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        光學基礎概念之F-Number

        • 來源:光虎



        在鏡頭行業里,一般不常使用相對孔徑的概念,而是使用相對孔徑的倒數,稱之為F數,也叫光圈數。記作F/-。例如,F/5.6表示F數等于5.6。即相對孔徑的倒數為5.6,它表示鏡頭的焦距等于光圈直徑的5.6倍。顯然,像面接收到的光強反比于F數的平方。即


        F數又稱為鏡頭速度,F數小的鏡頭速度快。因為拍攝的曝光時間△t 正比于F數的平方。


        一、F數與分辨率的關系


        F數能表征鏡頭的分辨率,F數越小,能分辨兩點間的距離越小,即分辨率越高。因為圓孔最小衍射角為:



        所以,像面上能夠分辨得開的兩點間的最小距離可以計算得到:

        二、F數與光圈的關系

        F數和光圈是一個反比關系。即F值越小,光圈越大。F值越大,光圈越??;F值越小,光圈越大。例如F1.8比F2.8光圈要大,光圈越大進光亮越多,光圈小相反,光圈大背景越虛化(如圖1),光圈小背景越清(如圖2)。


                       
                                      圖1. 大光圈成像                                                                                                             圖2. 小光圈成像



        三、F數與景深的關系


        通常我們說,光圈越大,景深越淺;光圈越小,景深越深。那么為什么光圈越大,景深越淺;光圈越小,景深越深呢?
        首先在了解光圈與景深的關系之前,我們先介紹兩個概念。光線射入透鏡匯聚成一點,在數學上,這個點我們稱之為焦點。但是在焦點前后形成的光線的聚集和擴散,會產生一個擴大的圓,這個圓就是允許彌散圓,彌散圓仍然足夠清晰呈現物體,通常我們認為這是“合焦”。因此,我們通常用允許彌散圈來作為成像清晰和成像模糊的界限。焦深:兩個允許彌散圈的距離我們稱之為焦深。景深的大小與焦深有著密切的聯系(如圖3.成像光路圖)。前焦深對應著前景深,后焦深對應著后景深。所以,要知道光圈與景深的關系,必須先了解光圈與彌散圈之間的關系。




        彌散圈的取決于光的波長和光圈直徑。
        彌散圈直徑= 

        其中λ是光的波長,f是焦距,N是光圈直徑,一般的f/N即是光圈系數F值。所以,光圈越大,彌散圈直徑越??;光圈越小,彌散圈直徑越大,即f數越大,景深越大;f數越小,景深越小。

           
        如光虎視覺TTL11.5-65遠心系列 TTL11.5-O5-65C鏡頭其有效F數為9景深為2.88mm,物方分辨率為12.08μm 滿足需要大視野高景深的客戶的需求,如對分辨率有更高的要求就需要選擇小景深大F數鏡頭如TTL11.5-20-65C此鏡頭的放大倍率為2,其F數為13,景深為0.26其分辨率可達4.362μm,此系列鏡頭均滿足低畸變,高遠心。





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