镜头的照度和相对照度解析

先来区分两个概念，镜头的照度和相对照度。

镜头的照度表示在镜头的光轴上，也就是成像中心的明亮度，它取决于F值（即光圈值）。

镜头的相对照度是指像平面上各视场位置的照度与中心视场的照度之比，即周边视场受镜头渐晕及余弦四次方定律影响，与中心相比明亮度减少的现象，其主要影响因素如下。

余弦四次方定律

与镜头光轴平行的入射光，聚集在成像中心处成像，假设该轴上像点照度为E0’，与光轴不平行的斜光线，与光轴形成物方视场角ω，此时的像面照度Eω’=E0’cos4ω，即斜光线成像的亮度与这个斜角的余弦四次方成正比。从公式可以得出，与成像中心相比，越靠近边缘，像面照度越小，故会出现中心亮边缘暗的情况，这是客观原理决定的，它和畸变一样，只能减小却无法消除。

像平面的相对照度取决于物方视场角，在有限共轭的系统中，可以采取入瞳面远离物面的设计提高相对照度。对于无限共轭系统（远心光学系统），物方视场一般在设计时给定一个固定值，故相对照度也基本上是固定的。这也是远心镜头的相对照度比一般FA镜头要好的主要原因。

渐晕

渐晕简单来说是部分轴外物点发出的成像光束被拦截的现象。渐晕在一定程度上可以改善轴外物点成像质量，但是会削弱对应点的照度，下面几个图直观的体现了渐晕对相对照度的影响。

原始成像：

只加渐晕：

由此可见，镜头加渐晕只减少了边缘光线的角度（ω’边缘＜ω边缘），而中心光线的角度不变（ω’主光线=ω主光线）。所以镜头边缘照度变小、而中心照度不变，故相对照度降低。由渐晕可以推断出加大F数，将边缘光线角度和中心光线角度同时减小，则镜头边缘照度和中心照度同时减小，此时可增加相对照度。但增加F数提高相对照度的方法一般情况下很少使用，虽然保证了相对照度，但镜头的中心照度却降低了，使得整个镜头的画面亮度变得很暗。

从上述相对照度的影响因素来看，若想得到一个照度相对均匀的图像，可以选择小视场工业镜头，若对均匀度有更高的要求，那远心镜头将会是不二选择。

审核编辑：汤梓红