
產品特點
1. 500萬像素級定焦鏡頭,適用于2/3”傳感器;
2. 全焦段覆蓋8-75mm;
3. 大光圈設計,高透過率;
4. 專為高分辨率相機設計,中心與邊緣;分辨率均達3.45μm;
5. 光學性能強大,可滿足復雜任務需求
最大傳感器尺寸
鏡頭是成像部件,它收集被觀測物體發出的光,在后方成像。鏡頭配合相機使用,相機是記錄鏡頭所成像的部件,相機本身不能成像。
鏡頭有許多參數,可以根據實際使用需求選擇合適的參數。
以下是鏡頭參數的解釋說明。
1. 焦距
焦距是指鏡頭的光學中心(光學后主點)到成像面焦點的距離,平行光通過鏡頭匯聚于一點,這個點就是所說的焦點,是鏡頭的重要性能指標。一般常用的工業鏡頭的焦距為8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm等。
焦距是光學系統中衡量光的聚集或發散的度量方式。
焦距的大小決定著視場角的大小,焦距數值小,觀察的范圍大;焦距數值大,視場角小,觀察范圍小。

圖1:鏡頭焦距與工作距離選擇
焦距f ÷ 工作距離 WD = 傳感器橫向尺寸 ÷ 橫向視野尺寸 = 傳感器縱向尺寸 ÷ 縱向視野尺寸
后焦距:鏡頭最后一個鏡片表面頂點到焦點的距離。因對焦時鏡頭后鏡片可能移動,一般標注無窮遠對焦時的后焦距,也就是最小后焦距,有限距離成像時后焦距會增大。
2. F值
光圈F值又稱為光圈數,是鏡頭焦距與有效孔徑(即光圈)之比。

圖2:光圈與景深
光圈的調節會有兩個主要影響:成像亮度與景深。
光圈越大,進入系統的光線越多,圖像亮度越高;光圈越小,進入系統的光線越少,圖像越暗。
光圈越大,景深越小,虛化明顯;光圈越小,景深越大。


圖3:大光圈通光量大,景深小虛化明顯
視場角與傳感器尺寸有關,鏡頭的視場角應標明標準傳感器尺寸。
以聯合光科16mm 2/3" 5M 定焦鏡頭 為例:
傳感器尺寸 | 視場角 (對角×水平×垂直) |
對象大小 (在最近對焦距離處) |
2/3" | 38.0°×30.8°×23.4° | 145.6×116.5×87.3mm |
1/2" | 28.1°×22.7°×17.1° | 105.9×84.6×63.5mm |
1/3" | 21.3°×17.1°×12.9° | 79.4×63.5×47.6mm |
使用某一款相機,在相同工作距離下拍攝,不同焦距的鏡頭也會有不同的視場角。

圖4:同款相機,相同工作距離,不同焦距的拍攝效果(注:圖中所標為水平視場角)
視場角與焦距有關,如下圖片:視場角與鏡頭焦距。

圖5:鏡頭焦距與視場角
理想的鏡頭成像,物平面與像平面上的放大倍率是固定的,但實際這一性質只有在圖像中心區域的小視場才具備。圖像的放大倍率會隨著視場增大而變化,使成像產生失真。
鏡頭對被攝物體所成的像相對于物體本身的失真程度稱為畸變。
通常分為兩種:
枕形畸變:鏡頭成像畫面呈向中間收縮的失真現象。
桶形畸變:鏡頭成像畫面呈桶形膨脹狀的失真現象。

圖6:枕形畸變與桶形畸變
畸變會使圖像變形,但不影響成像分辨率,可以使用軟件校正。
5. 接口
相機和鏡頭的連接方式即為鏡頭的光學接口,業內對于光學接口已經形成了標準的規范。例如CS口、C口、F口。在工業應用中,一般C口和CS口用在小傳感器尺寸相機上,F口用在大傳感器尺寸相機上。此外,還有線陣相機常用接口M42、M58、M72等,顧名思義這些就是某個直徑的螺紋口。
卡口 | 機身相場定位(法蘭)距離 | 接口類型 |
C | 17.526mm | 螺紋M25.4×0.8 |
CS | 12.5mm | 螺紋M25.4×0.8 |
F | 46.5mm | 三爪卡口 |
M42(SLR型) | 45.5mm | 螺紋M42×1 |
M42(T型) | 55mm | 螺紋M42×0.75 |
M58 | 11.48mm | 螺紋M58×0.75 |
M72 | 11.48mm | 螺紋M72×0.75 |
如果使用更大尺寸的傳感器,四個角會在鏡頭圓形像之外。
可以使用更小尺寸的傳感器,傳感器只采集到圓形像較小區域,視場和視場角會變小。
傳感器尺寸 | 對角線長度/mm | 水平長度/mm | 豎直長度/mm |
1/4" | 4 | 3.2 | 2.4 |
1/3" | 6 | 4.8 | 3.6 |
1/1.8" | 9 | 7.1 | 5.3 |
2/3" | 11 | 8.8 | 6.6 |
1" | 16 | 12.8 | 9.6 |
4/3" | 22 | 17.6 | 13.2 |
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圖7:視場角與傳感器 | 圖9:像圈外接在匹配的傳感器四角 |
入瞳距離:入瞳是限制入射光束的有效孔徑,是孔徑光闌被前方光學系統所成的像;入瞳距離是入瞳與鏡頭第一個鏡片表面的距離。
入瞳直徑:孔徑光闌對前方光學系統所成的像的大小。
出瞳距離:出瞳是限制出射光束的有效孔徑,是孔徑光闌被后方光學系統所成的像;出瞳距離是出瞳與鏡頭最后一個鏡片表面的距離。
出瞳直徑:孔徑光闌對后方光學系統所成的像的大小。
孔徑光闌

圖10:入瞳與孔徑光闌
鏡頭中對入射光束有限制作用的,如透鏡邊緣,螺紋,鏡筒壁等,都可以稱為光闌。
如圖,1,2鏡片邊緣,3光圈都可以限制入射光束,圖中能通過1號鏡片的光束只有一部分能進入2號鏡片,通過2號鏡片的光束只有一部分能進入3號光圈,所以3號光圈最終限制能進入鏡頭成像的光束大小。
最終限制鏡頭入射光束大小的光闌稱為孔徑光闌。
表示孔徑光闌的大小并非實際尺寸,而是通過前方或后方所有光學元件成像的大小。圖中,在A點觀測時,3號光圈被1號和2號透鏡放大成4號虛像,A點發出的光經1號2號透鏡進入3號光圈,與光從A點直接進入4號等效。把光圈對兩個透鏡所成的4號像稱為入瞳。
孔徑光闌被前方光學系統所成的像,叫做入瞳,像的直徑為入瞳直徑。
孔徑光闌被后方光學系統所成的像,叫做出瞳,像的直徑為出瞳直徑。
8. 光學總長
鏡頭第一片鏡片表面到像平面的距離。

圖11:光學總長
是指物體通過鏡頭在焦平面上的成像大小與物體實際大小的比值。定焦鏡頭一般成倒像,放大倍率帶負號。
對同一個鏡頭而言,光學倍率與被拍攝物體距離鏡頭的遠近有關;在最短工作距離對焦時,光學倍率最大。
8mm 2/3" 5M 定焦鏡頭 對焦距離與放大倍率 | |||||||
對焦距離 | 放大倍率 | 前景深(mm) | 后景深(mm) | 對焦距離 | 放大倍率 | 前景深(mm) | 后景深(mm) |
100mm | -0.072 | 1.019 | 1.066 | 350mm | -0.023 | 17.924 | 21.972 |
150mm | -0.050 | 2.392 | 2.552 | 400mm | -0.020 | 23.241 | 29.297 |
200mm | -0.039 | 6.366 | 6.984 | 500mm | -0.016 | 35.204 | 50.558 |
250mm | -0.031 | 12.981 | 16.026 | 750mm | -0.011 | 70.795 | 81.776 |
300mm | -0.026 | 26.267 | 14.553 | 1000mm | -0.008 | 160.004 | 160.975 |
景深=前景深+后景深;


像方彌散圓:成像光束未會聚于一點,在像平面上形成一個擴散的圓形投影,稱為彌散圓。
景深ΔL=ΔL1+ΔL2
δ:彌散圓直徑;
f :焦距;
F:光圈F值;
L:拍攝距離;
減小光圈(增大F值)、增加拍攝距離、選擇小焦距鏡頭均可使景深增加。
11. 工作距離
12. 主光角CRA
傳感器CRA:可以聚焦到像素上的光線的最大角度。超過此角度的光束不能完全被傳感器接收。
一般要求鏡頭CRA不大于相機傳感器CRA。

圖13:傳感器主光角
a.像素上方聚光透鏡,b.金屬導線,c.光電轉換區域。
圖中1號光線主光角超過傳感器CRA,光線無法到達光電轉換區域;2號3號主光角小于傳感器CRA,光線可以到達光電轉換區域。
13. 分辨率
鏡頭的分辨率是指鏡頭可以分辨兩個靠近的點的能力,也稱為解析力。鏡頭分辨率通常使用MTF曲線表征。MTF曲線表示空間頻率與傳遞函數值的關系??臻g頻率是每mm線對數,可以代表兩個點的靠近程度。傳遞函數代表反差即能分辨出兩個靠近點的程度。
傳感器分辨率一般指橫向與縱向像素數乘積,如500萬像素,傳感器橫向與縱向像素數為2560×1920。單個像素即像元的尺寸,與傳感器的尺寸和分辨率相對應??梢愿鶕?傳感器尺寸除以像素數量,得到像元尺寸。如2/3" 500萬傳感器,像元尺寸3.4μm。鏡頭的分辨率應與像元尺寸匹配。通常按照線對尺寸的一半選擇像元尺寸。例如,1/1.8" 小像元鏡頭,是230lp/mm高分辨率設計,線對尺寸1000/230μm=4.34μm,匹配像元尺寸為4.24/2μm=2.17μm,可以匹配市面上2.2μm的傳感器。選擇比2.2μm小的像元,并不能帶來更豐富的細節。
14. MTF曲線
橫軸表示空間頻率,即每mm線對數??v坐標表示傳遞函數,數值為1,線對對比明顯,可清晰分辨;數值為0,線對沒有反差無法分辨。圖14中有多條曲線,每條曲線都標注像高。0mm表示軸上MTF數值,4.5mm表示軸外像高4.5mm的MTF數值。不同像高的MTF曲線趨勢一致不分散,表示鏡頭軸上軸外一致性高。黑色直線代表受衍射極限限制的MTF數值。
在低頻空間的MTF反應鏡頭反差,高頻空間的MTF反應鏡頭分辨率。理想的成像鏡頭MTF曲線應緩慢下降。

圖14:1/1.8”小像元鏡頭MTF曲線
對焦與調焦的區別: 對焦過程不會改變視場角,即不會改變視場范圍,工作距離確定后對焦不會改變成像大??;變焦鏡頭調焦時會改變視場角(視場范圍,放大倍率,成像的大?。?,一般調焦完成,需要再次對焦成清晰的像。
焦距,工作距離與放大倍率:
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圖15:相同鏡頭,工作距離增大,放大倍率減小 |
圖16:相同工作距離,小焦距鏡頭,放大倍率??;大焦距鏡頭,放大倍率大
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我公司有兩種類型的手冊: 光學器件&光電儀器手冊 和 視覺成像手冊
光學器件&光電儀器手冊:手冊中的產品包括有:光學元件、激光元件、光機元件、運動控制、成像元件、光源&激光光源、光電器件、測量儀器、光學材料等。除了這些標準產品外,還提供大尺寸超精密平面光學元件定制、球面光學定制、非球面光學定制、成像鏡頭設計定制、光學設計定制以及精密角度元件定制。
視覺成像手冊:手冊中的產品包括有:定焦鏡頭、遠心鏡頭、變焦變倍鏡頭、線掃鏡頭、短波近紅外鏡頭(SWIR)、360°外側環視鏡頭、VIS-NIR鏡頭、中繼鏡、增距鏡,遠紅外鏡頭、相機等。除了標準鏡頭產品外,還提供鏡頭的設計與開發。
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