聚焦一切：尋找適合您視覺系統的鏡頭
想獲得銳利的影像，不只需要好相機，更需搭配正確的鏡頭，才能確保最佳影像品質。鏡頭之間的差異不僅在於解析度、焦距和尺寸，也在於其設計。在下面的文章中，我們將告訴您什麼鏡頭適用於什麼情況。
最後更新： 2026/02/02
閱讀時間：約 20 分鐘
鏡頭選型步驟
確認相機接環（Mount）
選擇符合感光元件尺寸的成像圈（Image Circle）
根據視野範圍（Field of View）與工作距離（Working Distance）決定焦距
使鏡頭解析度與感光元件相匹配
考量光圈、工作距離、光譜範圍及特殊需求
鏡頭有哪些類型？
基本上可區分為兩大類鏡頭。鏡頭可依其光學設計以及焦距是否可調進行分類。
依光學設計分類
Entocentric 鏡頭（透視鏡頭）透視鏡頭廣泛應用於機器視覺領域，其成像效果與人眼相似：距離較遠的物體看起來較小，距離較近的物體看起來較大。人眼本身即為透視光學系統的典型範例。
Telecentric 鏡頭（遠心鏡頭）特別適用於需要真實尺寸成像且不受透視變形影響的應用。
依焦距與對焦環可調性分類
鏡頭類型 | 焦距 | 對焦 | 典型應用 | 主要特點 |
固定對焦鏡頭 | 固定 | 固定（單焦點） | 工業相機、早期手機 | 無法調整 |
|---|---|---|---|---|
定焦鏡頭 | 固定 | 可手動或自動調整 | 機器視覺、工業光學 | 視角固定、影像品質高 |
變焦鏡頭 | 可變 | 變更焦距後需重新對焦 | IP 相機、監控系統 | 靈活性高，但需重新對焦 |
變倍鏡頭 | 可變 | 變更焦距時可維持對焦 | 消費型相機、特殊應用 | 調整焦距時可自動維持清晰對焦 |
接下來，我們將重點介紹透視鏡頭（Entocentric Lens），因為這類鏡頭廣泛應用於機器視覺領域。
正確的接環：實現相機與鏡頭的機械連接
鏡頭選型應從相機本體開始。首先需要確認相機採用哪種鏡頭接環（Lens Mount），因為接環負責將相機機身與鏡頭穩固連接。
法蘭焦距（Flange Focal Distance）
法蘭焦距是指鏡頭安裝面與相機感光元件之間的距離。鏡頭的光學性能是針對特定的法蘭焦距進行設計與最佳化，因此應搭配相對應的法蘭焦距使用。
不同的鏡頭接環具有不同的法蘭焦距。例如，C-Mount 的法蘭焦距為 17.526 mm。
接環的機械結構差異
從機械結構來看，主要可分為兩種連接方式：
卡口式接環（Bayonet Mount）：旋轉鎖定結構，穩定性高，目前主要用於 F-Mount。
螺紋式接環（Screw Thread）：透過螺紋旋入固定，結構精巧且安裝簡便。
選擇與感光元件相匹配的成像圈直徑
成像圈（Image Circle）是鏡頭能夠均勻照射且不會產生邊緣暗角（Vignetting）的感光元件區域。僅憑鏡頭接環規格無法判斷成像圈大小，相關資訊通常可在鏡頭規格書中以 「Maximum Image Circle（最大成像圈）」 標示。
成像圈過小
成像圈直徑與感光元件尺寸相同，通常都以英吋表示。例如，1/3 吋 C-Mount 鏡頭最適合搭配 1/3 吋感光元件使用，此時成像圈可被充分利用。若將同一顆專為 1/3 吋感光元件設計的鏡頭搭配較大的感光元件（例如 1/2 吋），則可能產生暗角現象。
成像圈過大
若將 2/3 吋鏡頭搭配較小的 1/3 吋感光元件使用，雖然不會產生暗角，且影像邊緣仍可維持良好銳利度，但由於成像圈有相當大的部分未被利用，加上大尺寸鏡頭通常價格較高，因此對小尺寸感光元件而言，選擇較小規格的鏡頭通常更具成本效益。
解析度與畫素尺寸
高解析度視覺系統不僅需要具備高百萬畫素的感光元件，還需要能夠實際呈現相應解析能力的鏡頭。鏡頭解析度決定了細微特徵是否能被清楚呈現，或在成像過程中遺失。接下來將說明為何鏡頭解析度與畫素尺寸必須一併考量，以及如何評估鏡頭性能。
解析度與每毫米線對數（lp/mm）
鏡頭解析度通常以 每毫米線對數（Line Pairs per Millimeter, lp/mm） 表示。。此數值描述在 1 mm 的距離內，鏡頭仍能清楚分辨多少組相鄰線條。數值越高，代表鏡頭能呈現的細節越細緻、影像越銳利。感光元件只有在鏡頭解析度足夠高的情況下，才能充分發揮其性能。
MTF 曲線：從中心到邊緣的銳利度
MTF 曲線（調變轉換函數） 可用於顯示鏡頭在整個成像範圍內的解析能力，涵蓋從影像中心到邊緣的表現。MTF 曲線是根據黑白線條間距逐漸縮小的測試圖卡所建立。由於 MTF 曲線能夠客觀評估鏡頭的實際光學性能，因此製造商通常會於產品規格書中提供，或可依需求向原廠索取。
實際情形下的畫素尺寸和鏡頭選擇
鏡頭解析度必須與感光元件的畫素尺寸相匹配，唯有如此，每個畫素才能獲得清晰成像。例如，對於一顆 500 萬畫素感光元件，您需要選擇一顆實際能夠解析 500 萬畫素的鏡頭。部分鏡頭會直接以支援的感光元件解析度（百萬畫素）作為規格標示，這有助於簡化選型流程，但仍無法取代對 lp/mm 或 MTF 曲線等技術規格的評估。
只有當感光元件解析度與鏡頭性能相互匹配時，電腦視覺系統的性能才能充分發揮。
焦距與感光元件尺寸之間的關係
焦距是指鏡頭光學中心與焦點之間的距離。在焦點位置，所有平行入射的光線會匯聚於同一點。因此，鏡頭焦距取決於其光學折射能力，並以毫米（mm）為單位表示。
焦距對成像效果的影響
焦距越長，鏡頭的望遠特性越明顯。因此，我們在體育攝影或狗仔攝影中常見的大型長鏡頭，其焦距通常遠大於一般消費型相機鏡頭。相對地，廣角鏡頭與魚眼鏡頭則具有較短的焦距。
常見焦距
焦距 (mm) | 鏡頭類型 | 2/3 吋感光元件視野範圍 | 1/2.5 吋感光元件視野範圍 |
2 | 魚眼 | 非常大 | 大 |
|---|---|---|---|
6 | 廣角 | 大 | 一般 |
12 | 一般 | 中 | 小 |
35 | 望遠 | 小 | 非常小 |
100 | 超望遠 | 非常小 | 極小 |
選擇合適的焦距
並非所有計算出的焦距都能對應到實際可購買的鏡頭規格。常見的定焦鏡頭焦距包括 4、6、8、12、16、25、35、50、75 及 100 mm。如果計算結果介於兩個標準焦距之間，通常建議選擇較短的焦距，以獲得較大的視野範圍與較高的解析度。變焦鏡頭具有較高的使用彈性，但其影像品質通常不如定焦鏡頭。
不同焦距的影像範例
圖片比較顯示出當焦距增加時，影像截面會怎麼減少，變焦效果會怎麼增加；這對於選擇正確鏡頭至關重要。 焦距必須永遠與感光元件尺寸和特定應用的設定相互吻合。
光圈與光源條件
相機光圈的選擇，對影像品質和亮度有直接影響。F 數值（或 F 格數）是指焦距與光圈直徑的比率，表示光圈開啟的大小範圍。
F 數值與影像品質
高 F 值表示光圈較小，也就是落在感光元件上的光線較少。在光線不足的情況下，大光圈可讓更多的光線通過，因此具有優勢。
較小的光圈可以增加景深並減少像差，例如暈影，但可能會導致繞射模糊。這是由於光圈邊緣的光線繞射造成的，會降低影像品質。
因此，每支鏡頭都有一個最佳的 F 值，也就是最大景深與最小繞射之間的折衷。
結論： 請選擇符合您應用光源條件的光圈數值 - 既不要太大，也不要太小。
工作距離／放大倍率
大多數工業機器視覺鏡頭皆針對約 50 cm 的工作距離進行最佳化設計。此距離符合許多工業應用中相機與檢測物體之間的典型距離。
標準機器視覺鏡頭在 1:1 至 1:10 的放大倍率範圍內（感光元件尺寸與物體尺寸的比例）通常可提供最佳影像品質。此範圍往往受到鏡頭最短工作距離（MOD, Minimum Object Distance）的限制。
透過所謂的延伸環（Extension Ring），可縮短工作距離並提高放大倍率。然而，標準鏡頭並非針對高放大倍率應用所設計，因此影像品質通常會明顯下降。為獲得最佳成像效果，建議在可行的情況下避免使用延伸環。
若需要更高的放大倍率（大於 1:10），建議使用微距鏡頭（Macro Lens）。此類鏡頭專為約 1:10 至 1:1 的放大倍率範圍設計。
若需要更高倍率（約 5 倍以上，即 ≥ 5:1），則應使用顯微鏡物鏡（Microscope Objective）。
光譜範圍
傳統鏡頭通常針對可見光進行最佳化設計，也就是約 400 至 700 nm 的波長範圍。紅外光（IR）通過一般鏡頭時通常無法與可見光聚焦於相同位置，因此成像往往會失焦。在純紅外光應用中，這種模糊現象通常仍可接受。
然而，若系統需要同時清晰呈現可見光與紅外光影像，鏡頭則必須涵蓋更寬廣的波長範圍（約 400 至 1000 nm）。此類設計通常會提高鏡頭成本，或需在其他光學性能上做出取捨。
鏡頭選型檢查清單
在決定鏡頭之前，請檢查以下幾點：
鏡頭接環：確認鏡頭接環規格，以確保鏡頭能夠正確且穩固地安裝於相機機身。
成像圈與感光元件：確認鏡頭的成像圈符合相機感光元件尺寸（請參閱規格書中的 「Maximum Image Circle（最大成像圈）」）。
線上選型工具：使用鏡頭製造商提供的線上鏡頭選型工具，計算適合的焦距。
鏡頭類型：根據應用需求，選擇定焦鏡頭或變焦鏡頭。
解析度：確認鏡頭實際解析能力足以匹配感光元件解析度，僅有高百萬畫素並不足以保證成像品質。
光圈值：了解鏡頭光圈規格與類型（請參閱規格書中的 「Maximum Relative Aperture（最大相對光圈）」）。
光譜範圍：確認鏡頭是否僅適用於可見光，或同時支援紅外光（IR）成像。
最短工作距離：留意相機與被測物之間的最短工作距離（MOD, Minimum Object Distance），因其會影響放大倍率與影像品質。
我們的鏡頭與搭配使用的配件
善用我們完整的產品組合，為您的視覺系統選擇最合適的產品。我們的鏡頭選型工具可協助您快速找到最適合整體系統需求的鏡頭。
