光学知识宝典之专业术语解读

一、数值孔径N.A.：

当物件的入射光瞳时半角是u，而折射率是n，n*sin u是物体方数值孔径N.A.；

当物件的出射光瞳时半角是u’，而折射率是n’，n’*sin u’是物体方数值孔径N.A.；

数值孔径是一个度量镜头分辨率及光亮度的重要指标，N.A.数值越高，分辨率及光亮度越高。

二、分辨率：

能清楚区分被测物体细微结构最小间隔的能力。即，能清楚区分相邻两个物点间最小距离的能力。分辨率越大，两点之间可区分的最小距离越小。数值孔径越大，分辨率越高。

分辨率公式：分辨率(ε)=0.61×λ/N.A.

λ：使用的波长或辐射（λ=0.55um用于可见光）

N.A.：物镜数值孔径

三、景深：

景深是指无需重新调焦即可保持可接受的图像清晰度的距离。

景深计算公式：

景深=2×(允许弥散圆×有效Fno/放大倍率2)=允许弥散圆/(N.A.×放大倍率)

（注：有效Fno=放大倍率/2N.A.）

四、F数/光圈数：

<显示了光亮度，计算方式是镜头焦距除以从镜头的物体测观测到有效直径（入射光瞳D mm）。它可以用N.A.及镜头的光学放大率（β）计算出来。Fno=f/D= β/(2×N.A.)。

五、有效F数/有效光圈：

有效F数显示了物体在有限距离的镜头光亮度。用来表示实际使用的镜头的光亮度数值，光学放大率越高，镜头越暗。有效Fno=(1+β)×Fno。

六、放大倍率：

电子放大倍率：用相机拍照成像呈现在显示器的放大倍率。

光学放大倍率（β）：影像大小相对于物体的放大倍率。

β=影像/物体=N.A./N.A.'=CCD相机靶面尺寸/视场实际尺寸

有效F数显示了物体在有限距离的镜头光亮度。用来表示实际使用的镜头的光亮度数值，光学放大率越高，镜头越暗。有效Fno=(1+β)×Fno。

七、视场：

视场是镜头与CCD相机连接时物体可被看见的范围大小。

视场大小=(CCD靶面大小)/(光学放大倍率)。

八、焦距/后焦点/前焦点：

焦距：光学系统中心到焦点的距离；

后焦点：最后一片镜片到后侧焦点的距离；

前焦点：最前一片镜片到前侧焦点的距离。

工业镜头技术

1.光学放大倍率

光学倍率是描述光线经过镜头后汇聚或发散的程度，成像大小与物体实际大小的比值。

光学放大率 = 像的尺寸 / 实际物体的尺寸= CCD尺寸/视场大小

例如：
使用在1/2”（6.4mmx4.8mm）相机上的镜头，成像范围（横向）实际是64mm，那么这个镜头的光学放大倍率就是6.4mm/64mm，也就是0.1x。

2.焦距

焦距是指镜头的光学中心（光学后主点）到成像面焦点的距离，平行光通过镜头后汇聚于一点，这个点就是所说的焦点。是镜头的重要性能指标。镜头焦距的长短决定着拍摄的工作距离、成像大小、视场角大小及景深大小。一般常用的镜头的焦距为8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm（75mm）。

3.工作距离

工作距离指的是镜头第一个面到所需成像物体的距离，一般镜头的工作距离都是一个范围。

4.视野

镜头将被测物体和它周围的环境，投影在相机的图像传感器平面上，在图像上形成一个矩形的成像面，和成像面中的图像对应的物体平面被称作视野。

5.景深

镜头对着某个物体聚焦清晰时，都可以在图像传感器上形成相当清晰的像，在这个平面沿着镜头轴线的前面和后面一定范围的点也可以结成较清晰的像点，这前后两个平面之间的距离叫景深。

6.视场角

在光学系统当中，以镜头为顶点，以被测物体通过镜头的最大成像范围的两边缘构成的夹角叫做视场角。视场角的大小决定了镜头的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率也就越小。

7.相对孔径

光圈是镜头内部一个用来控制光线透过镜头，进入相机芯片的光量的装置。而相对孔径是指镜头入瞳直径与焦距的比值（WD/f），他通常表示为1:1.4，1:1.8，1:2.0等；

8.光学尺寸

一般指镜头设计时，能够适配的最大的图像传感器尺寸（对角线），一般按照传感器尺寸进行描述，如 1”、2/3”、1/2”、1/3”等，如果相机传感器尺寸大于镜头设计最大尺寸，则会在画面四个角形成暗影或黑角。

9.光学接口

相机和镜头的连接方式即为镜头的光学接口，业内对于光学接口已经形成了标准的规范。例如CS口、C口和F口。其中CS口可以转换成C口，但是C口不可以转换成CS口，F为尼康卡扣。在工业应用中，一般C口和CS口用在小传感器尺寸相机上，F口用在大传感器尺寸相机上。此外还有线阵相机常用接口M42，M58，M72……顾名思义这些就是某个直径的螺纹口。

10.畸变

畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，这是透镜的固有特性，所以无法消除，只能改善。

11.弥散圆

光轴平行的光线射入镜头时，理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后，再以锥状的扩散开来，这个聚集所有光线的一点，就叫做焦点。在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。

12.分辨率/解像力

镜头分辨率又称分辨力、解像力，是指镜头清晰地再现被摄景物细节的能力，镜头的分辨率是指在成像平面上 1mm 间距内能分辨开的黑白相间的线条对数，d为线宽，它的分辨率为1/(2d)，单位是“线对/毫米”,例如某镜头的分辨率为120lp/mm。

13.MTF（调制传递函数）

同一频率时 MTF 值不同，给图像带来的差异：

参考文献

光学知识宝典之专业术语解读
工业镜头选型和分类介绍