引言

远心镜头（Telecentric lens），是为纠正镜头视觉差而设计。当被测物体离镜头远近不一致时，普通镜头的放大倍率会产生差别，而远心镜头可以在一定的物距范围内，使拍摄得到的图像放大倍率不会变化，简单的说这种镜头拍出来的图像没有近大远小关系(透视误差)。
远心镜头分为物方远心镜头(object space telecentric)、像方远心镜头(image space telecentric)和双远心镜头(double telecentric、bi-telecentric)。远心镜头通过在光学系统的焦点位置放置孔径光阑，使得只有平行于光轴的光线才能被光学器件捕捉到。物方远心镜头将孔径光阑放在像方焦平面上，即使物距发生变化，拍摄的物体尺寸也不会变化。像方远心镜头将孔径光阑放置在物方焦平面上，从而虽然 CCD 芯片的安装位置出现偏差，在CCD 芯片上投影成像大小不变。双远心镜头拥有上面两种远心镜头的优点。在工业机器视觉应用中，一般只使用物方远心镜头，偶尔也有使用双远心镜头（当然价格更高）。而像方远心镜头大多不会起作用的。因此本文远心镜头特指物方远心镜头。

光路原理

普通镜头和远心镜头光路如下图所示，主要区别在于远心镜头在像方焦点处放置了孔径光阑，阻挡某些方向的入射光，使得只让平行于光轴方向的入射光线可以到达像平面。因为这种光学系统物方主光线平行于光轴，主光线的会聚中心位于物方无限远，故称之为物方远心光路。
物体A₁B₁和A₂B₂具有相同高度，其中A₂B₂离镜头较远。使用普通镜头时，位于合焦平面上物体A₁B₁在像平面可以清晰成像，hA₁’B₁’为物体在像平面上的真实尺寸。物体A₂B₂位于非合焦平面，其成像平面与相机像平面不重合，产生视差，在相机像平面上模糊成像，像点B₂投影成一个弥散圆。以主光线投影点为弥散圆中心点，hA₂’B₂’代表物体A₂B₂在像平面上的测量尺寸。显然，测量尺寸小于真实尺寸。因此，虽然物体A₁B₁和A₂B₂高度相同，但因离镜头的距离远近差异，导致在像平面测量尺寸大小不同。普通镜头成像有近大远小关系，存在测量误差。
如果适当地控制主光线的方向，就可以消除或者减小由视差引起的测量误差。这只要把孔径光阑设置在物镜的像方焦平面上，此即为远心镜头光路结构。由物镜射出的每一光束的主光线都经过光阑中心所在的像方焦点，而物方主光线则是平行于光轴的。物体A₂B₂中像点B₂在像平面成像弥散圆中心主光线通过B₁’，因而测量尺寸hA₂’B₂’=hA₁’B₁’，与真实尺寸相同。更一般的讲，物体上的每一个点发出的光束主光线都与光轴平行，不随着物体位置移动而发成变化，因此远心镜头可纠正普通镜头视觉差问题，成像大小不随物体离镜头的远近发生变化，有着固定放大倍率。
如果将一个普通镜头描述为一个数学函数，该函数建立起一个三维物体空间与二维探测器（图像）空间之间的对应关系，而远心镜头则建立一个二维物体空间与二维图像空间的对应关系，它不会展示被测物体的第三维度，因此成为剖面成像和尺寸测量的完美组件。

技术指标

远心度

远心度Telecentricity是指物体的倍率误差，倍率误差越小，远心度越高。远心度有各种不同的用途，在镜头使用前，把握远心度很重要。远心镜头的主光线与镜头的光轴平行，远心度
实际的远心镜头的孔径光阑不可能无限的小，那样进来的光线就太少了。所以实际的远心镜头还会有一定的近大远小关系的，这个指标称为远心度，远心镜头的远心度通常小于0.1°。
当然，实际的圆心镜头中的小孔光阑不可能无限的小，那样进来的光线就太小了。所以实际的圆心镜头还是会有一定的近大远小关系的（这个指标称之为远心度，远心镜头的远心度通常小于0.1°）。物距也不是任意的，但是它比普通的镜头的景深要大得多。

远心镜头因其设计特点，有两大特征：大景深，低畸变。在

为什么远心镜头的体积通常比较大
因为远心镜头是平行光进出，所以需要多的大拍摄面积，就需要多大面积的平行光进入，因此就需要多大面积的镜筒。所以远心镜头通常比较大，而且视场越大，体积越大。

双远心镜头如何选型
视场范围，兼容的CCD靶面，接口类型，工作距离，景深范围，外形尺寸等

远心镜头搭配什么类型的光源比较好
由于远心镜头只接受平行光，滤除了几乎所有的漫反射光，所以在自然环境下成像比较暗，所以选用平行光源能够最大限度的发挥远心镜头的优势，使得被测物体边缘清晰，稳定，并有效滤除检测过冲中的噪声。

普通镜头成本低、
放大倍率倍率会有变化，有视察，
大物体成像

使用范围

1)当被检测物体厚度较大,需要检测不止一个平面时,典型应用如食品盒,饮料瓶等。
2)当被测物体的摆放位置不确定,可能跟镜头成一定角度时。
3)当被测物体在被检测过程中上下跳动,如生产线上下震动导致工作距离发生变化时。
4)当被测物体带孔径、或是三维立体物体时。
5)当需要低畸变率、图像效果亮度几乎完全一致时。
6)当需要检测的缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。
7)当需要超过检测精度时,如容许误差为1um。

选型方法

远心镜头的选型办法其实跟普通光学系统中的镜头类似,需要关注的几个点如下:

• 兼容的CCD靶面尺寸。这一点跟普通镜头的选择类似,要求远心镜头兼容的CCD靶面大于或等于配套的相机靶面,否则会造成分辨率的浪费。
• 接口类型。目前远心镜头提供的接口类型也跟普通镜头类似,有C口,F口等,只要跟相机配套即可使用。
• 放大倍率,或成像范围。当放大倍率和CCD靶面确定时,成像范围即确定,反之亦然。
• 工作距离。一般以上三点选定的情况下,工作距离已经确定在一个范围之内,这是其成像光路决定的。需要注意的就是此工作距离是否满足实际使用要求。当选用远心系统进行检测时,我们建议先选定镜头,依据其工作距离设计其他机械结构。
• 景深范围。在满足前面几个使用条件的前提下,景深范围越大,说明远心系统的光学特性越好,在选型时可作为参考。

参考

远心镜头（Telecentric lens）原理介绍
远心光学成像系统原理详解
远心镜头教程
[应用光学 张以谟主编 5.6远心光路]