原则。
任何镜片，不管是新的还是旧的，都可以用“镜片说明”一词来区分镜片的数量、玻璃的种类、镜片的曲面半径、镜片的厚度、镜片之间的距离、每个镜片的直径等等。这些都是用来全面描述一个镜头的参数。当物体发出的光穿过玻璃表面时，会发生折射，就像我们在中学物理课本上学到的物理知识中描述的那样。
光的折射量取决于玻璃的折射率。镜头设计者如果能知道光线进入镜头前镜片时的位置和入射角，就能通过光理论系统准确跟踪光路。可以通过三角函数的正弦和余弦计算角度和距离。因此，通过简单的平面几何，可以追踪光的路径。我们知道任何点光源发出的能量都是散射的，没有方向可言。只有一部分能量穿过透镜，设计者还假设穿过透镜的能量(那些被视为一系列独立的光线)可以通过简单的数学来追踪那些光线的路径。
镜头设计者首先从光轴上的某一点追踪少量光线。假设每个物点都会形成在胶片平面上它对应的点上，那么来自物体的光就会转换成这样一个相位点，并且具有相同的相对位置。这是高斯的小说。对于那些靠近光轴的点，设计者可以合理地认为高斯成像是相当精确的，这就是傍轴光学。虽然计算公式相当简单(至少对于有经验的设计者来说)，但要求这些数字的计算精确到小数点后5~8位。
在机械和电子计算机出现之前，计算这些数值的唯一方法是使用对数表。在20世纪30年代，每天只能进行50次这样的计算。因为容易出错，每个数字都要检查两遍。比如不要把“7”当成“9”，一定要保证手写字体工整易认。我曾经有机会在Solms看到Leitz早期的设计成果。那些长长的数字，为了便于识别和抄写而精心书写的字体，都说明了当时的工作有多辛苦。比如一个6片镜片的镜片设计，每片镜片的表面需要计算200个光路，整个镜片的计算量达到3000个光路，需要3个月才能完成所有的计算。当时Leitz的工作和组织方式令人惊叹(Leitz直到最近才第一次透露)。
镜头设计师倾注在他设计中的浪漫想法自然是个谜。
在实际设计中，设计主管负责一组工人，其中大多数是女性，她们负责大量计算工作中非常重要的一部分。设计总监指导整个设计。他从他的工作人员知道的大量光学公式中得出结果，决定是继续原来的设计还是调整设计。对于任何重要的摄影光学来说，平行光轴光学的计算用处不大。
对于大口径镜头的设计，由于进光量较大，所以考虑斜向光进入镜头非常重要，考虑平行光进入镜头在中心区域成像非常重要，但对于远离像场中心区域的成像意义不大。斜着进入镜头的光可以分为垂直和水平两部分。穿过垂直面的称为切向射线，穿过水平面的称为径向射线。这部分光路需要一个特殊的公式来计算。但是这些公式极其复杂繁琐，手工计算几乎不可能。即使对现代电子计算机来说，这也不是一件容易的事。
所以在实际设计中，设计师尽量避免那些计算(射线)或者只做近似计算，Leitz和Zeiss就是这么做的。最后的计算毫无例外都是妥协的结果，即有已知因素，也有未知因素。
越轨
我们都知道，光是由不同波长的彩色光波组成的，而当光进入透镜时，不同波长的光波都有自己独特的光路。我们已经知道，理想光线不可避免地会受到透镜的干扰而产生像差。透镜设计的第一要素是理解和控制这些像差。校正后的光线路径与现实的偏移量可以通过三角几何函数计算出来，两者之差称为光线路径差，用来控制像差。典型的像差是球面像差、光晕和光损失。在20世纪30年代，物差虽然被量化了，但却总是成为镜头设计中令人困惑的因素。
像差方程是一个多元方程，每个元素代表一个已知的像差，其系数代表其重要性和对成像质量退化的影响。所有像差之和可以概括为:像差= aSA+bC+cA(SA:球差；c =彗差、晕；a =散光，光损失；a、b、c:加权值)。
过去，由于对物差的理解需要大量的计算，光学设计人员对物差的理解仅限于一些理论知识，其实际应用非常有限。因此，关于特殊光路校正的知识还不完善。所以蔡司的Sonnar和莱茨的Summar之间孰优孰劣的争论从那时持续到现在也就不足为奇了。设计师只有从设计草图入手，才能知道如何大致修正镜头设计。
对于设计师来说，要想校正像差，必须能够知道具体的像差会对成像产生什么影响。球差会影响像场中心部分的成像，像面的弯曲程度表示拐角的矫正，等等。然而，这仍然是一个简单的说法。所有的像差都会对整个画面产生影响。像差的作用只有一个:来自物体某一点的光的能量不能完全集中在它对应的成像点上，而是形成了一个模糊圈，模糊圈内光的分布不是平衡的，而是不规则的。实际上，模糊的圆并不是一个正圆，而是一个不规则的形状。它的形状，光线在其中的分布，模糊圆在成像平面上的准确位置，都是像差相互作用的结果。
像差是多种多样的，为了方便起见，我们可以将其分为三类:3阶像差、5阶像差和7阶像差。“3”、“5”和“7”代表等式中上述像差的指数。我们所熟悉的是三阶像差，也称赛德尔像差，其名称来源于第一个用数学方法全面描述它的人。“三级”这个名字真的很混乱:三级像差是所有像差中最重要的，从这个方面来说，它是第一级。目前，很难将这三种像差都控制在令人满意的水平。重点是:当你把三种像差都控制住了，就会遇到五种像差的干扰。与三级像差相比，它们更易变，更难控制。这样一来，一旦三级像差控制好，成像的模糊圈变得很小，新的像差又产生了，这些新的像差对画面的影响会让你更加压抑。像差的结果通常都是一样的:降低对比度，模糊整个画面。像差对成像的影响是致命的，这也是MTF成为现代镜头设计的有力工具之一的原因。MTF可以告诉你你的镜头设计哪里需要改进。
现在我们应该明白为什么旧的镜头设计是那样的了。首先，缺乏关于高阶像差的理论知识。为了很好地校正赛德尔像差，设计者将不得不面对巨大的计算工作量。所以设计师一般都是从创作灵感或者之前的名气入手，画出光路的大概草图。如果草图看起来有希望，继续设计。为了在合理的时间和预算内(当时资金有限)达到结果，设计师省略了一些光学计算，在无法精确计算的情况下使用近似法，使用已经精确掌握特性的光学眼镜。
当然，塞德尔像差不可能完全校正，设计师将不得不寻求校正的平衡或将其影响降至最低。但即使是这种平衡本身的效果也是有限的。以双高斯结构为例，设计本身存在一定的斜球差(OLA =斜球差)，但另一方面，这种结构可以很好的矫正散光。斜球面像差在径向比在切线方向严重得多。为了平衡径向的球差，我们需要接受一定量的3阶像差，使LOA在径向上基本接近切线，但也产生一定程度的渐晕！是的，非常有趣的现象。事实上，许多设计(无论新旧)都使用暗角作为设计工具。业余镜头测试报告经常批评某些镜头的暗角现象，却不知道一定程度的暗角可以提高成像质量。
最显著的例子就是Leitz的Noctilux f/1.2。这个镜头的暗角比佳能50/1.2更严重，但全开时画质好很多。所以老一辈的镜头设计天才们(Berek，Bertele)走了两条路:一是要先造出一个基本的设计，像差很小并且这个设计是可以修正的。泰莎就是这样一个例子，设计师要同时考虑很多其他变量，这是成功设计的第一步。
下一步也是更重要的一步是让你的设计有足够的生产公差。Hektor 2.5/50等老设计太贵，因为生产加工的公差太小。
用户必须测试几个不同的版本才能获得满意的拍摄效果。这就不难理解为什么认真的摄影师会选择不同的镜头进行测试和使用，直到满意为止。为了平衡设计中的不同像差，必须保留一定量的残余像差。不是每个设计师都能成功或创造性地找到手头的最佳解决方案。因此，从30年代到60年代，人们对Leitz和Zeiss的著名镜头(真实的或想象的)的味道和特点展开了激烈的争论。直到今天，光学设计和计算都和用户的期望不在一个层次上。
计算机
自20世纪50年代计算机开始介入镜头设计(Leitz最早使用计算机进行镜头设计，机器名称为Zuse，德国制造)以来，变化不大。你可以更快地计算，做更复杂的扭曲光线的方程。
然而，设计缺乏的是对各种像差本身的深刻理解。可以计算和需要计算到镜头里的光线数量呈几何级数增长。镜头数量(以前设计的限制因素:镜头越多，计算和改动越多)增加了，更多的镜头给设计师带来了更多的自由。因为有更多的镜片表面来处理设计，设计师可以更大程度地控制像差。更多的镜头也意味着更高的成本，也往往是更少的生产空间。新的徕卡Apo-Tele 3.4/135有五个镜头，具有真正的Apo校正能力，但它对光的折射不是无限的。这方面需要更多的镜头才能做得更好，但有了它，高质量的成像质量会更难保证，制作的公差也会更严格。
借助现代计算机的强大能力和对光学理论的进一步研究，今天对五阶赛德尔像差的认识已经扩展到包括60多种各种像差。设计师不可能随意操纵镜头的很多变量。前置镜头的直径和重量，镜头卡口的直径和光圈的位置通常是固定的，不能改变。
这些限制会影响许多像差的校正。现在对新镜头的设计要求越来越高。新的SummiluxR1.4/50需要两个设计目标:光圈缩小后画质显著提升和光圈全开时整个画面要达到非常好的画质。这两个要求，他们的前辈都没有达到。
现代计算机每秒可以跟踪计算20万条射线，各种参数的数量也在不断增加。对于六个镜头的设计，计算机需要很多年才能找到所有可能的结果，所需时间是天文数字——从1开始，后面跟着99个零。
计算机对当今镜头设计的重要性在于，它是一个优化工具，而不是设计工具。
还记得像差方程吗？在成像之前，我们实际上形成的是一个扩散区。我们可以确定每条偏离的光线，并计算成像的模糊圆。理解状态的模糊圈要很小，所有的光和颜色都要牢牢的聚集在一起。我们可以让计算机来完成这项工作(比如计算曲率、镜片需要的厚度、镜片之间的距离)从而得到最小的模糊圆范围，用计算机来做这项工作相对来说是省时省力的。然后由设计师来优化选择。这是电脑最重要的用途。其实大部分光学设计程序都应该叫优化程序，由设计师决定哪些要优化，优化到什么程度。所获得的结果被称为价值函数。优化方案有成千上万种，我们可以用地图在三维空间中展示出来——想象你坐在直升机里，观察一个地方的地形，你会看到平原、山脉和峡谷。
有的地方高，有的地方低，理论优化方程和那个地形差不多。一个功绩值实际上是地貌的最低点，或者说是峡谷的底部。让你的电脑探索该地区，直到你找到峡谷。一旦计算机找到一个峡谷点，它就会停止寻找。你可以让它继续寻找下一个峡谷底点。
如果你不熟悉这一带的地形(你不知道优化点，否则可以不借助计算机直接得到优化点)，即使你已经找到了优化点，也可能一无所知。
一个人知道的是，很多不同厂家的镜头表现都很好，非常接近，这都归功于用电脑寻找优化点的结果。所有的计算机都在寻找同一个点，最终都会找到一个。一个带有粗糙倾向的策略出现了:如果你没有找到你需要的最佳值，你可以增加镜头数量来达到一个漂亮的MTF图。你不能无休止地寻找最优点，这要用几千年来计算。所以当预算接近尾声的时候，你必须停下来，停留在最初的设计上。如果一个光学设计是非常好的设计，那么这个设计最后得到的MTF图是非常漂亮的。但反过来却不是这样。好的MTF图绝不等于好的设计。
所以我们知道徕卡的设计策略:你需要通过研究光学设计的根源来掌握设计的特点。一旦你知道一个设计是否有潜力，你就可以明智地指示计算机在优化图的特定区域搜索优化点，找到你需要的理想值就停下来。
徕卡透镜的演变
了解了这些镜片设计的一般背景知识，我们就能理解为什么现代徕卡镜片得到了改进，在哪些方面得到了改进。从一开始一直到上世纪60年代，早期的Leitz镜片其实都是在对高级像差和玻璃参数不完全了解的基础上手工设计的。计算机的使用使得更好地校正残余像差成为可能，但本质上，图像质量(对于畸变光学)远远落后于中心部分(平行光学)。光学设计和产品加工是完全分离的，这导致设计具有非常严格的生产公差。
第二代(Vollrath/Mandler时代)的特点是使用优化设计。生产公差的重要性已经引起了人们的重视。优化设计被广泛用于合理化生产和降低成本。
20世纪70年代和80年代是莱茨为生存而挣扎的时代。R系统的不断扩展需要设计将生产成本降到最低。徕卡仍然保留着这一时期设计的一些最著名的镜头。Notilux 1.0/50和Summilux1.4/75至今仍被认为是伟大的设计，可以说是手工设计时代的最后产物。
优化也带来选择。现在我们对设计过程有了更好的理解，产品的生产可以更和谐地达到要求的生产公差。以APO-埃尔马里特-R 2.8/100为例。如果只看单色像差，还不如早前的4/100。但是在白光方面，2.8/100的进步是巨大的。
现在我们有另一个问题。每个波长都有自己的图像平面，具有最佳对比度。但真正的影像平面只有一个，那就是电影平面。因此，设计者需要在他对光学设计的理解上找到一个折衷方案，以获得最佳成像。
80年代末至今的第三代(Kolsch时期)设计，特点是在镜头设计的两大约束:机械精度和可接受的成本中，寻求更优秀的光学设计。在K . K .先生，lsch领导下的设计团队由一些非常有事业心的男女组成。对他们来说，光学设计和生产加工的原理完美地融为一体。比如非球面镜片的使用，对生产、加工、装配精度的要求比以前更加严格。非球面透镜是唯一需要送到Solms检验的透镜。
现代徕卡镜头旨在挑战胶片颗粒的极限。如果说有哪个设计知道原理的话，那就是:低频空间频率极高的对比度表现(勾勒物体的能力)和高频空间频率的高反差表现(记录尽可能精细细节的能力)。这种性能本身就不容易达到，需要在全光圈的情况下，像场大部分区域都有这样的性能。
蔡司和徕卡的区别在于，蔡司侧重于高反差对低频空间频率的表现，而不是高反差对高频空间频率的表现。蔡司补偿生产纬度的设计系统在徕卡不可行。徕卡的设计要求隐含着对球面像差和色散的严格校正，并要求对透镜设计的基本原理有深刻的理解——姑且称之为光学特性。你可能需要一年多的时间才能完全理解一个提议的设计能达到什么样的效果。
没有这种认识，设计师永远找不到设计的优化功能。
一个能记录高频空间频率良好对比度的设计，要求的公差很小。最小细节中对比度的再现对聚焦和加工校正的误差极其敏感。徕卡镜头从一开始就是由光学工程师和机械工程师组成的设计团队完成的。负责产品生产的工程师说了算:如果设计要求的生产公差不切实际，那么光学设计师就要从头再来。在本文的开头，我提到了通过光学系统的总光能。徕卡的设计师注意到，光流从一个镜头到另一个镜头逐渐放松(最初的徕卡设计师注意到光流从一个镜头到另一个镜头是放松的)。要避免光路路径的突然变化，例如使用折射率与其他透镜完全不同的透镜或曲率变化非常大的透镜。你在这里看到的是一种禅的方式。这些新的设计原则带来的惊喜令人震惊:镜头清晰地再现了胶片所能记录的最小细节。即使是全光圈，从画面中央到整个画面都能看到这种出色的表现。