工业镜头之光学概念
在机器视觉中，工业镜头的选型和工业相机的选型一样重要，镜头作为光进入相机成像芯片的前沿部分，对成像质量起着至关重要的作用。为了更好的理解工业镜头，帮助大家有能力实现对工业镜头的选型，有必要先讲解一下有关光学系统的基本概念。光学系统光学系统是由一系列折射或者反射表面组成，各个表面的曲率中心通常位于同一条直线上，这条直线就叫光轴，这样的光学系统则称为共轴光学系统。目前，大部分工业镜头都属于共轴光学系统。理想光学系统，就是能对任意宽空间内的点以任意宽的光束成完善像的光学系统。而实际的光学系统，由于各种像差的存在，不可能得到完善的像，因此需要严格精细的计算和设计，校正其各类像差，使其对于一定大小的物体以一定宽的光束所成的像尽量完善。光心与光轴光心是透镜的光学中心，通过这点的光线穿过透镜时不改变方向。光轴或主光轴是指透镜通过光心的两个折射面曲率中心的连线及其延长线，也可简单理解为透镜的两个球面球心的连线。焦点与焦平面物方所有平行于光轴入射的光线经过光学系统后都将通过像方光轴上的一点，该点称为光学系统的像方焦点或后焦点，过像方焦点的垂轴平面称为像方焦平面。物方光轴上的一点所发出的光线经过光学系统后，平行于光轴出射，则该点称为光学系统的物方焦点或前焦点，过物方焦点的垂轴平面称为物方焦平面。孔径光阑、入射光瞳、出射光瞳在一个光学系统的若干通光孔中，一定有一个光孔起着成像光束的作用，自物平面上一点发出的光束，只要能够通过该光孔，则一定能够通过整个光学系统，会聚于像平面，那么这个光孔被称为系统的孔径光阑。孔径光阑被其前面的镜组在物空间中所成的像称为光学系统的入射光瞳，其决定了物点成像光束的大孔径，并且是物面上各点成像光束的公共入口；同样，孔径光阑被其后面的镜组在像空间中所成的像称为光学系统的出射光瞳，这是物面上各点的成像光束自系统出射时的公共出口，并且是入射光瞳经整个系统所成的像。在摄影镜头中，都设有专门的孔径光阑，它了通过系统的成像光束大小，即了工业镜头的通光量，决定像面的照度。并且为了使同一镜头能适应各种光照条件以控制像面获得适当的照度，孔径光阑大都采用通孔大小可连续变化的可变光阑。