第8章

光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)在圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)中具有舉足輕重的作用。只有將被研究對(duì)象通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)以一定的放大倍率成像于圖像傳感器的像面，才能獲得圖像信息。完成上述任務(wù)的系統(tǒng)稱(chēng)為光學(xué)成像系統(tǒng)。通常按被測(cè)物的位置與大小尺寸等成像的具體條件歸類(lèi)為攝影系統(tǒng)、顯微系統(tǒng)、望遠(yuǎn)系統(tǒng)與投影系統(tǒng)等進(jìn)行討論。主要參數(shù)為橫向放大倍率，角放大倍率及各種像差等。照明光源的內(nèi)容比較豐富，對(duì)圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)課題的完成具有意義重大。本章也將用一定的篇幅進(jìn)行討論。8.1光學(xué)成像系統(tǒng)的基本計(jì)算公式8.1.1理想光學(xué)系統(tǒng)的基本參數(shù)1、焦點(diǎn)、焦平面圖8-1光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)和焦面與光軸上無(wú)限遠(yuǎn)點(diǎn)相共軛的點(diǎn)稱(chēng)為焦點(diǎn)。焦點(diǎn)有物方焦點(diǎn)和像方焦點(diǎn)之分，分別用F及F′來(lái)表示。過(guò)物方（像方）焦點(diǎn)垂直于光軸的平面，稱(chēng)為物方（像方）焦平面，如圖8-1所示。垂軸放大率（像高與物高之比）為+1的一對(duì)共軛平面，稱(chēng)為主平面。主平面與光軸的交點(diǎn)稱(chēng)為主點(diǎn)，物方主點(diǎn)和像方主點(diǎn)分別用字母H及H′表示，如圖8-2所示。2、主點(diǎn)、主平面3、節(jié)點(diǎn)、節(jié)平面角放大率（一對(duì)共軛光線與光軸夾角正切之比）為+1的共軛平面，稱(chēng)為節(jié)平面。它們與光軸的交點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)，物方節(jié)點(diǎn)和像方節(jié)點(diǎn)分別用字母J及J′表示，如圖8-3所示。牛頓公式中，物和像的位置是相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)來(lái)確定的，如圖8-4所示。8.1.2理想光學(xué)系統(tǒng)的物像位置公式1、牛頓公式2、高斯公式在高斯公式中，物和像的位置是相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)來(lái)確定的，如圖8-4所示。垂軸放大率β定義為像高與物高之比1、垂軸放大率β相對(duì)于牛頓公式的垂軸放大率為當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)位于同一介質(zhì)中時(shí)，8.1.3理想光學(xué)系統(tǒng)的物像位置公式相對(duì)于高斯公式的垂軸放大率為軸向放大率表示光軸上一對(duì)共軛點(diǎn)沿軸向移動(dòng)量之間的關(guān)系，它定義為物點(diǎn)沿光軸做微小移動(dòng)dl或dx時(shí)，所引起的像點(diǎn)移動(dòng)量dl’或dx’與物點(diǎn)移動(dòng)量的比2、軸向放大率α軸向放大率的計(jì)算式為當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)位于同一介質(zhì)中時(shí)，3、角放大率γ過(guò)光軸上的一對(duì)共軛點(diǎn)，任取一對(duì)共軛光線AM和A′M′，如圖8-5所示，它們與光軸的夾角U和U′的正切之比稱(chēng)為這一對(duì)共軛點(diǎn)的角放大率軸向放大率當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)位于同一介質(zhì)中時(shí)，8.2光學(xué)元件的成像特性8.2.1球面光學(xué)元件的成像特性1、球面透鏡球面是最容易加工、最便于大量生產(chǎn)和檢驗(yàn)的曲面，因此成為大多數(shù)光學(xué)系統(tǒng)中的基本成像元件。類(lèi)型如圖8-6所示。圖8-6各種形狀的透鏡在空氣介質(zhì)中，單個(gè)透鏡的焦距表達(dá)式為：式中，n為不透鏡的折射率；r1、r2分別是透鏡兩個(gè)表面的曲率半徑；d為透鏡的厚度。用透鏡的光焦度來(lái)表示時(shí)，則有式中，

，當(dāng)d=0時(shí)，則有（1）球面反射鏡的物像位置2、球面反射鏡式中，l為物距；l’為像距。以r為半徑的球面反射鏡，其物像關(guān)系如圖8-7所示。圖8-7球面反射鏡成像（a）凹面鏡成像（b）凸面鏡成像（2）球面反射鏡放大率公式（3）球面反射鏡焦距公式平面反射鏡是惟一能夠完善成像的光學(xué)元件。單個(gè)平面鏡成像具有以下性質(zhì)：（1）像與物對(duì)稱(chēng)于平面鏡，即像距與物距的值相等。（2）像與物的大小相等，成“鏡像”。1、平面反射鏡8.2.2平面光學(xué)元件的成像特性平面鏡它們與共軸球面系統(tǒng)組合后，可改變光路方向，但不會(huì)改變像的大小和形狀，也不影響像的清晰度。平面鏡還有一個(gè)重要的性質(zhì)，即當(dāng)入射光線方向不變，而平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)α角時(shí)，反射光線轉(zhuǎn)動(dòng)2α

角，如圖8-8所示。圖8-8平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)性質(zhì)利用平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)性質(zhì)，可以測(cè)量微小角度和位移。如圖8-9所示。圖8-9平面鏡用于小角度或位移測(cè)量2、平行平板所謂平行平板，是由兩個(gè)相互平行的折射平面構(gòu)成的光學(xué)元件，如分劃板、微調(diào)平板等。物點(diǎn)A經(jīng)平行平板成像在A2點(diǎn)的情況如圖8-10所示。圖8-10平行平板成像3、反射棱鏡（1）簡(jiǎn)單棱鏡簡(jiǎn)單棱鏡只有一個(gè)主截面，所有的工作面都與主截面垂直。圖8-11所示為一次反射棱鏡。它使物體成鏡像，與單個(gè)平面鏡對(duì)應(yīng)。根據(jù)反射面數(shù)目的不同，又分為一次反射棱鏡、二次反射棱鏡和三次反射。圖8-11球面反射鏡成像（a）直角棱鏡（b）等腰棱鏡圖8-12所示為二次反射棱鏡，在這類(lèi)反射棱鏡中，光線經(jīng)兩個(gè)反射面依次反射后，反射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)的角度，是兩個(gè)反射面間夾角的2倍。圖8-13所示為三次反射棱鏡，稱(chēng)為斯密特棱鏡。它能夠使入射光轉(zhuǎn)折45°，并使物成鏡像。圖8-13斯密特棱鏡（2）屋脊棱鏡如圖8-14所示棱鏡是帶有屋脊面的棱鏡，稱(chēng)為屋脊棱鏡。圖8-14直角屋脊棱鏡兩個(gè)相互垂直的反射面被稱(chēng)為屋脊面。屋脊面的作用是在不改變光軸方向和主截面內(nèi)成像方向的條件下，增加一次反射，使系統(tǒng)的總反射次數(shù)由奇數(shù)變?yōu)榕紨?shù)次，從而使像與物完全一致。（3）立方角錐棱鏡立方角錐棱鏡是由立方體切下一個(gè)角而成的，如圖8-15所示。圖8-15立方角錐棱鏡（4）復(fù)合棱鏡復(fù)合棱鏡是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的棱鏡組合起來(lái)的，可實(shí)現(xiàn)一些特殊的用途。圖8-16所示為分光棱鏡，它可將一束光分成強(qiáng)度相等的兩束光，且這兩束光在棱鏡內(nèi)的光程相等。圖8-16分光棱鏡圖8-17所示為分色棱鏡，白光經(jīng)過(guò)它后，可分解為紅、綠、藍(lán)三種色光。分色棱鏡主要應(yīng)用于彩色電視攝像機(jī)中。圖8-17分色棱鏡圖8-18所示為轉(zhuǎn)像棱鏡，其主要特點(diǎn)是出射光軸與入射光軸平行，實(shí)現(xiàn)完全倒像，并能在棱鏡中折疊很長(zhǎng)的光路，可用于望遠(yuǎn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)倒像。圖8-18轉(zhuǎn)像棱鏡（a）普羅I型轉(zhuǎn)像棱鏡（b）普羅II型轉(zhuǎn)像棱鏡光路計(jì)算中，常用一等效平行玻璃平板來(lái)取代光線在反射棱鏡入射面和出射面間的光路，這種做法稱(chēng)為棱鏡的展開(kāi)。圖8-19三種典型反射棱鏡的展開(kāi)過(guò)程三種典型反射棱鏡的展開(kāi)過(guò)程如圖8-19所示。棱鏡展開(kāi)的具體方法是：在棱鏡主截面內(nèi)，按照反射面的順序，以反射面與主截面的交線為軸，依次使主截面翻轉(zhuǎn)180°，便可得到棱鏡的等效平行平板。折射棱鏡是通過(guò)兩個(gè)折射表面對(duì)光線的折射進(jìn)行工作的，如圖8-20所示。4、折射棱鏡圖8-20折射棱鏡折射角α很小的棱鏡稱(chēng)為光楔，如圖8-21所示。圖8-21光楔光楔在小角度和微位移測(cè)量中有十分重要的應(yīng)用。圖8-22所示為雙光楔三種不同的旋轉(zhuǎn)測(cè)微系統(tǒng)。圖8-22雙光楔的旋轉(zhuǎn)測(cè)微圖8-23所示的雙光楔移動(dòng)測(cè)微系統(tǒng)。圖8-23雙光楔的移動(dòng)測(cè)微8.3光學(xué)成像系統(tǒng)中的光闌8.3.1光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳限制軸上點(diǎn)成像光束立體角的光闌，稱(chēng)為孔徑光闌或有效光闌?？讖焦怅@經(jīng)它前面的光組在物空間所成的像稱(chēng)為入射光瞳，簡(jiǎn)稱(chēng)入瞳。經(jīng)它后面的光組在像空間所成的像稱(chēng)為出射光瞳，簡(jiǎn)稱(chēng)出瞳。孔徑光闌、入瞳、出瞳和孔徑角的關(guān)系如圖8-24所示。合理地選擇系統(tǒng)孔徑光闌的位置可以改善軸外點(diǎn)的成像質(zhì)量。如圖8-25所示，當(dāng)孔徑光闌位于1處時(shí)，軸外點(diǎn)B參與成像的光束是BM1N1；光闌位于2處時(shí)，軸外點(diǎn)B參與成像的光束是BM2N2。圖8-25雙光楔的移動(dòng)測(cè)微8.3.2光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)光闌、入射窗和出射窗光學(xué)系統(tǒng)能夠清晰成像的物空間范圍，稱(chēng)為視場(chǎng)。在光學(xué)系統(tǒng)中，限制物平面或物空間中成像范圍的光闌稱(chēng)為視場(chǎng)光闌。視場(chǎng)光闌經(jīng)它前面的光組在物空間所成的像稱(chēng)為入射窗，簡(jiǎn)稱(chēng)入窗；視場(chǎng)光闌經(jīng)它后面的光組在像空間所成的像稱(chēng)為出射窗，簡(jiǎn)稱(chēng)出窗。視場(chǎng)光闌、入窗、出窗和視場(chǎng)角的關(guān)系如圖8-26所示。8.3.3漸暈光闌軸外點(diǎn)發(fā)出的充滿入瞳的光束被光學(xué)系統(tǒng)中的其他光孔或框所遮攔，造成軸外點(diǎn)實(shí)際成像光束的寬度比軸上點(diǎn)窄，像面邊緣比中心暗的現(xiàn)象被稱(chēng)為漸暈。圖8-27物平面上的漸暈光學(xué)系統(tǒng)中起漸暈作用的光闌即為漸暈光闌。物面上的漸暈情況如圖8-27所示。8.3.4消雜光光闌光學(xué)系統(tǒng)中除通過(guò)成像光束外，還會(huì)有一部分非成像光束，即雜散光進(jìn)入系統(tǒng)。雜散光主要由非成像物點(diǎn)射入系統(tǒng)，或由折射面及鏡筒內(nèi)壁反射而產(chǎn)生的。光學(xué)零件表面加工不良或內(nèi)部雜質(zhì)等引起的散射也會(huì)為系統(tǒng)帶入雜散光。雜散光進(jìn)入系統(tǒng)將在像面上產(chǎn)生一個(gè)雜光背景，降低圖像的對(duì)比度，危害成像質(zhì)量。光學(xué)系統(tǒng)中限制雜散光的光闌稱(chēng)為消雜光光闌。在一些重要的光學(xué)系統(tǒng)中，如天文望遠(yuǎn)鏡、長(zhǎng)焦距平行光管中都需專(zhuān)門(mén)設(shè)置此類(lèi)光闌。思考題與習(xí)題8解題思路8.1題、復(fù)習(xí)8.1節(jié)就能夠找到解題思路。8.2題、復(fù)習(xí)8.1與8.2節(jié)內(nèi)容后可以做出正確判斷。8.3題、利用8.1節(jié)知識(shí)能夠找到解題思路。8.4題、利用8.1節(jié)理想光學(xué)系統(tǒng)能夠計(jì)算。8.5題、利用8.1節(jié)理想光學(xué)系統(tǒng)能夠計(jì)算。8.6題、利用8.1節(jié)理想光學(xué)系統(tǒng)能夠計(jì)算。8.7題、從8.2.2節(jié)內(nèi)容能夠找到解題思路。8.4常用光電圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的成像特性8.4.1攝影系統(tǒng)及其物鏡的光學(xué)成像特性1、攝影系統(tǒng)的工作原理如圖8-28所示主要由攝影鏡頭、可變光闌和感光底片三部分構(gòu)成。2、攝影物鏡的光學(xué)成像特性（1）物鏡的焦距物鏡的焦距決定了物體在接收器上成像的大小。當(dāng)物體位于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，由圖8-29可知，物鏡的焦距f＇為當(dāng)物體位于有限距離時(shí)，物像之間的關(guān)系式為達(dá)式為：式中（2）相對(duì)孔徑攝影物鏡的分辨率用單位長(zhǎng)度（1mm）內(nèi)可以分辨出的線對(duì)數(shù)N來(lái)表示，其公式為：物鏡入瞳的直徑與其焦距之比稱(chēng)為物鏡的相對(duì)孔徑，用表示。在攝影物鏡的外鏡筒上標(biāo)示有與相對(duì)孔徑對(duì)應(yīng)的數(shù)字。數(shù)字為相對(duì)孔徑的倒數(shù)，俗稱(chēng)為光圈或光圈數(shù)F。常用攝影物鏡的光圈數(shù)如表8-1所示。表8-1攝影物鏡的光圈數(shù)相對(duì)孔徑D/f′1:1.41:21:2.81:41:5.61:81:111:161:22光圈數(shù)F1.4

2

2.8

4

5.6

8

11

1622物鏡的視場(chǎng)角決定了能在接收器上成良好像的空間范圍。（3）視場(chǎng)角按照用途不同，攝影系統(tǒng)物鏡可分為普通攝影物鏡、大孔徑攝影物鏡、廣角攝影物鏡、遠(yuǎn)攝物鏡和變焦距物鏡等五種，其主要特性參數(shù)如表8-2所示。表8-2攝影物鏡的主要性能參數(shù)

普通攝影物鏡大孔徑攝影物鏡廣角攝影物鏡遠(yuǎn)攝物鏡變焦距物鏡焦距f′20~500mm50mm70.4mm>3m可變5x相對(duì)孔徑D/f′1:9~1:2.81:21:6.8<1:61:24視場(chǎng)角2

64o40o~60o122o<30o40o物鏡常用結(jié)構(gòu)天塞（Tessar）雙高斯（Gauss）反遠(yuǎn)距型遠(yuǎn)攝型

顯微系統(tǒng)是用來(lái)觀察近距離微小物體的光學(xué)系統(tǒng)。如圖8-30所示，它由物鏡和目鏡組成。1、顯微系統(tǒng)的工作原理8.4.2顯微系統(tǒng)及其物鏡的光學(xué)成像特性2、顯微物鏡的光學(xué)成像特性顯微物鏡最重要的光學(xué)參數(shù)是數(shù)值孔徑和倍率。數(shù)值孔徑定義為顯微物鏡物方介質(zhì)的折射率n和物方孔徑角正弦之乘積，用符號(hào)NA來(lái)表示（1）顯微物鏡的分辨率分辨率指它能分辨開(kāi)兩點(diǎn)的最小距離δ被觀察體本身不發(fā)光，需要其他照明光源時(shí)，對(duì)物體進(jìn)行斜入射照明時(shí)，最小分辨率為（2）顯微物鏡的放大率為充分利用物鏡的分辨率，使已被物鏡分辨開(kāi)的細(xì)節(jié)也能被圖像傳感器分辨，則顯微鏡要有足夠大的放大率。設(shè)傳感器線分辨率為δ＇，斜照明條件下，顯微物鏡垂軸放大率β應(yīng)滿足或顯微物鏡的放大率和分辨率（數(shù)值孔徑）應(yīng)相互匹配。放大率的取值過(guò)低，已被物鏡分辨開(kāi)的細(xì)節(jié)不能被圖像傳感器分辨；若分辨率不足，放大率的取值再高，也無(wú)法分辨物體的細(xì)節(jié)。如圖8-31所示，是用來(lái)觀測(cè)遠(yuǎn)距離物體的光學(xué)系統(tǒng)。由物鏡和目鏡組成。1、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理8.4.3望遠(yuǎn)系統(tǒng)及其物鏡的光學(xué)成像特性2、望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)成像特性（1）分辨率分辨率用極限分辨角Ψ來(lái)表示。把剛好能被分辨開(kāi)的兩點(diǎn)對(duì)物鏡入瞳中心的張角稱(chēng)為極限分辨角。若圖像傳感器的線分辨率為δ＇，則它與物鏡極限分辨角Ψ之間應(yīng)滿足′（2）視場(chǎng)角望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視場(chǎng)角用物體的邊緣對(duì)入瞳中心的張角2ω表示式中，f1′是物鏡的焦距；2y′是在成像區(qū)的大小。屬于長(zhǎng)焦距、中等孔徑、小視場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)。常用雙膠合透鏡作為望遠(yuǎn)物鏡，其視場(chǎng)角一般不超過(guò)10°。焦距與相對(duì)孔徑的關(guān)系如表8-3所示。表8-3雙膠合望遠(yuǎn)物鏡焦距與相對(duì)孔徑的關(guān)系焦距f’(mm)501001502003005001000相對(duì)孔徑D/f’1:31:3.51:41:51:61:81:108.5面陣CCD攝像機(jī)光學(xué)鏡頭的類(lèi)型及其參數(shù)對(duì)于CCD的不同應(yīng)用，需要有各種各樣的光學(xué)鏡頭。表8-4所示為手動(dòng)光圈定焦距方式的鏡頭參數(shù)及其與不同規(guī)格尺寸的CCD攝像機(jī)相配合時(shí)所得到的視場(chǎng)角。表8-4手動(dòng)光圈定焦距方式的面陣CCD攝像機(jī)鏡頭的主要參數(shù)規(guī)格接口方式焦距fˊ(mm)光圈數(shù)（F）1″（2/3）″（1/2）″（1/3）″（1/4）″面陣CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)角（水平）

單位為（o）（1/3）″CS2.3F1.4113.386.3CS2.6F1.698.774.9CS4.0F1.263.949.1CS4.0F1.263.949.1CS8.0F1.634.725.9CS8.0F1.634.725.9（1/2）″CS2.6F1.6127.998.774.9CS3.6F1.699.27.255.4CS4.5F1.479.659.644.5CS6.0F1.458.344.433.5CS12.0F1.430.422.817.0表8-5自動(dòng)光圈定焦距方式的面陣CCD攝像機(jī)鏡頭的主要參數(shù)規(guī)格接口方式焦距fˊ(mm)孔徑（F）1″（2/3）″（1/2）″（1/3）″（1/4）″CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)角（水平）

單位為（o）DC直流驅(qū)動(dòng)方式的（1/3）″鏡頭CS2.3F1.4-360

113.386.3CS2.6F1.6-360

98.774.9CS4.0F1.2-360

63.949.1CS8.0F1.2-360

34.725.9DC直流驅(qū)動(dòng)方式的（1/2）″鏡頭CS2.6F1.6-360

127.998.774.9CS3.6F1.6-360

99.27.255.4CS4.5F1.4-360

79.659.644.5CS6.0F1.4-360

58.344.433.5CS12.0F1.4-360

30.422.817.0CS18.0F1.4-125

19.914.811.1CS36.0F1.8-125

8.67.95.9視頻驅(qū)動(dòng)方式的（1/3）″鏡頭CS2.3F1.4-360

113.386.3CS2.6F1.6-360

98.774.9CS4.0F1.2-360

63.949.1CS8.0F1.2-360

34.725.9視頻驅(qū)動(dòng)方式的（1/2）″鏡頭CS2.6F1.6-360

127.998.774.9CS3.6F1.6-360

99.27.255.4CS4.5F1.4-360

79.659.644.5CS6.0F1.4-360

58.344.433.5CS12.0F1.4-360

30.422.817.0CS18.0F1.4-125

19.914.811.1CS36.0F1.8-125

8.67.95.9表8-6所示為手動(dòng)變焦距鏡頭的主要參數(shù)。表8-6手動(dòng)變焦距鏡頭的的主要參數(shù)規(guī)格接口方式焦距fˊ(mm)孔徑（F）1″（2/3）″（1/2）″（1/3）″（1/4）″CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)角（水平）

單位為（o）手動(dòng)光圈鏡頭（1/3）″CS1.8~3.6F1.6-C

144.2~79.4109.5~59.6CS2.8~6.0F1.4-C

96.0~47.271.8~35.4CS3.5~8.0F1.4-C

77.6~35.457.6~26.6CS10~25F1.4-C

26.9~11.320.1~8.5CS5~40F1.6-C

53.6~6.540.2~5.3手動(dòng)光圈鏡頭（1/3）″CS5.7~34.2F1.0-16C

45.9~8.134.8~6.2手動(dòng)光圈鏡頭（1/2）″CS4.5~10F1.2-16C

85.3~37.762.1~28.244.0~21.1C8.4~48F1.5-C

44.6~8.033.5~6.125.2~4.6手動(dòng)光圈鏡頭（2/3）″C12.5~75F1.2-16C

38.3~6.728.3~5021.3~3.816.0~2.8DC直流驅(qū)動(dòng)光圈鏡頭（1/3）″CS1.8~3.6F1.6-360

144.2~79.4109.5~59.6CS2.8~6.0F1.6-360

96.0~47.271.8~35.4CS3.5~8.0F1.4-360

77.6~35.457.6~26.6CS10~25F1.4-360

26.9~11.320.1~8.5CS5~40F1.4-360

53.6~6.540.2~5.3CS5.7~34.2F1.0-360

45.9~8.134.8~6.2DC直流驅(qū)動(dòng)光圈鏡頭(1/2)″CS4.5~10F1.5-125

85.3~37.762.1~28.244.0~21.1C8~48F1.2-560C

44.6~8.033.5~6.125.2~4.6視頻驅(qū)動(dòng)光圈鏡頭（1/3）″CS1.8~3.6F1.6-360

144.2~79.4109.5~59.6CS2.8~6.0F1.6-360

96.0~47.271.8~35.4CS3.5~8.0F1.4-360

77.6~35.457.6~26.6CS10~25F1.4-360

26.9~11.320.1~8.5CS5~40F1.4-360

53.6~6.540.2~5.3視頻驅(qū)動(dòng)光圈鏡頭（1/2）″CS4.5~10F1.5-125

85.3~37.762.1~28.244.0~21.1表8-7所示為電動(dòng)變焦、變光圈鏡頭（又稱(chēng)電動(dòng)自動(dòng)調(diào)焦鏡頭）的主要參數(shù)。表8-7電動(dòng)自動(dòng)調(diào)焦鏡頭的主要參數(shù)規(guī)格接口方式焦距fˊ(mm)孔徑（F）1″（2/3）″（1/2）″（1/3）″（1/4）″CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)角（水平）

單位為（o）電動(dòng)自動(dòng)調(diào)焦鏡頭（1/3）″CS5.7~32.4F1.0-16C

45.9~8.134.8~6.2CS5.7~32.4F1.0-16

45.9~8.134.8~6.2CS6~60F1.2-22C

44.0~4.733.3~3.5CS6~60F1.2-560C

44.0~4.733.3~3.5CS6~60F1.2-560

44.0~4.733.3~3.5CS5.8~121.8F1.2-22C

44.8~2.333.8~1.8CS5.5~187F1.8-560

44.6~1.535.2~1.1電動(dòng)自動(dòng)調(diào)焦鏡頭（1/2）″C8~48F1.2-16C

44.6~8.033.5~6.125.2~4.6C8~48F1.2-560C

44.6~8.033.5~6.125.2~4.6C8~48F1.2-560

44.6~8.033.5~6.125.2~4.6C8~80F1.2-560

44.0~4.733.3~3.525.0~2.6C12~120F1.8-560

29.4~3.122.2~2.316.7~1.7C7.5~120F1.6-22C

46.6~3.235.3~2.426.6~1.8C7.5~120F1.6-560C

46.6~3.235.3~2.426.6~1.8C7.5~120F1.6-560

46.6~3.235.3~2.426.6~1.8圖8-8所示為針孔型攝像鏡頭的主要參數(shù)。表8-8電動(dòng)自動(dòng)調(diào)焦鏡頭的主要參數(shù)接口方式格式焦距fˊ(mm)孔徑（F）1″（2/3）″（1/2）″（1/3）″（1/4）″CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)角（水平）

單位為（o）CS（1/3）″2.6F2.5-35C

83.267.5（1/2）″4.0F2.5-32C

76.361.548.0（2/3）″9.0F3.5-22C

53.539.630.022.5（1/3）″2.6F2.5-360

83.267.5（1/2）″4.0F2.5-360

76.361.548.0表8-9所示為非球面高速自動(dòng)光圈攝像機(jī)鏡頭的主要參數(shù)。表8-9非球面高速自動(dòng)光圈攝像機(jī)鏡頭的主要參數(shù)驅(qū)動(dòng)方式接口方式格式焦距fˊ(mm)孔徑（F）1″（2/3）″（1/2）″（1/3）″（1/4）″12.8×9.68.8×6.66.4×4.84.8×3.63.6×2.7CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)角（水平）

單位為（o）直流驅(qū)動(dòng)CS（1/3）″2.0F1.0-360

122.695.7CS（1/2）″2.6F1.0-360

122.897.175.0CS（1/2）″3.8F0.8-360

89.268.652.1CS（1/2）″6.0F0.8-360

56.743.432.9CS（1/2）″8.0F0.8-360

44.934.025.6CS（1/2）″12.0F0.8-360

31.223.617.7視頻驅(qū)動(dòng)CS（1/3）″2.0F1.0-360

122.695.7CS（1/2）″2.6F1.0-360

122.897.175.0CS（1/2）″3.8F0.8-360

89.268.652.1CS（1/2）″6.0F0.8-360

56.743.432.9CS（1/2）″8.0F0.8-360

44.934.025.6CS（1/2）″12.0F0.8-360

31.223.617.7自動(dòng)光圈鏡頭C（1/2）″3.6F1.6-360

92.671.754.7C（1/2）″6.0F1.2-360

56.643.432.8C（1/2）″12.0F1.2-360

29.522.116.6單板式CCD攝像機(jī)鏡頭的幾何參數(shù)示意圖如圖8-36所示。圖8-36單板式CCD攝像機(jī)鏡頭幾何參數(shù)幾種單板式面陣CCD攝像機(jī)鏡頭的參數(shù)如表8-10所示。表8-10單板式面陣CCD攝像機(jī)鏡頭參數(shù)型號(hào)ABCD靶面格式（1/3）″,（1/2）″（1/3）″,（1/2）″（1/3）″,（1/2）″（1/3）″,（1/2）″焦距4.86825相對(duì)孔徑1.81.81.81.8通光孔徑前片Φ10Φ10Φ9Φ16后片Φ7Φ7Φ9Φ16視場(chǎng)角（對(duì)角線方向）90o67o53o18o調(diào)焦距離0.2m0.2m0.2m0.4m后截距(mm)5.016.869.3416.5最大畸變22%15%13%3%接口M12×0.5M12×0.5M12×0.5M12×0.58.6線陣CCD常用的物鏡大多數(shù)線陣CCD的像元長(zhǎng)度都很長(zhǎng)，應(yīng)選用視場(chǎng)較大的成像物鏡。表8-11所示為幾種國(guó)產(chǎn)鏡頭的基本參數(shù)。表8-11幾種國(guó)產(chǎn)鏡頭的基本參數(shù)鏡頭鏡片結(jié)構(gòu)視場(chǎng)角(°)光圈(F)最近物距(mm)濾鏡口徑(mm)尺寸(mm)重量(g)相當(dāng)于135相機(jī)焦距(mm)40mmF48~1187.040.49567.5×Ф986502350mmF3.58~1076.03.50.57761.7×Ф825902865mmF47~962.340.66769.6×Ф826653580mmF2.85~650.72.80.86752×Ф8249045110mmF4微距4~640.040.66,1:46779×Ф8368560135mmF44~632.841.06779×Ф83755761500mmF44~629.541.56774×Ф83750851800mmF4.58~924.74.51.06794×Ф838651002000mmF4.55~722.84.52.567107×Ф838701102500mmF5.65~718.25.63.067152.2×Ф831010135500mmF810~119.288.0122307.5×Ф1393760270S500mmF86~7988.595255×Ф10218902701.4×倍率鏡5~5主鏡頭1/1.4曝光指數(shù)的2倍與主鏡頭相同

29×Ф84370

2×倍率鏡6~7主鏡頭1/2曝光指數(shù)的4倍與主鏡頭相同

64.4×Ф84600

表8-12所示為幾種俄羅斯鏡頭的像質(zhì)及參數(shù)。表8-12幾種俄羅斯鏡頭的像質(zhì)與參數(shù)20mm焦距和平鏡頭的分辨率（50倍焦距處）光圈3.545.681116中心(線對(duì)/mm)455055637063邊緣(線對(duì)/mm)22252828303558mm焦距澤尼特鏡頭的分辨率（50倍與30倍焦距處）1.2光圈22.42.83.444.85.66.789.51113.51650倍焦距處中心63708090100113125113100100908063邊緣2535404555637070706355504530倍焦距處中心5068759510712012012010795958460邊緣24273338425460686868605445表8-12幾種俄羅斯鏡頭的像質(zhì)與參數(shù)（續(xù)上表）85mm焦距朱比特鏡頭的分辨率光圈22.845.6811中心(線對(duì)/mm)4563809010090邊緣(線對(duì)/mm)22456380908058mm焦距澤尼特鏡頭的分辨率（50倍與30倍焦距處）1.2光圈3.545.68111622澤尼特機(jī)身中心50637180807150邊緣32364056565636理光機(jī)身中心56718080806350邊緣45637163505045表8-12所示為幾種俄羅斯鏡頭的像質(zhì)及參數(shù)。表8-12幾種俄羅斯鏡頭的像質(zhì)與參數(shù)（續(xù)上表）200mm焦距朱比特鏡頭的分辨率（20倍焦距處）光圈45.68111622中心(線對(duì)/mm)405663565045邊緣(線對(duì)/mm)283240454040500mm焦距魯米那爾鏡頭的分辨率（10倍焦距處）1.光圈5.6中心25線對(duì)/mm邊緣20線對(duì)/mm8.7照明系統(tǒng)8.7.1照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則照明系統(tǒng)提供的光能量是由它的拉赫不變量決定的。拉赫不變量的表達(dá)式為：式中，n1是物方介質(zhì)折射率；y1為燈絲半高；u1為聚光鏡孔徑角。照明系統(tǒng)提供的光能量能夠全部進(jìn)入成像系統(tǒng)并被利用，必須使照明系統(tǒng)的拉赫不變量J1大于或等于光學(xué)成像系統(tǒng)的拉赫不變量J2，即：光源經(jīng)過(guò)聚光鏡后直接成像于物平面上的照明方法稱(chēng)為臨界照明，如圖8-33所示。1、臨界照明8.7.2臨界照明和柯勒照明2、柯勒照明如圖8-34所示，把光源成像在物鏡入瞳面上的照明方法，稱(chēng)為柯勒照明。圖8-34柯勒照明光路圖3、遠(yuǎn)心照明在光電檢測(cè)中，常常需對(duì)工件進(jìn)行線性尺寸的測(cè)量。尤其在生產(chǎn)線上對(duì)工件進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，采用如圖8-35所示的物方遠(yuǎn)心光路，可獲得較高的測(cè)量精度。圖8-35物方遠(yuǎn)心光路8.7.2照明光源設(shè)計(jì)的基本原則像方遠(yuǎn)心光路常用在各類(lèi)測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)中，其工作原理如圖8-36所示。圖8-36像方遠(yuǎn)心光路孔徑光闌FA'B′'ABA1'B1'′y'傳感器像面y在物方焦點(diǎn)F處設(shè)置孔徑光闌，為系統(tǒng)的入瞳。物體AB上各點(diǎn)發(fā)出光的主光線均通過(guò)光闌的中心F點(diǎn)，經(jīng)物鏡后其像方主光線必平行于光軸。上述光源均由光源和透鏡兩部分組成，其作用是使目標(biāo)物獲得充分而均勻的照明。為此，應(yīng)考慮