远心光路的原理是什么？

经常使用镜头的小伙伴，相信对远心镜头（Telecentric Lens）不会陌生。按远心光路的原理来说，我们通常将远心镜头分为三类：物方远心镜头、像方远心镜头以及双侧远心镜头，以便根据实际应用的不同要求，来选择对应的远心镜头。   那么，关于远心光路的原理，大家知道多少呢？

首先，我们来了解两个参数：

孔径光阑与主光线

孔径光阑：在光学系统中，用一些中心开口的薄金属片来合理的限制成像光束的宽度和位置，我们把这些中心开口的薄金属片称为孔径光阑。  主光线：物点发出的通过孔径光阑中心的光线。

图1

首先来看图1中各处代表的含义：L为透镜，A,B,C分别为孔径光阑的不同位置，红、黄、蓝代表为成像的光束，其中粗线代表主光线。   从图1中可以看出，当孔径光阑放置在位置A时，由物点Q发出的各个方向的光，只有蓝色光束参与成像; 当孔径光阑放置在位置B时，只有黄色光束参与成像; 当孔径光阑在位置C时，只有红色光束参与成像。虽然物点Q经透镜成像后，像点在Q’处，但因为孔径光阑的位置不同，导致了参与成像的光束是不一样的。   了解了这两个参数之后，我们就能更好地理解远心光路。

远心光路

我们通过对比普通光路来看远心光路：假设测量物体长度，普通光路情况下，镜头本身充当孔径光阑的情况（图2(a)），当物体位于AB时，其像在成像平面上是A’B’，当物体移至A1B1时，其像是A1’ B1’，由于其主光线通过透镜中心，所以在成像平面上的投影点A1’’ B1’’< A’B’，这就是所谓的近大远小现象，造成了测量的不准确。   为了解决这个问题，我们把孔径光阑放置在透镜像方的焦平面上，如图2(b)，此时由于孔径光阑选择成像光束的作用，只有物体发出的主光线平行于光轴的很细的一束光参与成像，所以，无论物体位于位置AB还是A1B1，他们的主光线是重合的，其在成像平面上的投影中心点是相同的，因此，虽然物体位于A1B1时，其像仍然是A1’ B1’，但在成像平面上的弥散斑的中心间距A1’’ B1’’=A’B’，这样就解决了上述因近大远小，导致测量不准的问题。这个光路的特点是入瞳位于无穷远，物方参与成像光束的主光线平行于光轴，故称此光路为“物方远心光路”，而用“物方远心光路”设计的镜头称“物方远心镜头”。

图2(a)

图2(b)

明白了物方远心光路的原理后，相信大家也能判断为什么选择物方远心镜头了。其主要就是为了消除由于物体位置的变化而带来的像大小的变化，比如： 1）  实际工业应用中由于环境导致调焦不准 2） 需要测量有厚度的物体 3） 要检测的物体不在同一平面内   物方远心的缺点是放大倍率与成像平面的位置有关。要解决这个问题，就设计了“像方远心”。把孔径光阑放在物方的焦平面上，只允许像方主光线平行于光轴的光束成像，此时的光路称为“像方远心光路”，镜头则是“像方远心镜头”。“像方远心光路”就解决了由于相机位置的不确定带来的放大倍率不同的问题。  而物方远心和像方远心结合在一起的，就是“双侧远心”。

 

原文标题：远心镜头的分类是基于什么原理？

文章出处：【微信公众号：新机器视觉】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。

责任编辑：haq