Parameter utama kanta optik

Dalam bidang optik, parameter kanta optik memainkan peranan penting dalam prestasi dan aplikasi mereka. Berikut adalah analisis terperinci dan mendalam mengenai parameter utama kanta optik, digabungkan dengan contoh aplikasi praktikal untuk menggambarkan.

Panjang fokus: Pengawal nisbah pengimejan

Panjang fokus, sebagai salah satu elemen utama sistem optik, ditakrifkan sebagai jarak dari titik utama ke titik fokus. Ia memainkan peranan penting dalam menentukan hubungan berkadar antara imej dan objek sebenar. Apabila jarak objek disimpan malar, kanta panjang fokus panjang lebih disukai jika imej berkadar besar dikehendaki.

Sebagai contoh, dalam fotografi hidupan liar, jurugambar sering perlu menangkap butiran tajam haiwan tanpa cukup dekat untuk mengganggu mereka. Dalam kes ini, penggunaan lensa panjang fokus yang panjang (misalnya 600mm atau lebih lama) dapat membawa haiwan jauh lebih dekat, sehingga ia menduduki sebahagian besar gambar, dan perincian bulu, mata, dan ciri -ciri lain binatang jelas ditunjukkan.

Dalam seni bina sistem optik, terdapat perbezaan antara panjang fokus objek (panjang fokus depan F) dan panjang fokus imej (F '). Panjang fokus objek adalah jarak dari titik objek utama h ke titik fokus objek F. Panjang fokus imej adalah jarak dari titik imej utama H 'ke titik fokus imej F'. Ciri -ciri positif dan negatifnya bergantung pada arah titik utama ke titik fokus dan arah penyebaran cahaya adalah sama, jika kedua -duanya adalah arah yang sama, panjang fokus positif; Jika tidak, ia adalah negatif. Perlu diingat bahawa dalam hal sistem dengan medium yang sama di kedua-dua belah pihak, panjang fokus imej dan panjang fokus objek mempamerkan harta yang sama dengan nilai dan bertentangan dengan tanda, iaitu, f '= -f.

Aperture Relatif dan Nombor Aperture (F-Number): Hab Pelarasan untuk Pencahayaan Imej

Aperture relatif adalah nisbah diameter murid ke panjang fokus (D/F), yang terutamanya mempengaruhi pencahayaan satah imej. Illuminance satah imej kanta fotografi adalah berkadar dengan kuadrat aperture relatif. Dalam adegan dengan cahaya yang rendah, seperti fotografi malam, atau apabila masa pendedahan yang sangat singkat diperlukan untuk menangkap pergerakan berkelajuan tinggi (seperti tindakan atlet yang berpecah-belah pada acara sukan), keperluan untuk meningkatkan pencahayaan imej adalah kritikal, Oleh itu, aperture relatif besar diperlukan. Kanta biasanya menggunakan nombor apertur F untuk menunjukkan saiz aperture, dan nombor apertur F adalah timbal balik aperture relatif, iaitu f = f '/d.

Bidang Pandangan dan Imej Saiz Saiz: Menentukan Unsur Medan Pemandangan Pandangan

Bidang pandangan lensa menentukan tahap tempat kejadian yang difoto. Memandangkan sistem fotografi cenderung kepada objek yang jauh, satah imej biasanya berhampiran dengan satah fokus. Oleh itu, hubungan antara saiz pesawat imej dan medan pandangan 2W 'boleh dinyatakan sebagai formula: y' = f'tanw ', di mana y' mewakili jejari kawasan pesawat imej.

Dalam bidang kamera perindustrian, sensor CCD atau CMOS sebagai penerima muka imej biasa, dibahagikan kepada pelbagai muka dan array garis dua jenis. Dalam parameter lensa, saiz sensor juga sering digunakan untuk menunjukkan saiz bidang pandangan.

Sensor muka muka mempunyai kawasan kerja segi empat tepat, saiznya biasanya diukur dari segi panjang pepenjuru; Sensor array line mempunyai unit piksel yang disusun dalam satu baris, dan spesifikasi mereka dinyatakan dari segi bilangan dan saiz unit piksel. Spesifikasi sensor array garis adalah 1K, 2K, 4K, 8K, 12K, dan lain -lain, dan unit piksel adalah 5 μm, 7 μm, 10 μm, 14 μm, dan sebagainya.

Untuk sensor yang sama, lensa panjang fokus yang panjang sepadan dengan bidang pandangan yang lebih kecil, boleh jauh dari tempat kejadian untuk menembak imej yang lebih besar, jadi dalam adegan fotografi jarak jauh digunakan secara meluas, dikenali sebagai kepala teleskop; Lensa panjang fokus pendek mempunyai bidang pandangan yang lebih besar, boleh berada di dekat pelbagai adegan ke dalam permukaan imej, jadi ia dipanggil lensa sudut lebar, sementara bidang pandangan lebih luas dinamakan sebagai lensa fisheye; Di antara kedua -dua di antara, panjang fokus adalah kira -kira sama dengan panjang lensa pepenjuru adalah lensa standard.

Panjang gelombang operasi: Julat spektrum di mana lensa beroperasi.

Kanta optik direka untuk gelombang cahaya dalam julat panjang gelombang tertentu. Gelombang cahaya yang dipancarkan dari satah objek boleh melalui lensa untuk membentuk imej yang jelas pada satah imej hanya jika mereka berada dalam julat panjang gelombang yang mana lensa disesuaikan, dan pelemahan tenaga agak kecil dalam proses. Dalam bidang pemerhatian astronomi, cahaya yang dipancarkan oleh badan -badan langit yang berlainan merangkumi pelbagai panjang gelombang. Sebagai contoh, pemerhatian bintang memerlukan penggunaan kanta optik yang mampu menyesuaikan diri dengan cahaya yang kelihatan dan beberapa panjang gelombang inframerah berhampiran, kerana bintang memancarkan kuat dalam julat panjang gelombang ini. Untuk pemerhatian sesetengah nebulae, kerana cahaya yang mereka pancarkan mungkin mengandungi garis pelepasan tertentu, seperti beberapa garis spektrum hidrogen pada panjang gelombang tertentu, adalah perlu untuk mengkhususkan diri dalam panjang gelombang yang direka untuk lensa untuk menangkap isyarat cahaya lemah mereka, Untuk mendapatkan imej yang jelas untuk membantu ahli astronomi mengkaji struktur dan komposisi nebula. Cahaya pada dasarnya adalah gelombang elektromagnet, dan bergantung kepada panjang gelombang, ia boleh dibahagikan kepada beberapa jalur spektrum yang meliputi vakum ultraviolet, ultraviolet, kelihatan, inframerah dan kawasan lain, masing -masing dengan sifat optik yang unik.

Resolusi: Hakim kualiti imej kanta

Resolusi adalah salah satu petunjuk yang paling penting dalam kualiti lensa, dan ditakrifkan sebagai bilangan pasang jalur hitam dan putih yang dapat dibezakan dalam milimeter unit pesawat imej.

Resolusi adalah 1/2 d, di mana d adalah lebar garis. Unit resolusi adalah LP/mm (pasangan garis/mm). Dalam satah fokus kanta pengimejan yang ideal, jarak yang sama antara kedua -dua jalur yang dapat diselesaikan.

Kebalikannya adalah resolusi lensa ideal, yang dikira sebagai:

Di mana λ mewakili panjang gelombang pusat, dalam milimeter. Ia dapat dilihat bahawa resolusi lensa ideal dan aperture relatif berkait rapat dengan aperture relatif, semakin besar aperture relatif, semakin kecil f/#, semakin tinggi resolusi.

Dalam litografi semikonduktor, terdapat keperluan yang sangat tinggi untuk resolusi lensa. Untuk menghasilkan struktur litar yang lebih kecil pada cip, perlu menggunakan kanta optik resolusi yang sangat tinggi. Sebagai contoh, dalam peralatan litografi lanjutan, resolusi lensa untuk dapat membezakan puluhan nanometer atau garis dan corak yang lebih kecil, yang memerlukan lens Skala yang sangat kecil untuk mencapai pencitraan ketepatan tinggi, untuk mempromosikan kemajuan berterusan teknologi pembuatan cip. Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa formula ini hanya menentukan resolusi pusat bidang pandangan. Di pinggir bidang pandangan, resolusi dikurangkan kerana sudut apertur rasuk pengimejan lebih kecil daripada titik paksi.

Dalam kanta fotografi sebenar, resolusi sebenar jauh lebih rendah daripada lensa yang ideal kerana kehadiran penyimpangan sisa yang besar. Oleh itu, resolusi sebenar lens yang dinyatakan dari segi bilangan pasangan baris setiap milimeter (LP/mm). Untuk kanta tertentu, nilai MTF berbeza -beza pada frekuensi spatial yang berbeza. Secara umumnya, apabila kekerapan spatial meningkat, nilai MTF secara beransur -ansur berkurangan sehingga ia cenderung sifar, dan kekerapan spatial apabila MTF sifar dipanggil kekerapan lensa lensa.

Dalam aplikasi perindustrian praktikal, kerana sistem menggunakan array permukaan atau sensor array garis sebagai peranti pengimejan, resolusi sistem juga akan dibatasi oleh resolusi elemen imej sensor pengimejan. Resolusi piksel dikira sebagai NF-1/2P, di mana P ialah saiz unit piksel. Sebagai contoh, apabila saiz piksel CCD adalah 5 x 5 mikron, resolusi piksel adalah

Resolusi piksel sensor secara asasnya menghadkan resolusi maksimum sistem, walaupun lensa itu sendiri mempunyai resolusi yang tinggi, sistem tidak dapat membezakan butiran halus di atas resolusi piksel. Oleh itu, dalam proses pemilihan kanta sebenar, resolusi lensa biasanya diperlukan sedikit lebih tinggi daripada resolusi piksel untuk memastikan sistem dapat mencapai resolusi maksimum yang dibatasi oleh sensor.