視場(chǎng)角（決定光學(xué)儀器視野范圍的角度）
次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-16
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視場(chǎng)角
決定光學(xué)儀器視野范圍的角度
視場(chǎng)角在光學(xué)工程中又稱(chēng)視場(chǎng)，視場(chǎng)角的大小決定了光學(xué)儀器的視野范圍。視場(chǎng)角又可用FOV表示，其與焦距的關(guān)系如下：h = f*tan\[Theta]；像高 = EFL*tan (半FOV)；EFL為焦距；FOV為視場(chǎng)角。
基本信息
| 中文名 | 視場(chǎng)角 |
| 外文名 | Field of view |
| 類(lèi)別 | 角度 |
| 應用 | 天文觀(guān)測 |
| 分類(lèi) | 物方視場(chǎng)角和像方視場(chǎng)角 |
| 別稱(chēng) | 視場(chǎng) |
| 學(xué)科 | 測繪 |
收起
基本資料
1. 在光學(xué)儀器中，以光學(xué)儀器的鏡頭為頂點(diǎn)，以被測目標的物像可通過(guò)鏡頭的最大范圍的兩條邊緣構成的夾角，稱(chēng)為視場(chǎng)角。如圖1。
視場(chǎng)角的大小決定了光學(xué)儀器的視野范圍，視場(chǎng)角越大，視野就越大，光學(xué)倍率就越小。通俗地說(shuō)，目標物體超過(guò)這個(gè)角就不會(huì )被收在鏡頭里。
2. 在顯示系統中，視場(chǎng)角就是顯示器邊緣與觀(guān)察點(diǎn)（眼睛）連線(xiàn)的夾角。
視場(chǎng)角
分類(lèi)
圖3視場(chǎng)角測量
也可以使用度量的方法獲得視場(chǎng)角參數。度量一般使用廣角平行光管，因其形似漏斗，俗稱(chēng)：漏斗儀。測量方法如圖3。在被測鏡頭的一端，查看廣角平行光管底部玻璃平面上的刻度，讀取其角度值，其最大刻度值即為該被測光學(xué)儀器的視場(chǎng)角。
被測鏡頭可能因焦距不同，導致肉眼不能觀(guān)測到刻度。可加入一片焦距適當的凸透鏡作為輔助鏡片察看測量結果。測量時(shí)應沿光軸方向前后移動(dòng)被測鏡頭，直至觀(guān)測的角度最大，即為該被測鏡頭的視場(chǎng)角。
相機的測量方法同上，相機測量時(shí)可察看取景窗，因數碼相機的液晶屏分辨率較低，可查看相機所拍之照片。
視場(chǎng)角與焦距的關(guān)系：一般情況下，視場(chǎng)角越大，焦距就越短。以下列舉幾個(gè)實(shí)例：長(cháng)焦距鏡頭視場(chǎng)角窄于40°，例如：鏡頭焦距2.5 mm，視場(chǎng)角為 45°左右。鏡頭焦距5.0 mm，視場(chǎng)角為 23°左右。鏡頭焦距7.5 mm，視場(chǎng)角為 14°左右。鏡頭焦距10 mm，視場(chǎng)角為 12°左右。鏡頭焦距15 mm，視場(chǎng)角為 8°左右。
按視場(chǎng)角分類(lèi)
系統設計
如今，LED由于其壽命長(cháng)、能耗低等優(yōu)勢在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用，如道路照明、投影機以及室內照明等。在許多應用場(chǎng)合中，被照明的目標面與光源的距離以及光束的視場(chǎng)角都不是固定不變的，如應用于夜間監控系統的紅外照明設備，要求能夠根據紅外攝像機的變焦范圍改變自身的視場(chǎng)角以及能量密度分布，使其照射范圍覆蓋整個(gè)監控區域。若紅外燈的視場(chǎng)角過(guò)大，會(huì )造成光能浪費，反之則會(huì )產(chǎn)生手電筒效應，影響照明效果。針對這種應用要求，需要設計可變視場(chǎng)角的LED照明光學(xué)系統。
圖4 全反射式透鏡2D 結構
設計方法
圖5 全反射式透鏡3D圖
系統模擬仿真
圖6 (a)準直和(b)視場(chǎng)角最大模式下的光線(xiàn)追跡圖
表1 光學(xué)設計參量
依據上述方法設計一種視場(chǎng)角變化范圍為8°～20°的新型全反射式 透鏡，主要技術(shù)參量如表1所示。設計完成后利用UG軟件進(jìn)行3D結構建模，如圖5所示。在LED移動(dòng)的過(guò)程中，系統的光能利用率介于80%和85.8%之間，輻照度均勻度介于77.3%和89.3%之間。取三種模式下的平均值來(lái)衡量系統整個(gè)變焦過(guò)程的光學(xué)性能，平均光能利用率為83.7%，平均輻照度均勻度為84.1%。以一種同樣實(shí)現8°～20°的視場(chǎng)角變化范圍的傳統透鏡結構作為對比。傳統光學(xué)系統采用雙透鏡結構，其中前一片為標準球面透鏡，為增 加設計自由度，將后一片透鏡的后表面設計為偶次非球面。其光線(xiàn)追跡圖如圖6所示。
表2 性能對比結果
研究結論
提出一種實(shí)現可變視場(chǎng)角的LED照明光學(xué)系統的設計方法。采用全反射式透鏡結構，根據光學(xué)系統對準直模式以及視場(chǎng)角最大模式下光強分布的不同要求，分別設計其透射面與全反射面，并依據模擬結果對全反射面進(jìn)行反饋優(yōu)化。最后與傳統透鏡結構在同樣的條件下進(jìn)行對比分析，模擬結果表明，該結構在光能利用率以及輻照度均勻度上均優(yōu)于傳統結構。且光學(xué)系統僅含一片透鏡，體積更加緊湊，且便于裝調。
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