經(jīng)常使用鏡頭的朋友，相信對遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric Lens）不會陌生。按遠(yuǎn)心光路的原理來說，我們通常將遠(yuǎn)心鏡頭分為三類：物方遠(yuǎn)心鏡頭、像方遠(yuǎn)心鏡頭以及雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭，以便根據(jù)實際應(yīng)用的不同要求，來選擇對應(yīng)的遠(yuǎn)心鏡頭。
孔徑光闌與主光線
孔徑光闌：在光學(xué)系統(tǒng)中，用一些中心開口的薄金屬片來合理的限制成像光束的寬度和位置，我們把這些中心開口的薄金屬片稱為孔徑光闌。
主光線：物點發(fā)出的通過孔徑光闌中心的光線。
圖1
首先來看圖1中各處代表的含義：L為透鏡，A,B,C分別為孔徑光闌的不同位置，紅、黃、藍(lán)代表為成像的光束，其中粗線代表主光線。
從圖1中可以看出，當(dāng)孔徑光闌放置在位置A時，由物點Q發(fā)出的各個方向的光，只有藍(lán)色光束參與成像; 當(dāng)孔徑光闌放置在位置B時，只有黃色光束參與成像; 當(dāng)孔徑光闌在位置C時，只有紅色光束參與成像。雖然物點Q經(jīng)透鏡成像后，像點在Q’處，但因為孔徑光闌的位置不同，導(dǎo)致了參與成像的光束是不一樣的。
過對比普通光路來看遠(yuǎn)心光路：假設(shè)測量物體長度，普通光路情況下，鏡頭本身充當(dāng)孔徑光闌的情況（圖2(a)），當(dāng)物體位于AB時，其像在成像平面上是A’B’，當(dāng)物體移至A1B1時，其像是A1’ B1’，由于其主光線通過透鏡中心，所以在成像平面上的投影點A1’’ B1’’< A’B’，這就是所謂的近大遠(yuǎn)小現(xiàn)象，造成了測量的不準(zhǔn)確。
遠(yuǎn)心光路
為了解決這個問題，我們把孔徑光闌放置在透鏡像方的焦平面上，如圖2(b)，此時由于孔徑光闌選擇成像光束的作用，只有物體發(fā)出的主光線平行于光軸的很細(xì)的一束光參與成像，所以，無論物體位于位置AB還是A1B1，他們的主光線是重合的，其在成像平面上的投影中心點是相同的，因此，雖然物體位于A1B1時，其像仍然是A1’ B1’，但在成像平面上的彌散斑的中心間距A1’’ B1’’=A’B’，這樣就解決了上述因近大遠(yuǎn)小，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)的問題。這個光路的特點是入瞳位于無窮遠(yuǎn)，物方參與成像光束的主光線平行于光軸，故稱此光路為“物方遠(yuǎn)心光路”，而用“物方遠(yuǎn)心光路”設(shè)計的鏡頭稱“物方遠(yuǎn)心鏡頭”。
圖2(a)
圖2(b)
明白了物方遠(yuǎn)心光路的原理后，相信大家也能判斷為什么選擇物方遠(yuǎn)心鏡頭了。其主要就是為了消除由于物體位置的變化而帶來的像大小的變化，比如：(1) 實際工業(yè)應(yīng)用中由于環(huán)境導(dǎo)致調(diào)焦不準(zhǔn)；
(2) 需要測量有厚度的物體；
(3) 要檢測的物體不在同一平面內(nèi)。
物方遠(yuǎn)心的缺點是放大倍率與成像平面的位置有關(guān)。要解決這個問題，就設(shè)計了“像方遠(yuǎn)心”。把孔徑光闌放在物方的焦平面上，只允許像方主光線平行于光軸的光束成像，此時的光路稱為“像方遠(yuǎn)心光路”，鏡頭則是“像方遠(yuǎn)心鏡頭”?！跋穹竭h(yuǎn)心光路”就解決了由于相機(jī)位置的不確定帶來的放大倍率不同的問題。
而物方遠(yuǎn)心和像方遠(yuǎn)心結(jié)合在一起的，就是“雙側(cè)遠(yuǎn)心”。
