数码镜头设计原理

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1、第28页共4页章节内容第28页共4页数码镜头设计原理_基础篇第三章视场第一 节CCD上可容纳下的物镜象方视场角1数码镜头视场角的定义到CCD感光面对角线顶点的数码镜头出射主光线倾角定义为数码镜头的象方视场角，其物方共厄角定义为数码镜头的物方视场角。2CCD上可容纳下的物镜象方视场角在第二章中第二节的3里曾介召过各种规格CCD的尺寸如下：表2CCD感光面尺寸和对角线尺寸项目1英寸2/3英寸1/2英寸1/3英寸1/4英寸CCD的尺寸12.89.68.86.66.44.84.83.63.62.7对角线尺寸16118

2、64.5有了CCD有校光接受面尺寸和数码镜头焦距后，就可用（3）式计算数码镜头全视场角。由mathematica4算式有：―――――――――――（１）出全视场角是：由上计算可知当焦距为４mm，，全视场角要求不大于６０度时（短焦广角的清况），所采用的ＣＣＤ是１／４英寸的。上面介召了数码镜头视场角与ＣＣＤ感光面尺寸的匹配问题，可作为镜头设计或选用ＣＣＤ的参考。有些情况下的镜头允许有一定畸变，例如：测量镜头和制板镜头要求小于1%，一般的照象镜头和望远镜头要求小于5%，电脑镜头和一般的监视镜头要求小于10%，车用后视

3、镜和大厅监视镜头要求小于15%。而正镜头的畸变多数是负的，这样就使实际的成象高度比用（1）式确定的象高度L要小，为了达到CCD对角线对成象高的要求，数码镜头物方视场角在设计取实际值时，要第28页共4页取的比（1）式算出的大些。具体大多少合适，应用（2）式确定：Tan(Ｗ实际)=Tan(Ｗ)/(1+η)―――――――――――――（２）式中：η是镜头的畸变（正透镜多数是负畸变，注意应将符号一起代入）特别需指出的是：超广角的数码镜头，其出射主光线倾角可以很小，甚至才几度，入射主光线倾角有到60多度（全视场角到120

4、多度）。这是超广角超口径数码镜头两组分离结构（前为负组，承单压缩视场角的作用，后为正组，承担光焦度和减小主光线倾角的作用）的光学特点所决定的，出射与入射角之间不存在畸变的概念，畸变应理解成：将系统理想化后，有畸变于无畸变象高对应主光线倾角正切比。第二节CCD用照象镜头的分类1照象镜头分类的国家标准根据国家照相机标准，镜头等级与鉴别率间关系见下表：下面是36mm镜头系列鉴别率等级表镜头类别镜头级别视场中心边缘广角镜头f’<38J04025JI3626JII3236JIII2812标准镜头f’=38→61J041

5、20JI3618JII3214JIII2811远摄镜头61135J03225JI2822JII2516JIII2212如果CCD镜头要达到36mm镜头系列同样的分辩效果，那么当CCD镜头的成象放大到36mm镜头系列成象尺寸时，应有相同的分辩率。现以上表中心最差的鉴别率情况，来计算CCD镜头达到同等象质时的分辩率要求：36mm镜头系列中心鉴别率为22ln/mm时，其最小感光单元分辩率方向上线尺寸为：1/（222）=0.02273

6、mm，在CCD镜头象面上要达到同样成象质量（指象面放大到35mm镜头系列成象水平），则其最小象元线尺寸=0.022734.8/36=0.00303mm,对应镜头分辩率第28页共4页=1/20.00303=165ln/mm。2CCD用照象镜头的分类CCD镜头的接受面尺寸设为MN，对角线尺寸则为：L=SQR（M^2+N^2）,对物镜中心张角W=2atg[L/(2f’)]。当CCD镜头的全视场角W与36mm镜头系列全视场角α相等时，其拍摄的视场效果是一样的。我们称此时CCD镜头与135镜头相当。已知135镜头接受器

7、为胶片，其尺寸为：2436，对角线尺寸为：l=SQR（24^2+36^2）=43.27，对物镜中心张角α=2atg（21.64/f’）。下面列出最长用的1/3英寸CCD镜头与36mm镜头同视场下的焦距对应关系：镜头类型36mm镜头系列1/3英寸CCD镜头焦距范围视场角范围焦距范围视场角范围广角镜头F’<382W>59.3°F’<7.0272W>59.3°标准镜头F‘=38→612W=59.3°→39°F’=7.027→11.32W=59.3°→39°远摄镜头F’=61→1352W=39°→18.2°F’=11

8、.3→252W=39°→18.2°超远摄镜头F‘>1352W<18.2°F‘>252W<18.2°根据镜头类别的定义，CCD镜头用于相机时焦距的系列值选择如下：广角：F’≤6mm，标准：8mm，,10mm，12mm，摄远：F’≥16mm