镜头基本知识

鏡頭和觀景窗基本知識

鏡頭基本參數：

一、焦距：EFL(Effective Focal Length),也用f 表示

定義：物方焦距( f )----由物方主平面到物方焦點的距離。

像方焦距( f )----由像方主平面到像方焦點的距離。

FFL(Front Focal Length)---前焦:光學系統最前一面到物方焦點的距離

BFL(Back Focal Length)---后焦:光學系統最后一面到像方焦點的距離.

公式：f ’=nR1 R2/n(n-1)(R2-R1)+(n-1)2d

n為材料的折射率R1，R2為鏡片的半徑值d為鏡片的中心厚度

牛頓公式：XX’=ff’

高斯公式：1/f’=1/L’—1/L

物方主平面像方主平面

二、視場角：View Angle(Field Of View)，一般用ω表示半視角

定義：入瞳中心對物的張角或出瞳中心對像的張角。

光闌------在光學系統中，不論是限制成像光束的光孔，或是限制成像范圍的光孔或框，都稱為光闌。

孔徑光闌-------限制入出光束最厲害的光闌。

入瞳------孔徑光闌經過其前面的光學系統在物方空間所成的像稱為入射光瞳，簡稱為入瞳，它是入射光束的入口。

出瞳-------孔徑光闌經過其后面的光學系統在像方空間所成的像稱為

出射光瞳，簡稱為出瞳，它是出射光束的出口中。

三、底片及Sensor的尺寸：

底片對角線長度：21.63*2=43.26

1/2”SENSOR感光對角線長度=4*2---4.9*2

1/3”SENSOR感光對角線長度

四、前三者的關系：

焦距---f 半視場角----ω感光對半對角線----y

y=f*tgω視場角不會因距離改變而變化=3*2---3.4*2 1/4”SENSOR感光對角線長度=2*2---2.4*2

五、F/NO：

F/NO=f/D f----焦距D----孔徑光闌

F/NO數值越大，進光量越少，解析度越高，光學設計越容易

F/NO數值越小，進光量越多，解析度越低，光學設計越困難

六、像面中心照度和邊緣照度：

像面中心照度公式：

當物體位于有限距離時E中心=1/4πτL( D/f’)2 (βp /βp—β)2

當物體位于無窮遠時E中心=1/4πτL( D/f’)2

τ---透過率L---物體的亮度f’----焦距D—孔徑光闌直徑

βp---光瞳的垂軸放大率β---物像垂軸放大率

邊緣照度：

當光學系統沒有漸暈時E邊緣=E中心COS4ω

當光學系統有漸暈時E邊緣=(1—K)E中心COS4ωK為漸暈系統K<1

漸暈------軸外點成像光束寬度較之軸上點成像光束寬度要小，因此

像面邊緣部分就比像面中心部分暗，此現象稱為漸暈。

為了縮小光學零件的尺寸，實際光學系統的視場邊緣一般都有一定

漸暈，視場邊緣的漸暈系數達到0.5也是允許的，即視場邊緣成像光束只有軸上光束寬度的一半不同半視場角ω的軸外像點照度與軸上像點照度比

ω0˚10˚20˚26˚30˚40˚50˚60˚

E邊緣/E中心1 0.941 0.780 0.653 0.563 0.344 0.171 0.063

上面表明軸外像點的光照度隨視場角的增大而以COS四次方大大降低，如有漸暈，上式E邊緣/E中心再乘以(1—K)的系數。

七、几何像差：

像差---實際像與理想像之間的差異

1、球差-----軸上點發出的同心光束經過光學系統之后，不再是同心光束，不同入射高度的光線交于光軸不同位置，相對于理想像點有不同程度的偏離，這種偏離稱為球差。

ΔL=L m—L’入射高度越大，球差越大

2、慧差----軸外物點在理想像面上形成的像點如同慧星狀的光斑，靠近主光線的光束交于主光線形成一亮點，而遠離主光線的不同孔徑的光線束形成不同圓環，這種成像缺陷為慧差。

視場角越大，慧差越大

3、像散---光束的子午像點和弧矢像點并不重合，兩者分開的軸向距離稱為像散。

4、場曲﹔分子午場曲和弧矢場曲

子午場曲-----子午光束的交點沿光軸方向到高斯像面的距離弧矢場曲-----弧矢光束的交點沿光軸方向到高斯像面的距離

子午場曲X T=L T-- L’

像散X TS= L T-- L S

5、畸變----實際像高與理想像高的差異，分枕形和桶形畸變。在光學設計中，通常用相對畸變q’來表示

q’= (Y-Y0) / Y0*100%=(β—β0)/ β0*100%

Y--- 實際像高β---某視場的實際垂軸放大率

Y0 ---理想像高β0---- 某視場的理想垂軸放大率6、位置色差----各種色光成像位置的差異。

7

ΔY FC ΔY DC ΔY FD倍率色差

以上七種像差，球差和慧差影響SPOT(彌散斑)的大小即清晰度﹔像散和場曲影響最佳成像面的選取(出現中心清楚了，邊緣雙模糊了的現象)﹔畸變影響失真度﹔位置和倍率色差影響色彩度。

八、承認書上光學參數：

1.F/NO---- 光圈

2.Distortion----畸變

3.EFL---- 焦距

4.Relative Illuminance--- 相對照度

5.H Value(Distance from first surface to first principal pt)---物方主平面位置

H’Value(Distance from last surface to second principal pt)---像方主平面位置

6.Semi-field Angle---半視角

7.First surface to entrance pupil pt---入瞳位置

Entrance pupil diameter---入瞳直徑

Last surface to exit pupil pt—出瞳位置

Exit pupil diameter---出瞳直徑

8.Aperture stop diameter---孔徑光闌

9.Calculate MTF at wavelength—在三個波長1：1時計算調制傳递函數

546nm:450nm:620nm=1:1:1

11.BFL(Back Focal length)--- 后焦

觀景窗

1、倍率﹔物鏡與目鏡焦距之比，一般是0.4---06左右.

2、視度：-1~ -1.5D看觀景窗時相當于戴了100~150度的近視眼鏡

3、接眼距離(出瞳距)：目鏡到出瞳的距離，一般是15---20.