镜头焦距

镜头焦距是指镜头光学后主点到焦点的距离，是镜头的重要性能指标。镜头焦距的长短决定着拍摄的成像大小，视场角大小，景深大小和画面的透视强弱。

镜头的焦距是镜头的一个非常重要的指标。镜头焦距的长短决定了被摄物在成像介质（胶片或CCD等）上成像的大小，也就是相当于物和象的比例尺。当对同一距离远的同一个被摄目标拍摄时，镜头焦距长的所成的象大，镜头焦距短的所成的象小。根据用途的不同，照相机镜头的焦距相差非常大，有短到几毫米，十几毫米的，也有长达几米的。

镜头的焦距分为像方焦距和物方焦距。像方焦距是像方主面到象方焦点的距离，同样，物方焦距就是物方主面到物方焦点的距离。必须注意，由于照相机镜头设计，特别是变焦距镜头中广泛采用了望远镜结构，物方焦距与像方焦距是不一定相等的。我们平时说的照相机镜头的焦距是指像方焦距。

分类

镜头根据其焦距的长短，也即拍摄时的视角，可分为标准镜头，广角镜头和长焦距镜头等。

标准镜头的视角约50度左右，这是人单眼在头和眼不转动的情况下所能看到的视角，从标准镜头中观察的感觉与我们平时所见的景物基本相同。35mm相机的标准镜头的焦距多为40mm，50mm或55mm。120相机的标准镜头焦距一般为80mm或75mm，相机片幅越大则标准镜头的焦距越大。而数码相机由于其成像介质（CCD或CMOS）有大有小，标准镜头的焦距也不一致。为了方便直观，说起DC镜头时经常采用等效于35mm相机的所谓等效焦距，这个等效就是指视角上的等效。以下就只说35mm相机的镜头，其他片幅的相机以及数码相机可以类推。

光学焦距

光从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳聚集光的能力。简单的说焦距是焦点到面镜的顶点之间的距离。

单反焦距

“可对焦范围”则是焦长的延伸，通常分为一般拍摄距离与近拍距离，相机的一般拍摄距离通常都标示为“从某公分到无限远”，而近阶段设计的产品则往往还会提供近距离拍摄功能(macro)，以弥补一般拍摄模式下无法对焦的问题。有些相机就非常强调具有支持1厘米近拍的神奇能力，适合用来拍摄精细的物体。

焦距，也称为焦长，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片光学中心到底片、CCD或CMOS等成像平面的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳聚集光的能力。

个焦点。）

光心（Optical center）：透镜中的一个特殊点，凡是通过该点的光，其传播方向不变。 　我们用的照相机的镜头就相当于一个凸透镜，胶片（或是数码相机的感光器件）就处在这个凸透镜的焦点附近，或者说，胶片与凸透镜光心的距离大至约等于这个凸透镜的焦距。

凸透镜（convex lens）能成像，一般用凸透镜做照相机的镜头时，它成的最清晰的像一般不会正好落在焦点上，或者说，最清晰的像到光心的距离(像距)一般不等于焦距，而是略大于焦距。具体的距离与被照的物体与镜头的距离（物距）有关，物距越大，像距越小，(但实际上总是大于焦距)。

由于我们照相时，被照的物体与相机(镜头)的距离不总是相同的，比如给人照相，有时，想照全身 的，离得就远，照半身的，离得就近。也就是说，像距不总是固定的，这样，要想照得到清晰的像，就必须随着物距的不同而改变胶片到镜头光心的距离，这个改变 的过程就是我们平常说的“调焦”。

当将摄影镜头调整到无限远时，其实是一个有名无实的焦距。在设计上，是将透镜的主平面与底片或成像传感器的距离调整为焦距的长度，然后，远离镜头的影像就能在底片或传感器上形成清晰的影像。当镜头要拍摄比较接近的物体时，是镜头的实际焦距被改变了。焦距通常使用毫米（mm）来标示，但仍然可能看见一些使用厘米（cm）或英吋标示的老镜头。视野的大小取决于镜头的焦距和底片大小的比例。由于底片最大众化的是35mm规格，镜头的视野经常是根据这种规格标示的。对标准镜头（50mm）、广角镜头（24mm）、望远镜头（500mm）视野都是不一样的。对数码相机上也是一样，它们的感光器比一般传统的35mm底片还要更小，所以相对的只要更短的焦距，就可以得到相同的影像。

广角镜头

广角镜头，顾名思义就是其摄影视角比较广，适用于拍摄距离近且范围大的景物，有时用来刻意夸大前景表现，强烈远近感以及透视。135相机的典型广角镜头为焦距28mm，视角为75度。常用的还有比28mm略长一些的35mm，38mm的所谓小广角（多见于傻瓜机）。

比一般广角镜头视角更大的是超广角镜头（如焦距为24mm，视角84度）以及所谓的鱼眼镜头，其焦距为8mm，视角可达180度。

长焦镜头

长焦距镜头适于拍摄远距离景物，景深较小，因此容易使背景模糊，主体突出。长焦距镜头通常分为三级，135mm以下称中焦距，如85mm，视角28度，105mm，视角23度以及135mm，视角18度。中焦距镜头经常用来拍摄人像，有时也称为人像镜头。135－500mm称长焦距，如200mm，视角12度，400mm，视角6度。500mm以上的称为超长焦距，其视角小于5度，适用于拍摄远处的景物。如球场上的特写以及野生动物的拍摄，因无法靠近被摄物，超长焦距镜头就大有用武之地。

主面和焦距

入射平行光线（或其延长线）与出射会聚光线（或其延长线）相交，就能确定折射主面，这个想象的平面与镜头光轴相交处就是主点。像方主点和无穷远光线形成的焦平面（焦点）之间的距离称为复合镜头的焦距（严格说是有效焦距）。用同样的原理也可以确定物方主面和物方焦距。

主面的位置根据设计可能出现在镜头之外。这在许多场合下是很重要的。

用例

例如8mm鱼眼镜头，像方主平面应位于焦平面正前方8mm处，但是8mm内无法容纳反光镜、曝光窗、及焦平面快门的厚度。因此8mm鱼眼镜头事实上采用了前面加负组光学系统的设计(也称倒置望远结构)，使镜头能够安装在像面定位距比8mm大得多的机身上去。

同样，如果是500mm的超长焦镜头，不采用望远镜结构的话，镜头就要长达500mm以上，使用时无疑是十分不便的。望远镜结构的设计可以使主面远在镜头之前，大大地减小了镜头的长度。

如何选择镜头

镜头是工业视觉系统的一个重要组成部分正确地选择镜头是视觉系统设计的很重要的一环。这里给大家提供镜头选择的一个基本思路。　　1. 工作波长、变焦与定焦　　视觉系统通常使用环境是在可见光范围内，这样的镜头是我们最常用的，也有一些系统比较特殊，使用环境是在紫外或者红外波段，需要选用专门的紫外或者红外镜头。　　大多数视觉系统的工作距离和放大倍数是不变的，因此镜头焦距也是固定的，但部分系统需要在工作距离变化后保持放大倍数稳定，或者在工作距离不变的情况下获得不同的放大倍数，这样我们需要选用变焦镜头。　　2. 远心镜头与标准工业镜头　　 对于精密测量的系统，需要选用远心镜头，它的特点是：物体在景深范围内移动，光学放大倍数不变，这就避免了测试过程中工作距离的轻微改变导致系统放大倍数的变化，保证了系统规定测量精度。对于一般的工业测量、缺陷检测或者定位等，对物体成像的放大倍率没有严格要求，只要选用畸变小的镜头，就可以满足要求。　　3. 靶面大小与分辨率 　　镜头成像面大小必须大于与之配套的CCD相机的靶面，这样CCD相机的芯片才能得到充分的利用。　　镜头的选择要考虑其分辨率要与相机的像元大小等匹配，这样设计的系统能充分利用CCD相机的分辨精度，还能使系统的经济性达到最佳。　　4. 视场角与焦距　　通过系统要求的视场角可以找到对应焦距的镜头，而通过系统提供的分辨率和相机的像元等参数，可以利用基本的几何光学原理计算出合适的系统焦距。　　下面来看一个实际的镜头选型的例子：为视觉检测系统选择镜头，已知条件是：相机靶面为2/3”，像元尺寸为6.45um x6.45um ，C-mount，工作距离大于200mm，系统分辨率为0.05mm， 光源采用白色LED光源。　　第一：因为采用白色光源，所以肯定是普通的可见光镜头；　　第二：工作距离不变，分辨率固定，可以知道镜头是定焦镜头；　　第三：相机的Nyquist频率为：1000/(2x6.45)=77.5，所选用的镜头分辨率应该不小于77.5lp/mm，这样才能保证系统分辨率最佳；　　第四：工作焦距计算：镜头放大倍数为M=6.45/(0.05X1000)=0.13，焦距=工作距离*放大倍数/（放大倍数+1）=23mm，选择25mm焦距的镜头；　　第五：根据以上说明，我们选择的镜头是：2/3”， C-mount，焦距为25mm，分辨率在80-100lp/mm的工业镜头。