老电影镜头 工业镜头 【视觉知识】工业镜头设计溯源--原始镜头（下）

【视觉知识】工业镜头设计溯源--原始镜头（下）

工业镜头设计溯源--原始镜头（下）

在前期推文中，我们介绍了6支原始镜头中的前三支。接下来我们将继续介绍剩下的三支镜头

4. Cooke Triplet 镜头

1893年，就职于库克公司的丹尼斯·泰洛设计了一款三片式的镜头，命名为库克三片式镜头。最初泰洛的想法是消除场曲的影响，把同等焦距的单凸透镜和单凹透镜紧靠一起，光焦度为零，场曲也是零。但是零光焦度的元件对系统没意义，场曲与透镜间距无关，因此把这两片原来紧靠在一起的透镜拉开，场曲仍旧是零，但光焦度表现为正数。这样虽然减小了场曲，但是也引入了其他的像差，为了进一步改善成像质量，泰洛将凸透镜一分为二，放置在凹透镜的两边，形成一种对称的结构，从而形成了最初的库克三片式镜头。早期由三片分离透镜构成的库克镜头，其光阑位于透镜之间，现在通常将光阑放在透镜后，以减少色差，但是这样的做法也给系统带来了较大的轴外球差，为了减少球差，通常采用在像面前增加一个遮光阑的方法，这样做虽然中心部分成像质量有所提高，但是像面面积减小，边缘部分亮度低，也就是所说的暗角现象。虽然库克镜头存在一定的缺陷，简单的装配、简洁的结构。锐利的中心和暗化的边缘，成为了一种独特的艺术氛围。

5.远摄镜头

远摄镜头大约在19世纪80年代由英国人和德国人同时发明。其中“远摄”的定义并非“长焦距”，而是“镜头的物理长度短于其焦距”。远摄同时还是一种镜头设计类型。所有的远摄镜头都有相同的关键结构：前组正镜组（凸镜），和后组负镜组（凹镜）。优点正如其名，缺点也很明显，远摄镜头天生就有枕形畸变，而且长焦镜头也很难做到大光圈。这些问题不是不能解决，但是需要大尺寸的前镜组，所以会导致镜头变得非常巨大。不过，对远摄结构设计来说，最重要的问题是纵向色差。后组负镜组会放大任何一种像差，尤其是纵向色差（不同色光会聚焦在不同位置上，导致图像模糊）。这就是为什么高质量的长焦镜头一般都至少有一片低色散镜片的原因。

6.倒置远射镜头

倒置远摄镜头最早出现在上世纪20年代，用于电影行业：因为镜头后方的棱镜占用了大量空间，彩色摄影机需要后焦点距离很长的镜头。所以倒置远摄镜头应运而出。显而易见的，倒置远摄镜头的设计，正是将远摄设计颠倒过来：前镜组采用负镜组，后镜组为正镜组。优点是允许焦距比后焦点距离更短。换句话说，后焦点距离大于20mm的镜头也可以做到20mm焦距（单反相机必备，无反光镜相机的后焦点可以小于20mm）。这种设计还提供了相对的大光圈和广视角，拥有最小的暗角，且很少有球面像差。缺点是：像场弯曲非常常见。焦点的远近会导致像差的变化，所以通常一支在无限远成像不错的镜头在近距离拍摄的质量就会变差，反之亦然。广角镜头有多种像差，而且非常严重（彗差和横向色差，还有畸变），需要大量镜片进行校正。畸变通常很难校正（有人认为鱼眼镜头就是不校正畸变的大视角倒置远摄镜头）。

在本期中，我们分别讨论了：库克三片式、远摄、反远摄等三支原始镜头。了解镜头的原始结构，不仅有助于我们在设计时选择合适的初始结构，还有助于我们利用这些“缺点”设计出更好的镜头。

【来源：光虎视觉内部培训资料】

工业镜头如何分类？和一般镜头有什么区别？

工业镜头在工业领域中应用广泛，是常见的镜头类型之一。根据不同的需求和应用场景，可以选择不同类型的工业镜头。

工业镜头如何分类？

根据不同的分类标准，工业镜头可以分为不同的类型，常见的分类方式如下：

根据透镜结构分类。 根据镜头的透镜结构来分类，工业镜头可以分为单透镜（如凸透镜、凹透镜）、复合透镜（如双凸透镜、双凹透镜）、复合透镜组等。

根据焦距分类。 根据镜头的焦距来分类，工业镜头包括广角镜头、标准镜头、长焦镜头等。

根据应用领域分类。 根据镜头的应用领域来分类，工业镜头可以分为机器视觉镜头、工业测量镜头、医疗影像镜头、显微镜头等。

根据接口类型分类。 根据镜头的接口类型来分类，工业镜头包括C接口、CS接口、F接口、M12接口等类型。

根据光学参数分类。 根据镜头的光学参数来分类，包括焦段、光圈、视场角、畸变、像散、分辨率等。

工业镜头和一般镜头有什么区别？

随着需求的变化和科技的发展进步，工业镜头和一般消费类镜头在一些性能特点上的区别正在逐渐消失，有些工业镜头和一般镜头也能交叉使用。正常情况下说区别，工业镜头和一般镜头主要有以下不同：

1.光学性能上不同

相比一般镜头，工业镜头对于图像质量和准确性有更高的要求。它们通常具备较低的畸变、色差和光照衰减，能够保证图像的准确性和可靠性。而一般镜头可能在一些参数上有一定的妥协，主要追求更好的艺术效果和用户体验。

2.设计目的上不同

工业镜头主要设计用于工业应用中，如在机器视觉、自动化控制、测量和分析等领域应用。它们的设计目的是为了满足高精度、高分辨率和稳定性的要求。而一般镜头主要设计用于摄影、影视等应用，更加注重画面表现和艺术效果。

3.调焦方式上不同

一般镜头通常具备自动对焦的功能，能够自动根据场景和拍摄对象进行对焦调整。工业镜头通常采用手动对焦的方式，用户需要手动调整焦距和焦点，来适应不同的工业应用场景和需求。

4.耐久性和适应性上不同

工业镜头需要经受较为恶劣的工业环境，例如高温、低温、湿度和振动等，因此它们通常需要具备较强的耐久性和适应性。相比而言，一般镜头更多地设计为轻便、便携和易于携带，在正常环境下使用方便。

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