镜头与透镜的成像特性

第２９卷第４期　２００８年７月　应用光学　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４　Ｊｕ１．２００８　

文章编号：１００２—２０８２（２００８）０４—０５１８－０４　

方形自聚焦透镜５×５阵列的成像特性　

王　风　，刘德森　，蒋　小平　，　周素梅　

（１．重庆师范大学初等教育学院，重庆４００７００；２．西南大学物理学院，重庆４００７１５）　

摘要：　采用离子交换工艺和精密加工技术制作了方形自聚焦透镜５×５阵列，并对其成像特性　

进行研究。结果表明：方形自聚焦透镜阵列相对于圆形孔径阵列而言，能有效增大填充系数，提高　受光面积，其多重像和综合像的像质均匀，成像质量好。分析了导致多重像偏离和综合像变形的原　

因，并给出解决这一问题的关键技术。　关键词：　方形自聚焦透镜阵列；成像特性；多重像；综合像　

中图分类号：ＴＮ２５２　文献标志码：Ａ　

Ｉｍａｇｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　５×５　ａｒｒａｙ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｓｑｕａｒｅ　ＧＲＩＮ　ｌｅｎｓ　

ＷＡＮＧ　Ｆｅｎｇ　。ＬＩＵ　Ｄｅ—ｓｅｎ　，ＪＩＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｐｉｎｇ　，ＺＨＯＵ　Ｓｕ—ｍｅｉ　（Ｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｒｉｍａｒｙ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４００７００，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４００７１５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　５×５　ｓｑｕａｒｅ　ＧＲＩＮ　ｌｅｎｓ　ａｒｒａｙ　ｗａｓ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｏｎ—ｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｒｒａｙ　ｗｅｒｅ　

第 1 页 共 4 页 凸透镜成像规律

一、知识要点

1、透镜成像规律：

透镜种类 物的位置

(物距u) 像的位置

（相距v) 像的性质 应用

凸透镜 u vf 与物异侧 焦点附近，实像 望远镜的物镜

2uf 2fvf 与物异侧 倒立、缩小、实像 照相机

2uf 2vf 与物异侧 倒立、等大、实像 精确测焦距

2fuf 2vf 与物异侧 倒立、放大、实像 幻灯机

uf 不能成像 得到平行光

uf 与物同侧 正立、放大、虚像 放大镜

2、凸透镜成像的规律口诀：

（1）一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；

（2）物近像远像变大（实像）,物近像近像变小(虚像);

3、凸透镜成像实验：

（1）器材：光具座、凸透镜、光屏、蜡烛、火柴；

（2）调节：烛焰中心、凸透镜中心、光屏中心在同一高度（目的：使像完整地成在光屏中央）；

（3）移动光屏，在光屏上都找不到像的可能原因:

①蜡烛、凸透镜、光屏三者中心不在同一高度

②蜡烛放在了一倍焦距内

③光具座不够长

（4）凸透镜破了一块(或遮住一部分)的后果；不影响像的完整性，像会变暗；

（5）使光屏上的像变大或变小的方法:物近像远像变大.

4、照相机、投影仪、放大镜的成像特点:

（1）照相机：利用凸透镜成缩小的实像的原理工作,被照景物离照相机的距离应大于照相机镜头的二倍焦距；像成在胶片上，胶片离镜头的距离应在一倍焦距和二倍焦距之间.要想使胶片上的人像大些，人离照相机的距离要近些,同时胶片离镜头的距离要调大些。

（2)投影仪:利用凸透镜成放大的实像的原理工作。投影片（或幻灯片)上的图像是物，投影片（或幻灯片）离镜头的距离应在一倍焦距和二倍焦距之间；像成在屏幕上，屏幕离投影仪(或幻灯机）的距离应大于二倍焦距。

（3）放大镜：利用凸透镜成正立、放大的虚像的原理工作。被观察的物体离放大镜的距离必须小于焦距，才能看到物体正立、放大的虚像.

（4）望远镜、显微镜也利用了凸透镜成像的原理.

透镜的应用和成像原理

1. 透镜的基本概念

透镜是一种光学器件，常用于聚焦光线或改变光线传播的方向。透镜可以分为凸透镜和凹透镜两种类型。凸透镜由一段薄厚在中央的透明介质所组成，中央薄厚的地方称为透镜的光轴。凸透镜的两个侧面是向内弯曲的。

2. 透镜的应用

透镜的应用非常广泛，下面列举了一些常见的透镜应用：

• 照相机和摄像机镜头：透镜用于使光线通过镜头并聚焦在感光元件上，从而捕捉和记录图像。

• 显微镜和望远镜：透镜用于放大远处或微小物体的图像，使其能够被人眼观察到。

• 投影仪：透镜用于将图像投射到屏幕上，使观众可以观看到放大的图像。

• 眼镜和隐形眼镜：透镜用于矫正视力，使光线正确地聚焦在眼睛上。

• 激光器：透镜用于聚焦激光束，控制激光的强度和方向。

• 光学仪器：透镜用于对光线进行分析和测量，如光谱仪和血液分析仪等。

3. 透镜的成像原理

透镜的成像原理可以通过几何光学来描述。几何光学假设光是直线传播的，适用于光线传播距离较远、光的波动特性可以忽略的情况。

• 凸透镜：当平行光线射入凸透镜时，会发生折射。凸透镜会将光线聚焦到一个焦点上。聚焦距离取决于透镜的曲度和折射率。如果物体位于光轴上的焦点前方，将会产生实像；如果物体位于光轴上的焦点后方，将会产生虚像。

• 凹透镜：当平行光线射入凹透镜时，也会发生折射。凹透镜会使光线发散，而不是聚焦。因此，物体位于光轴上的焦点前方时，将会产生虚像；当物体位于光轴上的焦点后方时，将会产生实像。

4. 透镜的主要参数

透镜有一些主要参数，下面列举了一些常见的参数：

• 焦距（f）：透镜焦距是指从透镜中心到光轴上焦点的距离。它是透镜最重要的特性之一，决定了透镜的聚焦能力。焦距可以是正的（凸透镜）或负的（凹透镜）。 • 光学中心（C）：透镜的光学中心是指在光轴上距离透镜中心相等的点。光线经过透镜的光学中心时，不会发生偏折。

• 物距（p）：物距是指物体离透镜的距离。当物体位于透镜前方时，物距为正值；当物体位于透镜后方时，物距为负值。

双远心工业镜头的原理简述 近年来，经常做机器视觉精密测量的公司就会听到一些比较新的名词，如

双侧远心、单侧远心、物方远心、像方远心等等这些以前并不是经常被提起的光学概念，让人一头雾水，不知如何理解，收集到的资料往往也都是专业化程度高不容易理解，今天从实际应用角度出发来简述双远心工业镜头的相关原

理。

凸透镜成像原理

特性一：所有经过光心的光不改变其传播方向

特性二：凸透镜对平行光有汇聚作用，镜头的成像即利用这一点

双远心镜头成像原理

原理：通过在镜头中间放置光阑，使得进出镜头的光线均为平行光，其他

光线被光阑遮挡，无法到达成像芯片，各看一侧分别是物方远心、像方远心镜

头。物方解决景深问题，像方解决放大倍率变化问题。

双远心镜头解决的问题

分辨率问题：普通工业镜头分辨率跟不上芯片分辨率提高的脚步，其受制

于其光学成像的原理，最好的也只能做到10um左右,最多可配合1000W像素的

相机使用，满足不了现在高分辨率相机和高精度测量检测的要求。

景深问题：普通镜头的景深比较小，当需要测量的物体在镜头纵深方向超

出其范围，检测或测量无法进行。

放大倍率问题：放大倍率随作距离变化而发生变化。当我们的视觉系统被

用来执行精密测量任务时，这一特性会导致不可容忍的误差。

FAQ&答疑 Q：为什么双远心镜头的体积通常比较大

· A：因为双远心镜头是平行光进出，所以需要多大拍摄面积，就需要多大

面积的平行光进入，因此就需要多大面积的镜筒，所以双远心镜头体积通常都

比较大，而且视场越大，体积越大。

· Q：双远心镜头怎样选型？

· A：主要注意以下几点：视场范围，兼容的CCD靶面，接口类型等满足

要求，其他的如工作距离，景深范围，外形尺寸等只要不影响使用就可以。

· Q：双远心镜头配合什么样的光源效果比较好？

· A：由于远心镜头只接受平行光，滤除了几乎所有的漫反射光源，所以在

自然环境下成像比较暗，所以选用平行光源能够最大限度的发挥双远心镜头的