工業鏡頭選型五步驟
- 確認視野與最小特徵：視野（FOV）要涵蓋工件與擺放誤差，最小特徵決定需要的解析度。
- 確認工作距離：鏡頭前緣到工件的距離，受機構與光源空間限制。
- 計算鏡頭焦距：由視野、工作距離與感光元件尺寸推算。
- 確認成像圈與解析力：要涵蓋感光元件，並能解析相機像素。
- 確認景深與光圈：工件高度或位置有變化時，景深要足夠。
鏡頭焦距怎麼算？焦距計算範例
焦距 ≈ 工作距離 × 感光元件寬度 ÷ 視野寬度
例如工作距離 200 mm、視野寬 60 mm，感光元件為 1/1.8 吋（寬約 7.2 mm）：200 × 7.2 ÷ 60 = 24 mm，可從 25 mm 鏡頭開始評估，再微調工作距離。這是薄透鏡近似，放大倍率高或微距應用時誤差較大，請以鏡頭規格書確認。可直接用鏡頭焦距試算工具計算。
| 感光元件規格 | 約略尺寸（寬 × 高 mm） |
|---|---|
| 1/3 吋 | 4.8 × 3.6 |
| 1/2 吋 | 6.4 × 4.8 |
| 1/1.8 吋 | 7.2 × 5.3 |
| 2/3 吋 | 8.8 × 6.6 |
| 1 吋 | 12.8 × 9.6 |
實際尺寸依相機感光元件規格為準。以 1/1.8 吋感光元件為例，常見組合可這樣估算：
| 工作距離 | 視野寬 | 算出焦距 | 可先評估 |
|---|---|---|---|
| 100 mm | 30 mm | 24 mm | 25 mm |
| 200 mm | 60 mm | 24 mm | 25 mm |
| 200 mm | 100 mm | 14.4 mm | 16 mm |
| 300 mm | 60 mm | 36 mm | 35 mm |
| 300 mm | 150 mm | 14.4 mm | 16 mm |
| 400 mm | 60 mm | 48 mm | 50 mm |
需要的解析度可用這個方式估：水平像素 ≈ 視野寬 ÷（最小特徵 ÷ 3），也就是讓最小特徵至少佔 3 個像素。例如視野 60 mm、最小特徵 0.1 mm，水平約需 1,800 像素。
成像圈、解析力與 C／CS 接口
成像圈：鏡頭標示的適用感光元件尺寸要大於或等於相機感光元件，否則影像四角會變暗或模糊。
解析力：鏡頭要能解析相機的像素尺寸。像素越小，對鏡頭的要求越高。可用奈奎斯特頻率估算：解析力（lp/mm）≈ 1000 ÷（2 × 像素尺寸 µm）。例如 3.45 µm 約需 145 lp/mm。高解析相機搭配低解析鏡頭，等於浪費像素。
接口：工業相機常見 C 接口與 CS 接口，法蘭距分別為 17.526 mm 與 12.526 mm；小型機種另有 S 接口。接口不同時需要轉接環或不可共用，請依相機規格確認。
景深不夠怎麼辦？光圈與工作距離的取捨
景深是影像維持清晰的前後範圍。工件高度不一、擺放有落差時，景深不足就會失焦。
- 縮小光圈（F 值變大）：景深變深，但進光量減少，光圈過小時也會受繞射影響。
- 拉長工作距離或縮短焦距：放大倍率下降時，景深通常會增加，但視野與解析度要重新計算。
- 增加光源亮度：補償縮小光圈後的進光損失，可參考機器視覺光源選型指南。
- 改用液態鏡頭或自動對焦：工作距離經常變動時可考慮，依機型支援確認。
定焦鏡頭、遠心鏡頭、微距與液態鏡頭怎麼選
| 鏡頭類型 | 適合 | 要注意 |
|---|---|---|
| 工業定焦鏡頭 | 多數 2D 檢測、定位與讀碼 | 焦距固定，換視野要換鏡頭或調整距離 |
| 遠心鏡頭 | 精密尺寸量測、工件高度會變化 | 視野受鏡頭口徑限制，體積大、成本高 |
| 微距鏡頭 | 短工作距離、小視野放大觀察 | 景深較淺，對位置變化敏感 |
| 液態鏡頭 | 工作距離經常變動、多種工件高度 | 依機型與控制方式確認 |
| 線掃描鏡頭 | 搭配線掃相機的長感光元件 | 成像圈要涵蓋整條感光元件 |
什麼時候不需要遠心鏡頭？如果只是判定有無、外觀或定位，工件高度也穩定，工業定焦鏡頭通常就夠了。
鏡頭常見狀況與調整方向
| 現場狀況 | 可能原因 | 可先試 |
|---|---|---|
| 影像四角變暗或模糊 | 成像圈小於感光元件 | 換適用感光元件尺寸較大的鏡頭 |
| 中央清楚、邊緣模糊 | 鏡頭解析力不足或光圈過大 | 換高解析鏡頭，或適度縮小光圈 |
| 工件高低不同就失焦 | 景深不足 | 縮小光圈並補光、調整工作距離，或評估液態鏡頭 |
| 量測尺寸隨高度變動 | 透視造成放大倍率改變 | 固定工作距離，或改用遠心鏡頭 |
| 視野太小、裝不下工件 | 焦距太長或工作距離不足 | 換短焦距鏡頭，或拉長工作距離 |
| 影像偏暗 | 光圈過小或光源亮度不足 | 提高光源亮度，或適度開大光圈 |
選鏡頭前要準備的資料
- 視野大小與工件最大尺寸
- 最小要檢出的特徵尺寸
- 工作距離範圍與機構空間限制
- 工件高度變化與擺放誤差
- 產線節拍、工件是否移動
- 相機型號或感光元件尺寸與像素
這些資料齊全時，相機、鏡頭與光源可以一起評估，避免各自選完才發現空間或景深不符。相機類型可先看工業相機完全選型指南，再依檢測任務選機器視覺系統；不同產業的工站可對照半導體、PCB 電子與光電。
