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四大光学镜头光学设计区别

发表时间:2023-08-11 浏览次数:1322

光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头,简称镜头,其主要作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上,形成光学图像。相机上所配置的镜头是非常重要的,不同功能的镜头可以在不同的应用下,得到不同的图像效果。它对成像质量的几个最主要指标都有影响,包括:分辨率、对比度、景深及各种像差。



镜头的质量直接影响到相机的整体性能,合理地选择和安装镜头,是场景应用的重要环节,光学设计不同的镜头有着不同的应用效果。


一、照相镜头


照相镜头的光学特性可由三个参数来表示,即照相镜头的焦距f'、相对孔径D/f'和视场角2ω'。其实就135照相机而言,其标准画幅已确定为24mm X 36mm,则其对角线长度为2D=43.266。



照相机镜头的另一个最重要的光学特征指标是相对孔径。它表示镜头通过光线的能力,用D/f'表示。它定义为镜头的光孔直径D与镜头焦距f'之比相对孔径的倒数称为镜头的光圈系数或光圈数,又称F数,即F=f'/D。



当焦距f'固定时,F数与入瞳直径D成反比。由于通光面积与D的平方成正比,通光面积越大则镜头所能通过的光通量越大。因此当光圈数在最小数时,光孔最大,光通量也最大。



随着光圈数的加大,光孔变小,光通量也随之减少。如果不考虑各种镜头透过率差异的影响,不管是多长焦距的镜头,或者镜头的光孔直径有多大,只要镜头的光圈数值相同,它们的光通量都是一样的。对照相机镜头而言,F数是个特别重要的参数,F数越小,镜头的适用范围越广。



与目视光学系统相比,照相物镜同时具有大相对孔径和大视场,为了使整个象面都能看到清晰的并与物平面相似的象,需要校正所有各种象差。照相物镜的分辨率是相对孔径和象差残余量的综合反映。在相对孔径确定后,往往采用"弥散圆半径"来衡量象差的大小,最终则以光学传递函数对成象质量作出评价。



近年来兴起的数码相机镜头,同传统相机镜头的特性和设计上类似,其主要差别有下面几点:


1.相对孔径较传统相机大。


2.较短的焦距,使得景深范围增大。


3.较高的分辨率,根据光电器件的PIXEL的大小,一般数位镜头光学设计要达到1/(2*PIXEL)线对。



二、投影镜头


投影物镜是将被照明的物成一明亮清晰的实像在屏幕上,一般来说,像距比焦距


大的多,所以物平面在投影物镜物方焦平面外侧附近。投影物镜的放大率是测量精度、孔径大小、观测范围和结构尺寸的的重要参数。



放大率愈大,测量精度愈高,物镜孔径愈大。当工作距离一定时,放大率愈大,共轭距愈大,投影系统结构尺寸越大。由于其是起放大作用,像面中心照度与相对孔径平方成正比,可用增大相对孔径的方法来增加象面照度。



液晶式投影机上所用的投影镜头同传统的投影物镜的区别:


1.相对孔径较大。


2.出瞳距长,即需要设计成近远心光路。


3.工作距离长。


4.解像力高.


5.畸变要求高.



三、扫描镜头


扫描物镜可用三个光学特性来表示,即相对孔径、放大率和共轭距。放大率是扫描物镜的一个重要指标,由于一般物体大小是固定的,故放大率愈小,意味着镜头的像面愈小,焦距也就愈短,相对来讲扫描系统结构可以做的更小,但同时要求镜头的解像力也愈高。



共轭距是指物像之间的长度距离,对镜头来讲,一般希望共轭距愈长愈好,共轭距愈短,视场角增大,意味着镜头愈难设计。其原理图同照相物镜一样,是一个缩小的过程。



扫描物镜的设计特点:


1.扫描物镜属于小孔径小象差系统,要求的光学解像力较高。


2.由于光电器件的原因,不仅要校正白光的象差,同时需要考虑R、G、B 三种独立波长的象差。


3.严格校正畸变象差。



四、工业镜头


工业镜头一般都是定焦、定心、定光圈镜头,通常用来检测,识别等领域。工业镜头有很大的特点就是没有透视,采用超低失真设计技术,减低了畸变率,能够更加真实的反映图像效果。因为失真技术可以有效的减低透镜的反光损失,减少眩光,增大反差,有效改善色彩的还原性,提高图像的清晰度。



工业镜头根据检测要求和测量物体的不同分为长焦、短焦、变焦镜头。根据镜头的倍率来分,又可以分为定倍镜头、手动变倍、手动微调、定格定倍变倍、电动变倍镜头。根据分辨率的不同又可以分为五百万像素、一千像素镜头。还有一种镜头采用的了独有的平行光路设计技术,具有高分辨率、大景深、低畸变的特点,即远心镜头。