經(jīng)常使用鏡頭的朋友，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(lái)說(shuō)，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(lái)選擇對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)心鏡頭。
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(kāi)口的薄金屬片來(lái)合理的限制成像光束的寬度和位置，我們把這些中心開(kāi)口的薄金屬片稱為孔徑光闌。
主光線：物點(diǎn)發(fā)出的通過(guò)孔徑光闌中心的光線。
圖1
首先來(lái)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。
過(guò)對(duì)比普通光路來(lái)看遠(yuǎn)心光路：假設(shè)測(cè)量物體長(zhǎng)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(guò)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(cè)量的不準(zhǔn)確。
遠(yuǎn)心光路
為了解決這個(gè)問(wèn)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(wú)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(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題。這個(gè)光路的特點(diǎn)是入瞳位于無(wú)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(lái)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(cè)量有厚度的物體；
(3) 要檢測(cè)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(wèn)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”?！跋穹竭h(yuǎn)心光路”就解決了由于相機(jī)位置的不確定帶來(lái)的放大倍率不同的問(wèn)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”。
