远心镜头（Telecentric Lens）核心技术解析与应用

更新时间：2025年5月

一、定义与核心原理

远心镜头通过平行光路设计消除传统镜头的视差问题，其核心特性为：在特定物距范围内（通常为物方工作距离±10%），图像放大倍率不随物距变化，从而确保被测物体即使不在同一物面上也能保持测量一致性。

通过将孔径光阑置于物方或像方焦平面处，仅允许平行于光轴的主光线进入成像系统，消除因物距变化导致的放大倍率差异。

根据光路设计可分为物方远心、像方远心和双侧远心三种类型，分别适用于不同场景的畸变控制需求。

光阑位置：孔径光阑位于光学系统的像方焦平面，使物方主光线平行于光轴。

核心特性：
• 像高稳定性：即使物距改变导致像距变化，像高仍保持不变，消除因调焦误差引起的测量偏差
• 低畸变性能：适用于工业精密测量场景（如半导体检测），可实现微米级精度，部分型号接近无畸变

应用场景：高精度尺寸测量、多物距物体的非接触检测

光阑位置：孔径光阑位于物方焦平面，确保像方主光线平行于光轴。

核心特性：
• 成像均匀性：仅允许平行光入射至CCD/CMOS传感器，避免边缘阴影现象，提升图像亮度一致性
• 安装容差：CCD芯片位置的微小偏移不会引起像高变化

应用限制：工业视觉领域较少采用，因其对成像尺寸稳定的需求低于物方远心镜头

设计特点：结合物方与像方远心光路，孔径光阑分别设置于物方和像方焦平面。

优势对比：
• 双向稳定性：同时消除物距变化和传感器安装误差的影响
• 高成本限制：制造复杂度高，价格显著高于单侧远心镜头，仅在高精度双端校准场景（如光学计量）中使用

类型	优势特性	典型应用场景	成本与使用频率
物方远心镜头	高精度尺寸测量、低畸变	半导体检测、机械零件测量	广泛应用，性价比高
像方远心镜头	成像均匀性、边缘无阴影	特殊光学实验、低公差成像	工业领域极少采用
双侧远心镜头	双重稳定性、抗双向误差	超精密计量、复杂校准系统	高成本，特定场景使用

远心镜头的选型需基于测量需求与误差容忍度：
• 畸变敏感场景优先选择物方远心镜头；
• 光学系统校准要求极高时选用双侧远心镜头，但需权衡成本。

特性	描述
恒定放大倍率	物距波动时仍能保持图像缩放比例稳定，适用于三维物体表面测量与多平面定位
低畸变（<0.1%）	采用对称光学设计与高精度加工工艺，显著降低枕形/桶形畸变，提升几何测量精度
高景深与解析度	平行光路减少离轴像差，在较大物距范围内保持高对比度与分辨率，支持亚微米级精度检测

参数	选型策略
放大倍率范围	根据被测物尺寸选择匹配倍率（常见0.1×–2×），避免图像裁剪或分辨率浪费