镜头技术参数基础

文章目录

• 参考文献
• 木桶效应
• 镜头与相机的匹配
• 镜头常用名词
• 视场（FOV）
• 倍率
• 最大兼容CCD芯片大小
• 工作距离（WD）
• 镜头接口
• 焦距
• 焦距：光学系统的主点到焦点的距离。
• 焦距越小，对光线的弯折能力越强，从而视场越大
• 光圈
• 数值孔径，NA
• 景深
• 景深光路示意
• 相对照度
• 远心光路
• 为什么用远心镜头
• 不同远心度的误差对比
• 畸变
• 分辨率
• 景深与光圈、分辨率相互制约，只能妥协出一个平衡点
• MTF
• 总结

参考文献

镜头基本参数

木桶效应

“木桶效应”：视觉系统的性能，取决于当中最差的元件！

镜头与相机的匹配

镜头常用名词

Field of Depth：景深（Depth of Field）
Front Side Main Point：前端主点
Rear Side Main Point：后端主点
Main Light：主光线
Front Zoom Lens：前变焦镜头
Rear Zoom Lens：后变焦镜头
 
Fiber End (Lighting Surface)：光纤尾部（照明面）
Beam Splitter：分束器
Exit Pupil Position：出射光瞳位置
Aperture：孔径
 
Focus Point：焦点
Back Focus：后焦距
Flange Back：法兰距
Entrance Pupil Position (infinite)：入射光瞳位置
Permitted Circle of Confusion：容许混淆圈（）
Focus Depth: 焦深
Mount：挂载

• 测量精度——远心度

• 倍率
  
• 畸变
  
• 清晰程度——分辨率/MTF
  
• 高低差——景深
  
• 通光量——光圈F#
  
• 均匀度——相对照度
  
• 视场——焦距
  

视场（FOV）

视场（FOV）：视觉中需要观测的对象物范围大小

倍率

最大兼容CCD芯片大小

工作距离（WD）

工作距离（WD）：指镜头前机械端面到被测物的距离。
物像距离（O/I）：被测物到相机芯片的距离。
O/I=WD+镜头长度+相机法兰距

实际应用中，在进行机械设计时应先考虑镜头工作距离，以降低成本

镜头接口

焦距

焦距：光学系统的主点到焦点的距离。

$\frac{焦距f}{工作距离} \approx\frac{芯片尺寸}{视野}=倍率$工作距离焦距f​≈视野芯片尺寸​=倍率

焦距越小，对光线的弯折能力越强，从而视场越大

光圈

• 镜头通常采用 F no. 来表示通光孔径的大小 F no. 越小，通光孔径越大

Fno	1.0	1.4	2.0	2.8	4.0	5.6
通光	1	1/2	1/4	1/8	1/16	1/32

数值孔径，NA

孔径角：光轴上的物点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。
数值孔径（NA): 介质折射率n 和孔径角半角θ的正弦的乘积。

Moritex目录上NA值表示物方数值孔径，描述了物镜收光锥角的大小，是影响镜头分辨率与通光孔径的重要值。
NA值越大，镜头分辨率与通光孔径越佳。

$分辨率 = 0.61 \times λ / NA$分辨率=0.61×λ/NA
$有效Fno = 光学倍率 /(2 \times NA)$有效Fno=光学倍率/(2×NA)

景深

景深光路示意

和景深有关的参数：光圈（F数），放大倍率
$景深(DOF)=\frac{2\times 0.04\times Fno.}{放大倍率^2}$景深(DOF)=放大倍率22×0.04×Fno.​
其中，0.04mm为默认的弥散斑直径，可自行定义。

相对照度

远心光路

为什么用远心镜头

不同远心度的误差对比

畸变

分辨率

景深与光圈、分辨率相互制约，只能妥协出一个平衡点

MTF

总结