鏡頭的照度和相對(duì)照度解析

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(chǎng)位置的照度與中心視場(chǎng)的照度之比，即周邊視場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)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。

審核編輯：湯梓紅