各种类型的物镜,如用于
光学仪器的
望远镜、摄影物镜和
激光扫描仪,都具有远心设计。物镜的远心本质上意味着对于远处的观察者来说它具有正投影视角。这意味着主光线水平于
光学系统的左侧和右侧,入瞳和出瞳在无穷远处。通过使用适当放置的光学孔径(如光阑)来实现远心。在某些情况下,由于对入射光线已经给出了限制,这甚至是不必要的。
.xIu 人们区分物侧和像侧或两侧的远心度;下一节将解释这些情况。
5f'<0D;K 实际上,远心条件(例如,通过水平主光线形成的条件)从未完全满足。因此,
远心镜头可能有一个关于远心角的附加规范,它表征与完美远心的偏差。
pHpHvSI /Wqx@# 物方远心
透镜 qp6*v& Bt\z0*t=s 通过在后焦平面插入光阑(光圈),可以使透镜或物镜在物方空间具有远心,如图1所示为简单的单透镜配置。(同样的原理可以很容易地应用于多镜头物镜——它也有一个后焦平面。)只有部分光线(显示为蓝色)可以穿过光阑并对图像产生影响。
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Zagj1OV| 图1:来自聚焦平面上的物体的光线部分通过光阑并在像平面上相遇。
5?()o}VjAO 现在考虑一个距离更远的物体(见图2),在不调整焦点的情况下观察。在这里,透射光线不再在原像面上相遇;如果图像
传感器停留在原平面上,图像会有些模糊。然而,模糊区域的中心与之前保持一致。这是因为光阑只选择那些在透镜前近似水平的光线。在这些条件下,物体的位置只影响图像的清晰度,而不影响其位置;模糊关于常量中心是对称的。然而,需要注意的是,只有当光阑放置在透镜的焦平面上时,这种方法才有效。
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/e0cx:.w 图2:对于距离较小的物体,图像失焦。然而,光斑仍然集中在同一位置。(原始对象的位置仍然被标记,并且我们保持图像传感器的位置不变。)
ju= +!nGUa 光圈如何影响图像大小?
zJJ6"9sl 尽管光圈不会像图1中那样影响真实焦点的位置,但在散焦的情况下,它会影响模糊区域的大小和中心。以同样的方式解释了摄影镜头的孔径光阑对景深的影响。若以所选像平面(独立于像平面的真实位置)上的尺寸定义放大率,则放大率与物距无关。如果将物体移到离镜头较近或较远的位置,只会损失图像的清晰度,但表观尺寸保持不变。通过减小光圈直径可以减小(即增加了景深)的模糊效应,但这会降低图像的亮度。
{g7[3WRy 需要注意的是,如果改变镜头的调焦,放大率当然会发生变化。因此,人们通常不会使用这种带有自动对焦装置的镜头。
W18I"lHeh 通过将光阑向左
成像得到透镜的入瞳和出瞳。由于光阑在焦平面内,因此入瞳在无穷远处。这再次强调了所获得的正字法视角:对于无穷远处的观察者而言,物体纵向位置的变化无关紧要。
J"TM[4^\Y 相比之下,大多数其他(非远心)透镜或物镜(就像人眼一样)的入瞳更靠近光学入口的中心,因此看到的物体就像是从该平面上的参考点看到的一样(内中心透视)。结果是更远的物体看起来比更近的物体小。此外,一个小的近距离物体可以完全隐藏一个更大但更远的物体。远心系统不是这种情况。
k5=VH5{S 所解释的操作原理有一些限制:
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