經(jīng)常使用鏡頭的小伙伴，相信對(duì)遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric Lens）不會(huì)陌生。按遠(yuǎn)心光路的原理來說，我們通常將遠(yuǎn)心鏡頭分為三類：物方遠(yuǎn)心鏡頭、像方遠(yuǎn)心鏡頭以及雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭，以便根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的不同要求，來選擇對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)心鏡頭。 那么，關(guān)于遠(yuǎn)心光路的原理，大家知道多少呢？

首先，我們來了解兩個(gè)參數(shù)：

孔徑光闌與主光線

孔徑光闌：在光學(xué)系統(tǒng)中，用一些中心開口的薄金屬片來合理的限制成像光束的寬度和位置，我們把這些中心開口的薄金屬片稱為孔徑光闌。 主光線：物點(diǎn)發(fā)出的通過孔徑光闌中心的光線。

圖1

首先來看圖1中各處代表的含義：L為透鏡，A,B,C分別為孔徑光闌的不同位置，紅、黃、藍(lán)代表為成像的光束，其中粗線代表主光線。 從圖1中可以看出，當(dāng)孔徑光闌放置在位置A時(shí)，由物點(diǎn)Q發(fā)出的各個(gè)方向的光，只有藍(lán)色光束參與成像; 當(dāng)孔徑光闌放置在位置B時(shí)，只有黃色光束參與成像; 當(dāng)孔徑光闌在位置C時(shí)，只有紅色光束參與成像。雖然物點(diǎn)Q經(jīng)透鏡成像后，像點(diǎn)在Q’處，但因?yàn)榭讖焦怅@的位置不同，導(dǎo)致了參與成像的光束是不一樣的。 了解了這兩個(gè)參數(shù)之后，我們就能更好地理解遠(yuǎn)心光路。

遠(yuǎn)心光路

我們通過對(duì)比普通光路來看遠(yuǎn)心光路：假設(shè)測量物體長度，普通光路情況下，鏡頭本身充當(dāng)孔徑光闌的情況（圖2(a)），當(dāng)物體位于AB時(shí)，其像在成像平面上是A’B’，當(dāng)物體移至A1B1時(shí)，其像是A1’ B1’，由于其主光線通過透鏡中心，所以在成像平面上的投影點(diǎn)A1’’ B1’’< A’B’，這就是所謂的近大遠(yuǎn)小現(xiàn)象，造成了測量的不準(zhǔn)確。 ? 為了解決這個(gè)問題，我們把孔徑光闌放置在透鏡像方的焦平面上，如圖2(b)，此時(shí)由于孔徑光闌選擇成像光束的作用，只有物體發(fā)出的主光線平行于光軸的很細(xì)的一束光參與成像，所以，無論物體位于位置AB還是A1B1，他們的主光線是重合的，其在成像平面上的投影中心點(diǎn)是相同的，因此，雖然物體位于A1B1時(shí)，其像仍然是A1’ B1’，但在成像平面上的彌散斑的中心間距A1’’ B1’’=A’B’，這樣就解決了上述因近大遠(yuǎn)小，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)的問題。這個(gè)光路的特點(diǎn)是入瞳位于無窮遠(yuǎn)，物方參與成像光束的主光線平行于光軸，故稱此光路為“物方遠(yuǎn)心光路”，而用“物方遠(yuǎn)心光路”設(shè)計(jì)的鏡頭稱“物方遠(yuǎn)心鏡頭”。

圖2(a)

圖2(b)

明白了物方遠(yuǎn)心光路的原理后，相信大家也能判斷為什么選擇物方遠(yuǎn)心鏡頭了。其主要就是為了消除由于物體位置的變化而帶來的像大小的變化，比如： 1）實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中由于環(huán)境導(dǎo)致調(diào)焦不準(zhǔn) 2）需要測量有厚度的物體 3）要檢測的物體不在同一平面內(nèi) 物方遠(yuǎn)心的缺點(diǎn)是放大倍率與成像平面的位置有關(guān)。要解決這個(gè)問題，就設(shè)計(jì)了“像方遠(yuǎn)心”。把孔徑光闌放在物方的焦平面上，只允許像方主光線平行于光軸的光束成像，此時(shí)的光路稱為“像方遠(yuǎn)心光路”，鏡頭則是“像方遠(yuǎn)心鏡頭”。“像方遠(yuǎn)心光路”就解決了由于相機(jī)位置的不確定帶來的放大倍率不同的問題。 而物方遠(yuǎn)心和像方遠(yuǎn)心結(jié)合在一起的，就是“雙側(cè)遠(yuǎn)心”。

原文標(biāo)題：遠(yuǎn)心鏡頭的分類是基于什么原理？

文章出處：【微信公眾號(hào)：新機(jī)器視覺】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq