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【視覺知識】工業鏡頭的相對照度

來源：光虎

工業鏡頭的相對照度

首先我們先來區分兩個概念：鏡頭的照度和相對照度。
鏡頭的照度表示在鏡頭的光軸上，也就是成像中心的明亮度，它取決于F值（即光圈值）。
鏡頭的相對照度是指像平面上各視場位置的照度與中心視場的照度之比，即周邊視場受鏡頭漸暈及余弦四次方定律影響，與中心相比明亮度減少的現象。
今天我們主要來介紹影響工業鏡頭相對照度的主要因素：

1.余弦四次方定律

與鏡頭光軸平行的入射光，聚集在成像中心處成像，假設該軸上像點照度為E0’，與光軸不平行的斜光線，與光軸形成物方視場角ω，此時的像面照度Eω’為：
Eω’= E0’cos4ω
即斜光線成像的亮度與這個斜角的余弦四次方成正比。從公式可以得出，與成像中心相比，越靠近邊緣，像面照度越小，故會出現中心亮邊緣暗的情況，這是客觀原理決定的，它和畸變一樣，只能減小卻無法消除。

像平面的相對照度取決于物方視場角，在有限共軛的系統中，可以采取入瞳面遠離物面的設計提高相對照度；對于無限共軛系統（遠心光學系統），物方視場一般在設計時給定一個固定值，故相對照度也基本上是固定的。這也是遠心鏡頭的相對照度比一般FA鏡頭要好的主要原因。

2.漸暈

漸暈簡單來說是部分軸外物點發出的成像光束被攔截的現象。漸暈在一定程度上可以改善軸外物點成像質量，但是會削弱對應點的照度。

下面我們從幾個圖中直觀的來了解漸暈對相對照度的影響：

原始成像：

只加漸暈：

由此可見，鏡頭加漸暈只減少了邊緣光線的角度（ω’邊緣＜ω邊緣），而中心光線的角度不變（ω’主光線=ω主光線）。所以鏡頭邊緣照度變小、而中心照度不變，故相對照度降低。

由漸暈可以推斷出加大F數，將邊緣光線角度和中心光線角度同時減小，則鏡頭邊緣照度和中心照度同時減小，此時可增加相對照度。但增加F數提高相對照度的方法我們一般情況下很少使用，雖然保證了相對照度，但鏡頭的中心照度卻降低了，使得整個鏡頭的畫面亮度變得很暗。

從上述相對照度的影響因素來看，若想得到一個照度相對均勻的圖像，您可以選擇小視場工業鏡頭，若您對均勻度有更高的要求，那遠心鏡頭將會是您的不二選擇。

【來源：光虎光學內部培訓資料】

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