視場角在光學(xué)工程中也叫視場角，視場角的大小決定了光學(xué)儀器的視野范圍。視角也可以用FOV來表示，它與焦距的關(guān)系如下：h=f*tan\Theta]像高=EFL*tan(半FOV)EFL為焦距；FOV為視場角。

視場角

1.在光學(xué)儀器中，以光學(xué)儀器的鏡頭為頂點(diǎn)，與目標(biāo)像所能通過的最大范圍的兩條邊所形成的角，稱為視場角。如圖1。

視場角決定了光學(xué)儀器的視場視場角越大，視野越大，光學(xué)放大倍數(shù)越小。一般來說，如果目標(biāo)物體超過這個角度，就不會被帶入鏡頭。

2.在顯示系統(tǒng)中，視角是顯示器的邊緣和觀察點(diǎn)（眼睛）連線的夾角。

圖3視場角測量

一般來說，光學(xué)設(shè)備的用戶關(guān)心的是物體的視角。對于大多數(shù)光學(xué)儀器來說，視場角的測量是以成像物體的直徑作為視場角來計(jì)算的。如：望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等。而對于照相機(jī)、對于相機(jī)等光學(xué)設(shè)備，由于其感光面是矩形的，所以視場角往往是根據(jù)成像物體與矩形感光面對角線的直徑來計(jì)算的，如左圖1所示。也有通過矩形長邊的大小來計(jì)算視角的，如右圖1所示。計(jì)算方法見圖1。

您也可以使用公制方法獲得視角參數(shù)。一般采用廣角進(jìn)行測量，因?yàn)樗雌饋硐褚粋€漏斗，俗稱：漏斗儀。測量方法如圖3。在被測透鏡的一端，看廣角準(zhǔn)直儀底部玻璃平面上的刻度，讀出它的角度值，這個值最大平行光管即被測光學(xué)儀器的視場角。

由于焦距不同，被測鏡頭可能無法用肉眼觀察刻度。可以加一塊焦距合適的刻度值作為輔助鏡頭查看測量結(jié)果。測量時，被測鏡頭要沿光軸來回移動，直到觀察角度最大，這就是被測鏡頭的視場角。

相機(jī)的測量方法同上當(dāng)相機(jī)在測量時，你可以看取景器因?yàn)閿?shù)碼相機(jī)的LCD分辨率低，可以看看相機(jī)拍出來的照片。

視場角與焦距的關(guān)系：一般來說，視角越大，焦距越短。這里有幾個例子：例如，長焦距鏡頭的視場比40°窄：0x9B9C]2.5mm，視場角45°左右。鏡頭焦距5.0mm，視場角23°左右。鏡頭焦距7.5mm，視場角14°左右。鏡頭焦距10mm，視場角12°左右。鏡頭焦距15mm，視角8°左右。

視角分類

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角在45度左右，應(yīng)用范圍廣。

0x9B9C]視角小于40度，可以遠(yuǎn)距離拍攝。

廣角鏡頭：視角在60度以上，觀察范圍大，近像變形。

如今，凸透鏡由于其壽命長、低能耗的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，比如道路照明、投影儀和室內(nèi)照明等。在許多應(yīng)用中，被照亮的目標(biāo)表面與光源之間的距離以及光束的視場角都是不固定的，例如用于夜間監(jiān)控系統(tǒng)的紅外照明設(shè)備，就要求基于鏡頭焦距變焦范圍改變其自身的視場角和能量密度分布，使其照射范圍覆蓋整個監(jiān)控區(qū)域。若遠(yuǎn)攝鏡頭視角過大會浪費(fèi)光能，否則會產(chǎn)生手電筒效應(yīng)，影響照明效果。鑒于這種應(yīng)用需求，有必要設(shè)計(jì)一種可變視場的LED照明光學(xué)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的可變視場照明光學(xué)系統(tǒng)大多采用兩個或三個透鏡進(jìn)行配光，存在以下問題。大多數(shù)的LED它的半視場角約為60°，類似于朗伯分布。多鏡頭的使用不可避免地導(dǎo)致無法收集和利用大角度光束，造成光能的浪費(fèi)。因?yàn)殓R頭的數(shù)量往往不止一個，所以系統(tǒng)體積大。傳統(tǒng)透鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)自由度較低，針對一兩種模式設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)僅在該模式下工作良好，出現(xiàn)偏差后光束均勻性明顯下降。為了解決這些問題，本文采用了一種新型的全反射方式（TIR）透鏡結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可變視場根據(jù)光束準(zhǔn)直模式和最大視場模式下光強(qiáng)分布的不同要求，基于分離變量非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，分別設(shè)計(jì)了透射面和全反射面。由于新型全反射透鏡的透射面和全反射面均為自由曲面形式，因此設(shè)計(jì)自由度高，可以更好地兼顧所有視場，在整個視場角變化過程中保持較高的光能利用率和光束均勻性，整體結(jié)構(gòu)緊湊，安裝調(diào)整方便。

設(shè)計(jì)方法

圖4是新型全反射透鏡的2D結(jié)構(gòu)。黑色矩形代表LED。AB、BC、CD和EF是直線，DE和FG是自由曲線。CD為鏡頭底座，長度標(biāo)注為t。PP表示改變視角過程中LED的移動范圍，長度記為1。當(dāng)LED位于P時，光學(xué)系統(tǒng)處于準(zhǔn)直模式，當(dāng)LED位于P時，光學(xué)系統(tǒng)處于最大視場模式。α表示LED紅外攝像機(jī)與光軸的夾角。φ代表PB與光軸的夾角，即準(zhǔn)直模式下透射面和全反射面分布的光束角度的臨界值。φ代表PB與光軸的夾角，即最大視場模式下透射面與全反射面之間分布的光束角的臨界值。透射面根據(jù)LED在位置P時的準(zhǔn)直出射光束設(shè)計(jì)，全反射面根據(jù)LED在位置P時的總出射光束設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場目標(biāo)面的均勻照明。在設(shè)計(jì)過程中，LED被視為理想的點(diǎn)光源。

系統(tǒng)模擬仿真

根據(jù)上述方法，設(shè)計(jì)了一種新型全反射透鏡，其視場范圍為8° ~ 20°主要技術(shù)參數(shù)見表1。設(shè)計(jì)完成后，使用UG軟件進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)建模，如圖5所示。在LED移動過程中，系統(tǒng)的光能利用率在80%和85.8%輻照度的均勻性在77.3%和89.3%之間。取三種模式的平均值來衡量系統(tǒng)整個變焦過程的光學(xué)性能，平均光能利用率為83.7%平均輻照度均勻性為84.1%作為對比，使用了同樣可以實(shí)現(xiàn)8 ~ 20°視場角范圍的傳統(tǒng)鏡頭結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)采用雙透鏡結(jié)構(gòu)，其中第一個透鏡是標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡為了增加設(shè)計(jì)自由度，后一透鏡的后表面被設(shè)計(jì)成均勻的非球面。

模擬其紅外燈分別在20°14°和8°時10m處目標(biāo)表面的輻照度分布。與本文提出的新型全反射結(jié)構(gòu)相比，結(jié)果如表2所示。達(dá)到同樣的8° ~ 20°視場角變化范圍，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總長度為40mm，孔徑為44mm，使用新型全反射透鏡的系統(tǒng)總長度為13.5mm，直徑26mm，總體積縮小到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1左右/5。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在三個視場中的平均光能利用率為70.2%新結(jié)構(gòu)的平均光能利用率為83.7%比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)高13倍左右%從表2可以看出，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在視場角較小時具有較高的輻照均勻性，但在視場角較大時均勻性迅速下降，三個視場的平均輻照均勻性為66.9%然而，新結(jié)構(gòu)在小視場下的均勻性不如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但在整個變焦過程中均勻性保持在75%其平均均勻度比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)高17%左右。考慮到整個視場的變化過程，采用新型全反射透鏡結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)光能利用率和輻照度均勻性始終保持較高，且結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝和調(diào)整，其整體效果優(yōu)于傳統(tǒng)透鏡結(jié)構(gòu)。

提出了一種可變視場LED照明光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。采用全反射透鏡結(jié)構(gòu)根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直模式和最大視場角模式對光強(qiáng)分布的不同要求，分別設(shè)計(jì)透射面和全反射面，并根據(jù)仿真結(jié)果反饋優(yōu)化全反射面。最后，與相同條件下的傳統(tǒng)透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，仿真結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在光能利用率和輻照度均勻性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并且光學(xué)系統(tǒng)只包含一個鏡頭，更加緊湊，便于安裝和調(diào)整。