工业相机镜头的基础知识 PPT
工业镜头的基本参数
四．工业镜头的视角，焦距焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。
由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。
1．焦距的计算：镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下：f＝wL／Wf：镜头焦距w：图象的宽度(被摄物体在ccd靶面上成象宽度)W：被摄物体宽度L：被摄物体至镜头的距离高度可以类比。
2．视场角的计算：tg（ωH/2）＝h/2f = W/L tg（ωV /2）＝v /2f = H/LωH：水平视场角ωV：垂直视场角f：镜头的焦距h：摄像机靶面的水平宽度v：摄像机靶面的垂直高度W：最大可见物体宽度的一半H：最大可见物体高度的一半L：被摄物体至镜头的距离垂直视角可以类比。
3．镜头按视角分类镜头按视角分可以分为：标准镜头：视角3 0度左右，在1／2英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为1 2 mm，在1／3英寸C CD摄像机中，标准镜头焦距定为8 mm。
只所以称30度视角的镜头是标准镜头是因为人眼的有效视角大概是30度。
广角镜头：视角9 0度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。
远摄镜头：视角2 0度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。
4．镜头按焦距分类镜头从焦距上分为：短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。
中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视C C D的尺寸而定。
长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。
按焦距分类和按视角分类是对应的。
5．定焦镜头和变焦镜头有些镜头的焦点是固定的，而有些镜头的焦点是可变的，这分别称为定焦镜头和变焦镜头。
工业相机的基础知识
工业相机的基础知识一、概述工业相机（Industrial Camera）又称机器视觉相机（Machine Vision Camera），是一种特殊用途的相机，主要应用于工业生产过程中的自动化视觉检测和控制领域。
相比于普通的消费级相机，工业相机具有更高的精度、更快的速度和更强的稳定性，可以满足工业领域对于快速、精确、长时间运行的要求。
二、工业相机的构成1.图像传感器（Image Sensor）图像传感器是工业相机最关键的部件之一，它负责将光学成像转化为电信号。
常用的图像传感器包括CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）两种。
CCD传感器具有高灵敏度、低噪声和高动态范围等优点，适用于对图像质量要求较高的应用；而CMOS传感器具有低功耗、低成本和集成度高等优点，适用于对成本和集成度有要求的应用。
2.图像采集板（Image Capture Board）图像采集板是工业相机与计算机之间的桥梁，它负责将图像传感器采集到的图像数据通过传输介质（如USB、GigE、CameraLink等）传输到计算机上进行处理。
图像采集板通常包含了图像采集芯片、接口和一些额外的硬件模块，以实现图像数据的传输和处理功能。
3.镜头（Lens）镜头是工业相机光学系统中的一个关键组件，它负责将目标物体的光学信息聚焦到图像传感器上。
根据应用需求的不同，可以选择不同类型的镜头，包括定焦镜头、变焦镜头和特殊用途镜头等。
定焦镜头适用于需要固定焦距的应用；变焦镜头可以根据需要调整焦距，适用于视野范围变化较大的应用；特殊用途镜头（如鱼眼镜头、微观镜头等）则适用于特殊的视觉应用。
4.光源（Light Source）光源是工业相机成像的必备条件之一，它提供了待检测物体的照明条件。
常用的光源有白光、红外光、激光等，根据不同的应用需求选择合适的光源类型和亮度。
工业相机镜头的参数与选型
工业相机镜头的参数与选型一、镜头的基本参数1.焦距：焦距是指光线汇聚所发生的位置与感光器或像素元件的距离。
工业相机镜头的焦距可以根据实际需求进行选择，一般有固定焦距和变焦两种类型。
2.光圈：光圈是指镜头的进光量大小的调节装置，它能控制进入相机的光线的数量。
光圈大小直接影响相机的景深和光线透过能力。
在选择工业相机镜头时，一般需要根据实际应用场景和光线条件进行合理选择。
3.像距和像高：像距是指感光器到镜头最近点的距离，像高则是指光线通过镜头时物体成像产生的像的高度。
像距和像高的大小会影响到相机的成像范围和分辨率，因此在选型过程中需要进行合理的规划和计算。
4.解像度：解像度是指相机镜头的成像能力，也称为像场解析力。
工业相机镜头的解像度决定了相机系统的成像质量和分辨率，因此在选型过程中需要特别关注。
二、特殊需求1.特殊光谱：一些工业应用中，需要对特定光谱范围内的物体进行成像。
对于这种需求，可以选择特殊波段的工业相机镜头，如红外镜头、紫外镜头等。
2.防尘防水抗振动：在一些工业生产环境中，会存在较高的尘土、水汽等干扰因素，此时需要选择具有防尘防水和抗振动功能的工业相机镜头，以保证镜头稳定可靠的工作。
3.镜头接口：根据实际应用需求和相机的类型，需要选择合适的镜头接口，如C口、CS口、F口、M42口等。
三、选型准则1.根据应用需求确定参数：首先要明确工业相机镜头的应用场景和目标，根据需要选择合适的焦距、光圈、像距等基本参数。
2.考虑成像质量和分辨率：成像质量是选型过程中最关键的因素之一，要选择具有较高解像度和尽量少的光学畸变的镜头。
3.考虑工作环境：根据实际工作环境的特点，选择具有防尘防水和抗振动功能的镜头。
4.考虑成本和性价比：工业相机镜头的价格差异较大，要根据实际需求和预算选择相应的镜头，综合考虑成本和性价比。
5.选择可替换镜头：由于工业应用的多样性和发展需求的变化，选择可替换镜头可以提高系统的灵活性和可拓展性。
常见工业镜头相关介绍
工业镜头基础知识整理1.为什么需要镜头？镜头等同于针孔成像中针孔的作用，所不同的是，一方面镜头的透光孔径比针孔大很多倍，能在同等时间内接纳更多的光线，使相机能在很短时间内（毫秒到秒级）获得适当的曝光；另一方面，镜头能够聚集光束，可以在相机胶片上产生比针孔成像效果更为清晰的影像；2.镜头的组成机器视觉常用定焦镜头，并且都是手动调整光圈，一般不允许自动调整光圈，镜头上有调焦和调光圈两个环，为了防止误碰动，工业镜头的两个环都有锁定螺丝。
注意调焦环不是用来调整焦距，而是调整像距，保证清晰图像落在焦平面上3.工业镜头的接口物镜的接口有三种国际标准：F接口、C接口和CS接口。
F接口是通用型接口，一般适用于焦距大于25mm的镜头，当物镜的焦距小于25mm时，物镜的尺寸不大，一般采用C 型或CS型接口。
C和CS型接口的区别：C与CS型接口的区别在于镜头与相机接触面（基准面）至相机焦平面（摄像机CCD光电感应器所处位置）的距离，即法兰距不同，C型接口法兰距为17,562mm，CS型接口法兰距为12.5mm。
C型接口镜头与CS型相机之间增加一个5mm的C/CS转接环可以配合使用，CS型接口与C型接口相机无法配合使用。
4.工业镜头的基本参数视场：Field of View，即FOV，也叫视野范围，指可以观测到的物体的可视范围。
工作距离：Working Distance，即WD，指从镜头前部到受检物体表面的距离，在该距离下镜头可以清晰成像。
分辨率：Resolution，指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节的能力，在像平面1mm内可以分辨开的黑白相间的线条对数，分辨率的单位是“线对/毫米”（lp/mm）。
一般说的百万象素级的镜头,分辨率为100线对/mm。
景深：Depth of View，在景物空间中，位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离，也就是在实际像平面上获得相对清晰影像的景物精简深度范围。
焦距：Focal Length，焦距是从镜头的中心点到焦平面上所形成的清晰影像之间的距离，焦距数值小，视角大，所观察到的范围也大，但距离远的物体成像不是很清晰，焦距数值大，视角小，观察范围小，但距离较远的物体也可以清晰成像，有定焦和变焦两种镜头型号。
机器视觉(1)
第二节 工业相机
一、工业相机的基本概念（1）
传感器的尺寸
图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接 决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2” 等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4： 3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1： 1，16：9，3：2 etc。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（3）
按照用途分
微距镜头（或者成为显微镜头） 用于拍摄较小的目标具有很大的放大比
远心镜头 包括物方远心镜头和像方远心镜头以及双边远心镜头。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（4）
关于远心镜头
远心指的是一种光学的设计模式：系统的出瞳和入瞳的位置 在无限远处。
MTF能够同时表征系统重现物方空间的几何和灰度细 节能力，是衡量成像系统性能的最佳方式。 对于一个实际的成像系统，细节密集地方的对比度要 小于细节稀疏位置的对比度
成像系统中的每个环节都对系统最终的MTF产生影像， 包括滤色片，镜头，图像传感器，后期处理电路等等。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
实际焦距×43mm 镜头成像圆的直径
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（2）
按照功能分
变焦距镜头 镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变
定焦距镜头 镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦位置和光圈可以 调节
定光圈镜头 光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。
美制 RS – 170 Norm
欧制 CCIR - Norm
640 480 480
FA工业镜头机器视觉镜头 ppt课件
成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数 和对比度。
八、工作距离（Working Distance）
镜头的镜筒到物体的距离
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十一、照相机 Mount
C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm
CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm
F-mount: FB:46.5mm
M72-Mount: FB 厂家各有不同
十二、视野 (FOV)
视野指使用照相机以后看到的物体侧的范围
照相机有效区域的纵向长度（V）/光学倍率（M）＝ 视野（V）
照相机有效区域的横向长度（H）/光学倍率（M）＝ 视野（H）
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＊技术资料上的视野范围是指由光源及有效区域的一 般数值计算出来的值。
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十八、边缘亮度
相对照度是指中央的照度与周边的照度的百分比。
十九、远心镜头s
主光线与镜头光源平行的镜头。有物体侧的远心，成像侧 的远心，两侧的远心行头等方式。
二十、远心
Telecentricity是指物体的倍率误差。倍率误差越小， Telecentricity越高。Telecentricity有各种不同的用途，在 镜头使用前，把握Telecentricity很重要。
十五、FNO
镜头从无限远时，亮度表示的数值，值越小越亮。FNO= 焦距/入射孔径或有効口径=f/D
十六、实效F
有限距离时镜头的明亮度。
实效F = (1 +光学倍率) x F# 实效F = 光学倍率 / 2NA
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十七、NA（Numerical Aperture）
工业相机镜头参数详解
工业相机镜头参数详解1、焦距(FocalLength)焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离（注意！，相机的焦距与单片凸透镜的焦距是两个概念，因为相机上安装的镜头是多片薄的凸透镜组成，单片凸透镜的焦距是平行光线汇聚到一点，这点到凸透镜中心的距离）。
焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大;焦距数值大，视角小，观察范围小。
根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。
2、光圈(Iris)用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。
每个镜头上都标有最大F值，例如8mm/F1、4代表最大孔径为5、7毫米。
F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。
3、对应最大CCD尺寸(SensorSize)镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。
主要有：1/2″、2/3″、1″和1″以上。
4、接口(Mount)镜头与相机的连接方式。
常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0、75等。
5、景深(Depth ofField,DOF)景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。
景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。
光圈越大，景深越小;光圈越小、景深越大。
焦距越长，景深越小;焦距越短，景深越大。
距离拍摄体越近时，景深越小;距离拍摄体越远时，景深越大。
6、分辨率(Resolution)分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”(lp/mm)。
分辨率越高的镜头成像越清晰。
7、工作距离(Workingdistance,WD)镜头第一个工作面到被测物体的距离。
8、视野范围(Field ofView,FOV)相机实际拍到区域的尺寸。
9、光学放大倍数(Magnification,ß)CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。
10、数值孔径(Numerical Aperture,NA)数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半(a\2)的正弦值的乘积，计算公式为N、A=n*sina/2。
机器视觉培训-工业相机 ppt课件
像素（Pixel =picture+element）
传感器感光面上最小感ppt课光件 单位。
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第三讲 工业相机
一、工业相机的基本概念（3）
美制 RS – 170 Norm
欧制 CCIR - Norm
640 480 480
760 768 574
分辨率(Resolution)
模拟制式相机的分辨率取决于传感器上像素的数目 以及后期处理电路的质量，数字相机的传分辨率则直接 取决与传感器上像素的数目。
第三讲 工业相机
第二讲 工业相机
内容提要
基本概念 基本结构 成像原理
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第三讲 工业相机 一、工业相机的基本概念（1）
传感器的尺寸
图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接 决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝 大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)， 数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，16：9，3：2 etc。
某点的明暗信息。 CCD成象的“溢出”（Blooming）问题：当CCD象素接 收到过多的光子，存储器中所收集的自由电子就会向周
边的象素“溢出”。致使整个区域成象变亮。
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第三讲 工业相机
三、工业相机的基本原理3
电子快门时间
图像传输时间
单帧图像完整拍照时间
相机拍照时间示意图
电子快门时间可由用户自己设置。但相机传输速率 （Frame rate）是相对固定的。因此，传输速率是相机 的成像速度的“瓶颈”。例：电子快门速度可达1/1000 秒，但成像却只能达到60帧/秒。
Digital Image Processing Module
Image Sensor Lens Mount
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焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸变越大； 焦距越 小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低；
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■解析度 表示一组物镜所能见到了2点的最小间隔
0.61x 使用波长(λ)/ NA=解析度(μ) 以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。 ※使用波长为550nm ■解像力 １mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm. ■MTF（Modulation Transfer Function） 成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的
近摄物镜
•近摄透镜 在摄像物镜前端拧上一个近摄透镜，可以摄取到更近
距离目标的像。采用近摄镜后，目标像的畸变增大了，为 此，近摄透镜的屈光率不能太大，使原工作距离的缩短量 一般不超过20％。
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工业镜头的主要类别：远摄物镜
远摄物镜
•与近摄物镜相反，为了对远距离目标摄取到清晰图像， 要采用远摄物镜。这种物镜是一长焦距物镜。远摄物 镜可以是折射系统、反射系统或折反射系统。反射式 远摄物镜常采用卡塞格林式远摄物镜.折反式远摄物镜 由于采用前部校正透镜，其成像质量更加良好.
常用的工业镜头品牌及代理商
FA镜头和连续变倍镜头
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连续变倍镜头图片
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工业镜头选择要点
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工业镜头的接口 物镜的接口尺寸是有国际标准的，共有三种接口型式，即F
型、C型、CS型。F型接口是通用型接口，一般适用于焦距大于 25mm的镜头；而当物镜的焦距约小于25mm时，因物镜的尺寸不大， 便采用C型或CS型接口。
• 显示放大倍率=镜头光学倍率×显示器尺寸×25.4/耙面对角线尺寸
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工业镜头的主要类别：分类方式
• 按焦距划分：定焦和变焦 • 按光圈划分：固定光圈和可变光圈 • 按接口划分：C接口、CS接口、F接口等 • 按倍数划分：定倍镜头、连续变倍镜头 • 机器视觉行业常用到的很重要的镜头主要包
括FA镜头，远心镜头和工业显微镜 等
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光学放大倍数 用于计算主要缩放比例的公式如下：
PMAG = 感光芯片尺寸 (mm) / 视场 (mm)
图 2: 主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图
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显示放大倍数
• 显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍率取决于三 个因素：镜头光学倍率、工业相机感光芯片的尺寸（靶面大小）、显示器 尺寸。
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工业镜头的基本参数
视场(Field of view, 即FOV，也叫视野范围) ： 指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯 片的物体部分。（视场范围是选型中必须要了解 的）
工作距离(Working Distance,即WD):指从镜头 前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距 离（选型必须要了解的问题，工作距离是否可调 ？包括是否有安装空间等）
感光芯片尺寸：相机感光芯片的有效区域尺寸，一般指水平 尺寸。这个参数对于决定合适的镜头缩放比例以获取想要的 视场非常重要。镜头主要缩放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺 寸和视场的比率来定义。虽然基本参数包括感光芯片的尺寸 和视场，但PMAG却不属于基本参数。 焦距（f）焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方 式，指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。（需要记住的公 式）
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工业镜头的接口 C接口和CS接口的区别
• C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面 （摄像机CCD光电感应器应处的位置）的距离不同，C型接 口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为12.5mm.。
• C型镜头与C型摄像机，CS型镜头与CS型摄像机可以配合使 用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环 可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。
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失真（distortion）：（衡量镜头性能的指标之一） 又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变
为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。畸变像差只影响影像的 几何形状，而不影响影像的清晰度。
光圈与F值
光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达 光圈大小我们是用F值，如f1。4，f2，f2。8 etc
分辨率：图像系统可以测到的受检验物体上的 最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小 ，分辨率越好。
景深 (Depth of view，即DOF)：物体离最佳焦 点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力 （需要了解客户对景深是否有特殊要求？）
图 1: 镜头基本参数示意图
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工业镜头的其他参数
工业相机镜头的基础知识
目录
3-4
工业镜头的接口
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工业镜头的基本参数
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工业镜头的其他参数
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光学放大倍率
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显示放大倍率
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工业镜头各参数间相互影响关系
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工业镜头的主要类别：分类方式
11-21
工业镜头的主要类别
分类方式、常用摄像物镜、近摄物镜、远摄物镜、 远心物镜、远距物镜、反远距物镜、畸变物镜
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工业镜头的主要类别：常用摄像物镜 常用摄像物镜参数
•主要参数有焦距f 光圈数F和视场2ω . 经验公式：1/F *tanω √f=C
F型接口类型摄像物镜焦距表（mm）
类型 焦距
鱼眼型 7.5,15
超广角型 17,20
广角型 24,28,35
标准型 50
C,CS型接口类型摄像物镜焦距表(mm)
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工业镜头各参数间相互影响关系 光圈大小的影响情况：
光圈越大，图像亮度越高； 景深越小；分辨率越高； 像场中央与边缘： 一般像场中心较边缘分辨率高； 像场中心较边缘光场照度高
光波长度的影响： 在相同的工业相机及镜头参数条件下，照明光源的光波波
长越短，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位 置测量的视觉系统中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源， 对提高系统精度有很大的作用。
类型 焦距
1/3″ 2.8-3.5
1/3 ″,1/2 ″ 3.5-6
2/3 ″,1 ″ 8-75
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工业镜头的主要类别：近摄物镜
近摄物镜
•接圈 简单的近摄物镜是在照相镜头和CCD相机之间加入
一个接圈，见图1.1－18 ，由此，CCD的敏感面可以位 于照相镜头的像方焦面的外面一段距离，从而可以摄取 到较近距离目标的像，但它受到图像清晰度的限制。