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先來區(qū)分兩個(gè)概念,鏡頭的照度和相對(duì)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(duì)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(xiàn)象,其主要影響因素如下。
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(shè)該軸上像點(diǎn)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(shí)的像面照度Eω’=E0’cos4ω,即斜光線成像的亮度與這個(gè)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(huì)出現(xiàn)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(duì)照度取決于物方視場角,在有限共軛的系統(tǒng)中,可以采取入瞳面遠(yuǎn)離物面的設(shè)計(jì)提高相對(duì)照度。對(duì)于無限共軛系統(tǒng)(遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)),物方視場一般在設(shè)計(jì)時(shí)給定一個(gè)固定值,故相對(duì)照度也基本上是固定的。這也是遠(yuǎn)心鏡頭的相對(duì)照度比一般FA鏡頭要好的主要原因。
漸暈
漸暈簡單來說是部分軸外物點(diǎn)發(fā)出的成像光束被攔截的現(xiàn)象。漸暈在一定程度上可以改善軸外物點(diǎn)成像質(zhì)量,但是會(huì)削弱對(duì)應(yīng)點(diǎn)的照度,下面幾個(gè)圖直觀的體現(xiàn)了漸暈對(duì)相對(duì)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(duì)照度降低。由漸暈可以推斷出加大F數(shù),將邊緣光線角度和中心光線角度同時(shí)減小,則鏡頭邊緣照度和中心照度同時(shí)減小,此時(shí)可增加相對(duì)照度。但增加F數(shù)提高相對(duì)照度的方法一般情況下很少使用,雖然保證了相對(duì)照度,但鏡頭的中心照度卻降低了,使得整個(gè)鏡頭的畫面亮度變得很暗。
從上述相對(duì)照度的影響因素來看,若想得到一個(gè)照度相對(duì)均勻的圖像,可以選擇小視場工業(yè)鏡頭,若對(duì)均勻度有更高的要求,那遠(yuǎn)心鏡頭將會(huì)是不二選擇。
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