光学镜头基础知识

光学镜头基础知识
光学镜头是一种能够改变穿过镜头的光线之光线束的导向能力而改变图像的形
象的光学元件。

光学镜头也可以调节焦距来影响拍摄到的图像。

现在它们被普遍应用于日常生活中，例如摄像机、摄影机、显微镜和望远镜。

光学镜头是由多个不同样式的元件构成的光学结构，包括透镜、衍射光栅和它
们的组合；它们们的功效是以分束、折射、衍射和聚焦折射的方式能够将光线束重新定向，从而形成形状和尺寸精确、清晰的图像。

光学镜头的设计非常复杂，它需要依赖光学设计软件完成，即执行光学系统仿
真计算，并实现光学组件的调节。

此外，光学镜头的调节必须克服折射和衍射，实现其发挥最佳效果。

值得一提的是，对光学镜头的考虑不仅仅是调制器、滤光片等物理元素，它也
受到衍射、绕射等光学现象的影响。

因此，要得到理想的效果，应运用专业技术设计光学镜头，并要按照精准原理规范进行校正，这样才能实现光学组件的最佳利用。

从上述文字可以清晰地了解，光学镜头不可缺少，他对现代社会的发展具有重
要的影响，正因此，在高校及高等等教育中，要正确地教授它们的发展史、设计原理和校正标准，以提升学生们对这一领域的知识素养，并期望着他们能够在未来继续努力改进发展它们。

CCD和CMOS的特性对比CCD也有两种：全帧(full frame)的和隔行(interline)的。

这两种CCD的性能区别非常大。

总的来说，全帧的CCD性能最好。

其次是隔行的CCD。

CMOS的综合性能最差。

full frame CCD最突出的优势是分辨率和动态范围。

最弱的地方就是贵，耗电。

CMOS最差的地方是分辨率，动态范围和噪声。

优势就是便宜，省电。

interline CCD比CMOS强的地方在于噪声。

总的来说，两种CCD的颜色还原都比CMOS强。

现在一般的消费级数码相机，在宣传上都不说是Full frame CCD还是Interline CCD。

当然多数都是后者。

专业级的数码相机，肯定是前者。

所以，Full frame CCD 和Interline CCD间的区别，都存在于专业级数码相机和消费级机之间。

当然，专业级数码相机彩用的大面积CCD带来的好处更突出。

光学镜头基础知识光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件,直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。

另外争取选折合适的镜头，降低机器视觉系统成本，才是产业兴旺发达的唯一出路。

光学镜头规格繁多，有时不免头晕。

光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；从视场大小分有广角、标准，远摄镜头；结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变（光圈、焦距、聚焦均可变）镜头等。

根据我们使用的经验，俄罗斯的光学镜头很便宜。

结构上分1固定光圈定焦镜头简单。

镜头只有一个可以手动调整的对焦调整环，左右旋转该环可使成像在CCD 靶面上的图像最清晰。

没有光圈调整环，光圈不能调整，进入镜头的光通量不能通过改变镜头因素而改变，只能通过改变视场的光照度来调整。

结构简单，价格便宜。

2手动光圈定焦镜头手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，光圈范围一般从F1.2 或F1.4到全关闭，能方便地适应被被摄现场地光照度，光圈调整是通过手动人为进行的。

1、焦点(focus)与光轴平行的光线射入凸透镜时，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。

图片：1.png2、弥散圆(circleofconfusion)在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影象变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。

在现实当中，观赏拍摄的影象是以某种方式(比如投影、放大成照片等等)来观察的，人的肉眼所感受到的影象与放大倍率、投影距离及观看距离有很大的关系，如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的。

这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆(permissible circleofconfusion)。

3、景深(depthoffield)在焦点前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深，即：在被摄主体(对焦点)前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深。

景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离而变化。

对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大。

焦深的含义焦深：指在保持影像较为清晰的前提下，焦点（焦平面）沿着镜头光轴所允许移动的距离。

二、影响焦深的因素和规律：1.光圈与焦深成正比。

光圈小，焦深大；光圈大，焦深小。

2.摄距与焦深成反比。

摄距近，焦深大；摄距远，焦深小。

原因：摄距（物距）减小，像距增大，远、近模糊圈之间的距离增大，所以焦深增大。

3.镜头焦距与焦深成正比。

镜头焦距长，焦深大，镜头焦距短，焦深小。

原因：摄距一定时，焦距增大，远、近模糊圈之间的距离增大，所以焦深增大。

4．焦深与模糊圈成正比。

允许的模糊圈大，焦深大；允许的模糊圈小，焦深小。

三、焦深与景深的异同1.含义不同：景深是景物中能产生较为清晰影像的纵长距离；焦深是影像的焦平面可允许移动的距离。

2.当摄距减小时，景深减小，焦深增大；当摄距增大时，景深增大，焦深减小。

3.当景物的成像比例增大时（如使用长焦镜头、缩短摄距等），景深减小，焦深增大；当景物的成像比例减小时（如使用短焦镜头、增大摄距等），景深增大，焦深减小。

光学基础学习报告一、教学内容：光电镜头是用来作为光电接收器（CCD,CMOS）的光学传感器元件。

光学特性参数：1、焦距EFL（学名f’）是指主面到相应焦点的距离（如图1.1）图1.1每个镜片都有前后两个主面－前主面和后主面（放大率为1的共轭面）。

相应的也有两个焦点－前焦和后焦。

凸透镜：双凸；平凸；正弯月（如图1.1）图1.2凹透镜：双凹；平凹；负弯月图1.3折射率实际反映的是光在物质中传播速度与真空中速度的比值关系。

薄透镜：)]1()1[()1('121R R n f -⨯-==Φ Φ—透镜光焦距；f ’—焦距； n —折射率；R 1,R 2－两球面曲率半径厚透镜：21221)1()]1()1[()1('1R nR dn R R n f -+-⨯-==Φ d －中心厚度干涉仪与光距座可以量测f ’,R1,R2,d →利用上述的公式可以计算出n 值，从而来确定所用材料。

A 、 EFL 增加，TOTR （光学总长）增加；要降低TOTR 就必须降低EFL ，但EFL 降低，像高就要降低B 、 EFL 与某些象差相关C 、 EFL 上升将使F/NO 增大D 、 EFL ，FOV （视场角）和IMA （像高）三者间有关系tanFOV ⨯=EFL IMA －铁三角关系EFL 的增大（减小）会使像高变大（小），为了保持像高，就必须要增大（减小）FOV ，然而FOV 的增大会使得REL （相对照度）的数值增大。

2、 BFL 后焦距（学名后截距）图2.13、 F 数（F/NO ）Df NO F '/=f ’－FELD 入－入瞳直径入瞳为光阑经其前方光学镜片所成的像，反映进入光学系统的光线 A 、 与MTF 相关，F/NO ↑，则MTF ↑；反之下降 B 、 与景深相关，F/NO ↑，则景深↑，反之下降 C 、 与象差相关，F/NO ↑，则象差↓，反之增加D、与光通量相关，F/NO↑，则光通量↓，反之增加对于光电镜头，F/NO最大在2.8～3.5之间（经验值）允许有±5%的误差，在物方有照明时，F数可根据照明的照度情况来增大4、视场角FOV（2ω），半视场角FOC/2（ω）物镜在其接收元件上成像的空间范围称为视场角。

光学显微镜基础知识利用光学原理把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。

简史早在公元前1世纪，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时可以使其放大成像。

后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。

1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。

1610年前后，意大利的伽利略和德国的j.开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制造、推广和改进。

17世纪中叶，英国的r.胡克和荷兰的a.van列文胡克都对显微镜的发展作出了卓越的贡献。

1665年前后，胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。

这些部件经过不断改进，成为现代显微镜的基本组成部分。

1673～1677年期间，列文胡克制成单组元放大镜式的高倍显微镜,其中9台保存至今。

胡克和列文胡克利用自制的显微镜在动、植物机体微观结构的研究方面取得了杰出的成就。

19世纪，高质量消色差浸液物镜的出现使显微镜观察微细结构的能力大为提高。

1827年g.b.阿米奇第一个采用浸液物镜。

19世纪70年代，德国人e.阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础。

这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展，并为19世纪后半叶包括r.科赫、l.巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。

在显微镜本身结构发展的同时，电子显微镜观测技术也在不断创新：1850年发生了偏光电子显微镜之术，1893年发生了干预电子显微镜之术，1935年荷兰物理学家f.泽尔尼克缔造了相配电子显微镜之术，他为此在1953年被授与诺贝尔物理学奖金。

古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼作为接收器来观察放大的像。

后来在显微镜中加入了摄影装置，以感光胶片作为可以记录和存储的接收器。

现代又普遍采用光电元件、电视摄象管和电荷耦合器等作为显微镜的接收器，配以微型电子计算机后构成完整的图象信息采集和处理系统。

镜头基础知识日期：2012年1月6日15:13摘要：光学镜头的主要参数焦距主点到焦点的距离称为光学系统的焦距，这是镜头的重要参数之一，它决定了像与实际物体之间的比例。

在物距一定的情况下，要得到大比例的像，则要求选用长焦距的镜头。

如图2所示，自物方主点H到物方焦点F的距离称为物方焦距或前焦距f；类似地，自像方主点H '到物方焦点F '的距离称为物方焦距或前焦距f '。

其定义具有方向性，如果主点到焦点的方向与光线的方向一致，则焦距为正；反之则为负。

图2中所示的情况，像方焦距f '>0，物方焦距f '<0。

如果系统两侧的介质相同，则f '=-f。

相对孔径与光圈数F数相对孔径为入瞳直径与焦距的比值D/f ' ，它主要影响像面的照度，照相镜头像面的照度与相对孔径的平方成正比。

为了满足景物较暗时摄影的需要，或者为了对高速运动物体摄影，要求采用很短的曝光时间，它们都要求提高像面的照度，因此就需要采用大的相对孔径。

镜头通常采用光圈数F来表示通光孔径的大小，光圈数F数为相对孔径的倒数，即F=f ' / D视场角（FOV：Field of view）与像面尺寸镜头的视场角决定了被拍摄景物的范围。

由于摄影系统一般是对远处景物成像，所以其像面通常位于焦平面附近，因此像面大小与视场角2W ' 的关系可表示为公式y ' =f ' tanW '公式中y ' 应该是像面区域的半径。

目前，工业相机通常使用CCD或者CMOS传感器作为像面接收器，有面阵和线阵两种，其工作区域的形状分别为矩形或线形，传感器的工作区域必须包含在镜头所确定的像面圆形区域之内。

在镜头的参数中，也经常使用传感器的大小来表示视场大小。

面阵传感器是由许多像素单元组成的一个矩形阵列，每个像素单元都是一个方形传感器。

面阵传感器的大小通常是以其对角线的长度来表示的。

镜头是摄影师和摄影爱好者投资最高的设备之一，也是决定拍摄质量的最重要的因素。

因此，镜头的质量，历来受到极大的重视。

我们当然会很关心摄影镜头的测量方法。

摄影的最终产品是照片，所以，根据拍摄照片的质量来评价镜头质量，这是我们最先想到的，也是最基本的测试镜头的方法。

实拍照片评价镜头质量的优点是结果直截了当，根据效果判断，比较放心。

不过决定照片质量的客观因素很多，而一张照片的“好”与“坏”又需要人的主观判断，很难通过测量得出客观的定量结果。

大量的事实表明，影响拍摄质量最重要的因素是镜头的分辨率和反差。

反差大小可以通过仪器很容易测量，而分辨率就不那么容易了！现在我们经常采用拍摄标准分辨率板的方法测量镜头的分辨率。

将拍摄了标准分辨率板的底片放到显微镜下人工判读，看最高能够分辩多少线条密度。

分辨率的单位是线对/毫米(lp/mm)，一黑一白两条线算是一个线对，每毫米能够分辩出的线对数就是分辨率的数值。

由于这种方法还是要受到胶片分辨率的客观影响和人工判读的主观影响，所以并不是最准确最理想的方法。

现在，让我们从另一个角度出发，将镜头看作一个信息传递系统：被拍摄景物反射出来的光线是它的输入信息，而胶片上的成像就是它的输出信息。

一个优秀的镜头意味着它的输出的像忠实的再现了输入方景物的特性。

喜欢音响的朋友都知道，高保真放大器的输出，应当准确地再现输入信号(图1)。

当输入端输入频率变化而幅度不变的正弦信号时，输出正弦波信号幅度的变化反映了放大器的频幅特性。

频幅特性越平坦，放大器性能越好(图2)！类似的方法也可以用来描述镜头的特性。

由数学证明可知，任何周期性图形都可以分解成亮度按正弦变化的图形的叠加，而任何非周期图形又可以看作是周期图形片断的组合。

因此，研究镜头对正弦变化的图形的反映，就可以研究镜头的性能！亮度按正弦变化的周期图形叫做“正弦光栅”。

为了描述正弦光栅的线条密度，我们引入了“空间频率”的概念。

一般正弦波的频率指单位时间(每秒钟)正弦波的周期数，对应的，正弦光栅的空间频率就是单位长度(每毫米)的亮度按照正弦变化的图形的周期数。

镜头基础知识镜头是摄像机的第一道关口，他的作用是将光信号（可见光与非可见光）成像在摄像机的CCD上。

（1）镜头主要的参数A、什么是镜头的焦距？答：从光学原理来讲焦距就是从焦点到透镜中心的距离。

即焦距长度。

如“f=8-24mm”，就是指镜头的焦距长度为8-24mm。

B、焦距长短与成像大小、视角大小有什么关系？答：焦距长短与成像大小成正比，焦距越长成像越大，焦距越短成像越小。

镜头焦距长短与视角大小成反比，焦距越长视角越小，焦距越短视角越大。

C、焦距长短与景深透视感又什么关系？答：焦距长短与景深成反比，焦距越长景深越小，焦距越短景深越大。

焦距长短与透视感的强弱成反比，焦距越长透视感越弱，焦距越短透视感越强。

D、什么是镜头的光圈？答：光圈的功能就如同我们人类眼睛的虹蟆，主要用来调整摄像机的进光量，F 表示镜头的孔径，较小的F值表示较大的光圈。

E、什么是景深？答：当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也都当清晰的。

焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深。

F、什么是广角镜头？答：广角镜头因焦距非常短，所以投射到底片上的景物就变小了扩阔镜头拍摄角度，除可拍摄更多景物，更能在狭窄的环境下拍摄出宽阔角度的影像。

视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。

G、什么是长焦镜头？答：视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。

H、什么是镜头的视频驱动？答：它将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，这种视频输入型镜头内包含有放大器电路，用以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制。

I、什么是镜头的直流驱动(DC driverno Amp)答：它利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，这种镜头内只包含电流计式光圈马达，摄像机内没有放大器电路。

二种驱动方式产品不具可互换性，但现已有通用型自动光圈镜头推出。

J、什么是镜头的有效距离答：指不同尺寸的镜头，最佳的成像距离。

镜头基础知识和知识点总结镜头基础知识和知识点总结一、引言镜头作为摄影器材中至关重要的一部分，对照片质量和效果的产生起着决定性的作用。

了解镜头的基础知识和知识点，不仅有助于我们选择适合的镜头进行拍摄，还可以更好地理解照片的构图和质量问题。

本文将从镜头的构造、分类、光学原理以及一些实用的知识点等方面进行总结和介绍。

二、镜头的构造1. 玻璃光学元件镜头的构造主要由玻璃光学元件组成，包括透镜和反射镜等。

透镜分为凸透镜和凹透镜，通过调整透镜的位置和组合方式，可以改变光线的折射和聚焦效果。

2. 光圈光圈是镜头中具有可变直径的孔径，在光线通过后，可以调整光圈的大小，从而控制进入相机传感器的光量。

光圈的大小直接影响到照片的景深和光线的明暗。

3. 对焦机构对焦机构是镜头中用来调节镜头与被摄物体之间的距离，从而使被摄物体保持清晰的部分。

现代镜头的对焦机构通常由电机和多个对焦组件组成，以实现快速、准确的对焦。

三、镜头的分类1. 按焦距分为广角镜头、标准镜头和长焦镜头广角镜头一般具有小于50mm的焦距，适用于拍摄广角景物，能够呈现出宽广的景深和视角。

标准镜头一般为50mm，是最接近人眼视角的镜头。

长焦镜头超过50mm，适合远距离或需要放大物体的拍摄。

2. 按功能分为定焦镜头和变焦镜头定焦镜头焦距固定，无法调节，但一般具有更好的成像质量和透光性能。

变焦镜头可以根据需要调整焦距，适合拍摄需要不同视角的场景。

3. 按反射系统分为单反镜头和无反镜头单反镜头为配合单反相机设计的镜头，通过反光板和五棱镜将图像引导至取景器中观察。

无反镜头为适配无反相机的镜头，直接将图像传导至相机的电子取景器或显示屏中。

四、光学原理1. 焦点和景深焦点是指光线通过透镜后汇聚在传感器上的位置，决定了被摄物体的清晰与否。

景深则是指摄影中被认为是清晰的范围，包括近景和远景。

焦点和景深的关系是，当焦点调整到一定位置时，会带来不同的景深效果。

2. 色差和畸变色差是指透镜在不同颜色的光线传播中产生的偏差，造成照片中出现色彩偏移现象。

3c相机镜头光源基础知识及光学系统选型设计方法3C相机镜头光源基础知识及光学系统选型设计方法1. 前言在数字相机领域，镜头是至关重要的组成部分之一。

它的质量和性能直接影响相机的成像效果。

而要了解镜头光源基础知识及光学系统选型设计方法，首先需要掌握光学基础知识，了解光的传播和干扰现象，以及不同光源的特点和适用场景。

2. 光学基础知识光学是研究光的传播、干扰和折射等现象的学科。

光的传播是通过光线完成的，它具有波粒二象性。

在光学中，我们经常会使用光的波动模型和几何模型来进行分析。

2.1 光的传播光是通过光源发出的电磁波，其传播遵循直线传播的几何光学原理，即光线模型。

光线在空气、玻璃等介质中传播时会发生折射和反射，这是由光的波动性质决定的。

2.2 光的干扰光的干扰是指两束或多束光线在空间中相遇时，相互干涉和衍射的现象。

干涉是指光线的互相叠加和相长相消的现象，衍射是指光线通过障碍物或孔径时发生偏折和扩散的现象。

3. 光源基础知识在摄影领域，不同的光源具有不同的特点和效果。

常见的光源有自然光、白炽灯、荧光灯、LED等。

光源的色温、亮度、光线的色彩饱和度等参数都会对拍摄的效果产生影响。

3.1 自然光自然光是指来自太阳的光线，它的色温与太阳的高度和时间相关，早晨和傍晚的自然光偏暖色调，中午的自然光偏冷色调。

自然光的光线比较柔和和均匀，适合拍摄风景和人物照片。

3.2 白炽灯白炽灯是一种传统的光源，它具有较高的色温和较低的色彩饱和度。

白炽灯下的拍摄会使照片呈现出暖色调，给人一种温暖和亲切的感觉。

但是由于白炽灯的光线比较黄，容易导致色彩偏差。

3.3 荧光灯荧光灯是一种常见的室内光源，它具有较高的色温和较高的色彩饱和度。

荧光灯下的拍摄会使照片呈现出冷色调，给人一种冷静和清爽的感觉。

但是由于荧光灯的光线比较刺眼，容易导致眼睛疲劳。

3.4 LEDLED是一种较新的光源，它具有较高的色温和较高的色彩饱和度。

LED灯下的拍摄可以根据需要调节光线的色温和亮度，适用于各种场景的拍摄。