內(nèi)容提要：【光學鏡頭】 熱度：9

一、光學鏡頭作用

1、聚焦光線；光學鏡頭能夠聚焦光線，將散射的光線轉化為集中的光線。這使得光學儀器能夠成像、放大和控制光線。

2、調(diào)整光學焦點位置；光學鏡頭能夠改變圖像的焦點位置，使其能夠在更遠或更近的距離處成像。這使得光學系統(tǒng)更加靈活，能夠適應不同場景下的成像需求。

3、改善成像質(zhì)量。光學鏡頭能夠改善光學、成像的清晰度、色散和像散等問題。通過改變透鏡的形狀和大小，抑制光線的散逸和色散，使圖像更清晰，更真實。

4、調(diào)整視場大小和角度。光學鏡頭能夠調(diào)整視場的大小和角度，改變成像的視野范圍和角度大小。這使得光學儀器更加通用，在各種環(huán)境中可以輕松進行觀察和測量。

5、提高光學儀器的精度和穩(wěn)定性。光學鏡頭能夠給光學儀器帶來更高的測量精度和穩(wěn)定性，使其能夠在更嚴格的環(huán)境下工作，如高溫、低溫、高濕、低壓等。

總之，光學鏡頭在現(xiàn)代光學儀器中扮演著至關重要的角色，它能夠控制光線的傳輸、分布、聚焦和控制等多個方面的性能，實現(xiàn)各種光學功能。

二、光學鏡頭作用有哪些

光學鏡頭有三大分類。

1、從鏡頭鏡片材料上分類：

分為塑膠鏡頭、玻璃鏡頭和玻璃塑膠混合鏡頭三大類。

2、從鏡頭焦距和視場角上分類：

光學鏡頭從焦距上可分為短焦鏡頭、中焦鏡頭，長焦鏡頭；從視場大小分有廣角、標準，遠攝鏡頭。

2、從鏡頭結構上分類：

①固定光圈固定焦距鏡頭

②手動光圈固定焦距鏡頭

③自動光圈固定焦距鏡頭

④手動光圈變焦鏡頭

⑤自動光圈電動變焦鏡頭

⑥電動三可變鏡頭（光圈、焦距、聚焦均可變）

三、鏡頭的光學特性由哪些因素組成

鏡頭的光學特性是指由其光學結構所形成的物理性能，由焦距、視場角和相對孔徑三個因素組成。

鏡頭的光學特性是指由其光學結構所形成的物理性能，由焦距、視場角和相對孔徑三個因素組成。任何一種光學鏡頭，都可以由這三種光學特性的技術參數(shù)來表示區(qū)分。聚焦是通過調(diào)節(jié)鏡頭組的間距，以在成像裝置的上形成清晰影像的過程。景深在焦點上能看清楚的那些物體構成的區(qū)域，叫景深。即：當鏡頭對準某一主體調(diào)焦，在清晰成像之后，這個主體前、后方的景物也能清晰成像，這個縱深范圍叫景深。

光的物理特征：

1、在幾何光學中，光以直線傳播。筆直的“光柱”和太陽“光線”都說明了這一點。

2、在波動光學中，光以波的形式傳播。光就像水面上的水波一樣，不同波長的光呈現(xiàn)不同的顏色。

3、光速極快。在真空中為3.0×10°/s,在空氣中的速度要慢些。在折射率更大的介質(zhì)中，譬如在水中或玻璃中，傳播速度還要慢些。

4、在量子光學中，光的能量是量子化的，構成光的量子（基本微粒），我們稱其為“光量子”，簡稱光子，因此能引起膠片感光乳劑等物質(zhì)的化學變化。

四、光學鏡頭是什么

光學鏡頭是機器視覺系統(tǒng)中必不可少的部件，直接影響成像質(zhì)量的優(yōu)劣，影響算法的實現(xiàn)和效果。光學鏡頭從焦距上可分為短焦鏡頭、中焦鏡頭，長焦鏡頭；從視場大小分有廣角、標準，遠攝鏡頭；結構上分有固定光圈定焦鏡頭，手動光圈定焦鏡頭，自動光圈定焦鏡頭，手動變焦鏡頭、自動變焦鏡頭，自動光圈電動變焦鏡頭，電動三可變（光圈、焦距、聚焦均可變）鏡頭等。

1、概論

對于相機，鏡頭的好壞一直是影響成像質(zhì)量的關鍵因素，數(shù)碼相機當然也不例外。雖然由于數(shù)碼相機的CCD分辨率有限，原則上對鏡頭的光學分辨率要求較低；但另一方面，由于數(shù)碼相機的成像面積較小（因為數(shù)碼相機是成像在CCD上，而CCD的面積較傳統(tǒng)35毫米相機的膠片小很多），因而需要鏡頭保證一定的成像素質(zhì)。舉例來說，對某一確定的被攝體，水平方向需要200個像素才能完美再現(xiàn)其細節(jié)，如果成像寬度為10mm，則光學分辨率為20線/mm的鏡頭就能勝任，如果成像寬度為1mm，則要求鏡頭的光學分辨率必須在200線/毫米以上。另一方面，傳統(tǒng)膠卷對紫外線比較敏感，外拍時常需要加裝UV鏡，而CCD對紅外線比較敏感，鏡頭增加特殊的鍍層或外加濾鏡也會大大提高成像質(zhì)量。鏡頭的物理口徑也是必須要考慮的，且不管其相對口徑如何，其物理口徑越大，光通量就越大，數(shù)碼相機對光線的接受和控制就會更好，成像質(zhì)量也就越好。

商用或家用數(shù)碼相機的鏡頭，部分廠家采用了相對比較好的鏡頭。富士相機采用了170線/毫米解析度的專業(yè)富士龍鏡頭，這種內(nèi)置的新型富士龍鏡頭比大多數(shù)SLR鏡頭更清晰。不僅在精度上保證了圖象拍攝的品質(zhì)，而且其鏡頭錯誤率也達到令人驚異的0.3%, 較一般的數(shù)碼相機低2/3。

另外在部分數(shù)碼相機中，還提供了遠距及廣角兩種鏡頭方式。這在您選擇數(shù)碼相機時，也是一個參考的指標。

在傳統(tǒng)的數(shù)碼相機中，廣角鏡頭是一種焦距短于標準鏡頭、視角大于標準鏡頭、距長于魚眼鏡頭、視角小于魚眼鏡頭的攝影鏡頭。廣角鏡頭又分為普通廣角鏡頭和超廣角鏡頭兩種。135照相機普通廣角鏡頭的焦距一般為38－24毫米，視角為60－84度；超廣角鏡頭的焦距為20－13毫米，視角為94-118度。由于廣角鏡頭的焦距短，視角大，在較短的拍攝距離范圍內(nèi)，能拍攝到較大面積的景物。所以，廣泛用于大場面風攝影作品的拍攝。在攝影創(chuàng)作中，使用廣角鏡頭拍攝，能獲得以下幾個方面的效果：一是能增加攝影畫面的空間縱深感；二是景深較長，能保證被攝主體的前后景物在畫面上均可清晰的再現(xiàn)。所以，現(xiàn)代絕大多數(shù)的袖珍式自動照相機（俗稱傻瓜照相機）采用38－35毫米的普通廣角鏡頭；三是鏡頭的涵蓋面積大，拍攝的景物范圍寬廣；四是在相同的拍攝距離處所拍攝的景物，比使用標準鏡頭所拍攝的景物在畫面中的影像?。晃迨窃诋嬅嬷腥菀壮霈F(xiàn)透視變形和影像畸變的缺陷，鏡頭的焦距越短，拍攝的距離越近，這種缺陷就越顯著。

商用級的數(shù)碼相機中多使用與普通35 mm相機相同的普通廣角鏡頭，由于其在景深深，拍攝范圍廣等優(yōu)點，因而在選擇數(shù)碼相機時，同樣性能的數(shù)碼相機，能夠具有廣角和遠距的數(shù)碼相機將會性能更好一些。

2、分類

（1）按結構

固定光圈定焦鏡頭：鏡頭只有一個可以手動調(diào)整的對焦調(diào)整環(huán)，左右旋轉該環(huán)可使成像在 CCD靶面上的圖像最清晰；沒有光圈調(diào)整環(huán)，光圈不能調(diào)整，進入鏡頭的光通量不能通過改變鏡頭因素而改變，只能通過改變視場的光照度來調(diào)整。結構簡單，價格便宜。

手動光圈定焦鏡頭：手動光圈定焦鏡頭比固定光圈定焦鏡頭增加了光圈調(diào)整環(huán)，光圈范圍一般從F1.2或F1.4到全關閉，能方便地適應被被攝現(xiàn)場地光照度，光圈調(diào)整是通過手動人為進行的。光照度比較均勻，價格較便宜。

自動光圈定焦鏡頭：在手動光圈定焦鏡頭的光圈調(diào)整環(huán)上增加一個齒輪合傳動的微型電機，并從驅(qū)動電路引出 3或4芯屏蔽線，接到攝像機自動光圈接口座上。當進入鏡頭的光通量變化時，攝像機 CCD 靶面產(chǎn)生的電荷發(fā)生相應的變化，從而使視頻信號電平發(fā)生變化，產(chǎn)生一個控制信號，傳給自動光圈鏡頭，從而使鏡頭內(nèi)的電機做相應的正向或反向轉動，完成調(diào)整大小的任務。

手動光圈變焦鏡頭：焦距可變的，有一個焦距調(diào)整環(huán)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整鏡頭的焦距，其可變比一般為2 ～3倍，焦距一般為3.6~8mm。實際應用中，可通過手動調(diào)節(jié)鏡頭的變焦環(huán)，可以方便地選擇被監(jiān)視地市場的市場角。但是當攝像機安裝位置固定下以后，在頻繁地手動調(diào)整變焦是很不方便的。因此，工程完工后，手動變焦鏡頭的焦距一般很少調(diào)整。僅起定焦鏡頭的作用。

自動光圈電動變焦鏡頭：與自動光圈定焦鏡頭相比增加了兩個微型電機，其中一個電機與鏡頭的變焦環(huán)合，當其轉動時可以控制鏡頭的焦距；另一電機與鏡頭的對焦環(huán)合，當其受控轉動時可完成鏡頭的對焦。但是由于增加了兩個電機且鏡片組數(shù)增多，鏡頭的體積也相應增大。

電動三可變鏡頭：與自動光圈電動變焦鏡頭相比，只是將對光圈調(diào)整電機的控制由自動控制改為由控制器來手動控制。

（2）按焦距

標準鏡頭：視角約50度，也是人單眼在頭和眼不轉動的情況下所能看到的視角，所以又稱為標準鏡頭。5mm相機的標準鏡頭的焦距多為40mm，50mm或55mm。120相機的標準鏡頭焦距多為80mm或75mm。CCD芯片越大則標準鏡頭的焦距越長。

廣角鏡頭：視角90度以上，適用于拍攝距離近且范圍大的景物，又能刻意夸大前景表現(xiàn)強烈遠近感即透視。35mm 相機的典型廣角鏡頭是焦距28mm，視角為72度。120相機的50，40mm的鏡頭便相當于35mm相機的35，28mm的鏡頭。

長焦距鏡頭：適于拍攝距離遠的景物，景深小容易使背景模糊主體突出，但體積笨重且對動態(tài)主體對焦不易。35mm 相機長焦距鏡頭通常分為三級，135mm以下稱中焦距，135－500mm稱長焦距，500mm 以上稱超長焦距。120 相機的150mm的鏡頭相當于35mm相機的105mm鏡頭。由于長焦距的鏡頭過于笨重，所以有望遠鏡頭的設計，即在鏡頭后面加一負透鏡，把鏡頭的主平面前移，便可用較短的鏡體獲得鏡體獲得長焦距的效果。

反射式望遠鏡頭：是另一種超望遠鏡頭的設計，利用反射鏡面來構成影像，但因設計的關系無法裝設光圈，僅能以快門來調(diào)整曝光。

微距鏡頭：除作極近距離的微距攝影外，也可遠攝。

（3）按接口

C型鏡頭：法蘭焦距是安裝法蘭到入射鏡頭平行光的匯聚點之間的距離。法蘭焦距為17.526mm或0.690in。安裝羅紋為：直徑1in，32牙.in。鏡頭可以用在長度為0.512in (13mm)以內(nèi)的線陣傳感器。但是，由于幾何變形和市場角特性，必須鑒別短焦鏡頭是否合用。如焦距為12.6mm的鏡頭不應該用長度大于6.5mm的線陣。如果利用法蘭焦距尺寸確定了鏡頭到列陣的距離，則對于物方放大倍數(shù)小于20倍時需增加鏡頭接圈。接圈加在鏡頭后面，以增加鏡頭到像的距離，以為多數(shù)鏡頭的聚焦范圍位 5－10%。鏡頭接長距離為焦距/物方放大倍數(shù)。

CS型鏡頭：With a 5 mm adapter ring, a C lens can be used on a CS-mount camera。

U型鏡頭：一種可變焦距的鏡頭，其法蘭焦距為47.526mm或1.7913in，安裝羅紋為M42×1。主要設計作35mm照片應用（如國產(chǎn)和進口的各種135相機鏡頭），可用于任何長度小于 1.25in(38.1mm)的列陣。建議不要用短焦距鏡頭。

特殊鏡頭：如顯微放大系統(tǒng)。 要特別注意 CS和 C的差別，不同類型的camera 和不同類型的 Len連接時，要定制轉接環(huán)。國外很貴，一個約,不如自己加工。光學鏡頭的主要參數(shù)和評價 主要參數(shù)有焦距，視場，物距，光圈，快門等。 對于鏡頭最完善的評價莫過于MTF （Modulation Transfer Function）。但是由于像差（標定的原因），鏡頭的每個范圍都有一個MTF值。

這些范圍指的是：

①近軸部分②離軸部分③當光學系統(tǒng)存在不對稱畸變時，上述兩部分在不同方向上的子部分。每個部分對于不同的輻射能量波長范圍，都有各自相應的MTF值。MTF是評價成像系統(tǒng)的最常用、最優(yōu)的指標，也是指導機器視覺系統(tǒng)集成的最優(yōu)指標。

3、參數(shù)

聚焦和光圈：景深:被攝體周圍適度清晰聚焦的范圍對最終影象的出現(xiàn)起著至關重要的作用。為了充分利用鏡頭上提供的所有光圈，可把照相機固定在三腳架上，以防照相機抖動。

f/光圈數(shù)和光圈大?。赫{(diào)定在某一f/光圈數(shù)時的任何種類的鏡頭能夠透射過幾乎相同 光量的影象，因為光闌直徑直接與焦距相關，例如，一只80毫米的鏡頭在使用5毫米的光闌直徑時，光圈必定調(diào)節(jié)在f/16上。因此鏡頭的焦距在除以光闌直徑后，就得到相應的f/光圈數(shù)。

焦距標記：調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)螺紋，鏡頭從照相機處伸出，隨著調(diào)焦環(huán)的轉動，通過放認對準固定參看符號的標記，你就可以發(fā)現(xiàn)正在調(diào)節(jié)的焦距。

光圈調(diào)節(jié)：向上轉動光圈環(huán)至下一個f/光圈數(shù)（例如從f/4到f/5.6）,光圈大小減半（即達到膠片的光量減半）；向下轉動光圈環(huán)至下一個f/光圈數(shù)（例如從f/4到f/2.8）。光圈大小增加一倍。

景深范圍：隨著鏡頭對被攝體聚焦，可在固定參看符號兩邊尋找對應于（或接近）己調(diào)定的光圈f/數(shù)，辨認焦距標記下相對的數(shù)值，便可決定有效景深。

景深的作用：光圈大小的改變：通過相同焦距的鏡頭對相同距離的被攝體聚焦，該示說明光圈大小的調(diào)整是如何改變景深的。一般來說，被攝體的前景深擴大1/3，后景深則擴大2/3，光圈越小，景深越大。F/2光圈的景深遠遠小于f/16光圈的景深。

被攝體至照相機的距離：即使采用同樣的焦距和光圈，景深在一定程度上如何受制于被攝體至照相機的距離。被攝體距照相機越近，景深就越小。鏡頭對15英尺（4.5米）處聚焦所產(chǎn)生的景深比鏡頭對5英尺（1.5米）處聚焦所產(chǎn)生的景深要大得多。

鏡頭的改變：在相同物距 和光圈的情況下，使用不同焦距的鏡頭可改變景深，鏡頭焦距越短，最深越大，對于超廣角鏡（8---15毫米），景深非常大，以致無需調(diào)焦，因為每一級光圈的景深都是清晰。

4、應用領域

光學工業(yè)鏡頭廣泛用于反射度極高的物體定位檢測，如：金屬、玻璃、膠片、晶片等表面的劃傷檢測，芯片和硅晶片的破損檢測，MARK點定位，玻璃割片機、點膠機、SMT檢測、貼版機等工業(yè)精密對位、定位、零件確認、尺寸測量、工業(yè)顯微等CCD視覺對位、測量裝置等領域。

五、鏡頭的光學特性是什么

鏡頭的光學特征是攝影師精心挑選的視覺拍攝的關鍵元素，是決定拍攝成像質(zhì)量的重要因素。不同的鏡頭具有不同的參數(shù)，能夠拍攝出和其它鏡頭不同的照片。

鏡頭的光學特征可以劃分為內(nèi)在特性和外在特征兩大類。

鏡頭的內(nèi)在特征包括景深、視角、顏色及調(diào)制特性、像差、傾斜表現(xiàn)、噪點表現(xiàn)，有些特征會隨著焦距和光圈變化而變化，有些特征則是綜合因素。其景深決定控制所拍攝的景物的色彩以及高光的清晰度，而顏色及調(diào)制特性是由鏡頭的鏡片及鏡片之間的光學層次決定的，鏡頭像差及噪點表現(xiàn)又決定了鏡頭最小可接受光圈等。

鏡頭的外在特征是非常重要的，它們包括焦距、最大光圈、近用距離、最大放大倍率、濾鏡類型、重量等，選擇不同鏡頭，使拍攝者得以拍攝出更加和諧、逼真的影像效果。焦距決定了視角大小，其自由度決定著拍攝者能拍攝出的空間感，而最大光圈則決定了畫面光暗的細節(jié)，近用距離決定了一次拍攝的最短距離，最大放大倍率決定了鏡頭最大放大倍率、濾鏡類型決定了攝影業(yè)內(nèi)最常用的鏡頭濾鏡類型, 

重量決定了鏡頭的重量，也是攝影師需要考慮的-一個重要因素。

鏡頭的光學特征是影響影像質(zhì)量的重要因素，無論是內(nèi)在的特性還是外在的特性，攝影師都需要仔細考慮，從而拍攝出精彩而有視覺沖擊力的影像。