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

視場角

1.在光學儀器中，以光學儀器的鏡頭為頂點，與目標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。

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

2.在顯示系統中，視角是顯示器的邊緣和觀察點（眼睛）連線的夾角。

例如，在圖2中，AOB角度是水平視角，BOC是垂直視角。

圖3視場角測量

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

您也可以使用公制方法獲得視角參數。一般采用廣角進行測量，因為它看起來像一個漏斗，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。

相機的測量方法同上當相機在測量時，你可以看取景器因為數碼相機的LCD分辨率低，可以看看相機拍出來的照片。

視場角與焦距的關系：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

標準鏡頭：視角在45度左右，應用范圍廣。

0x9B9C]視角小于40度，可以遠距離拍攝。

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、低能耗的優點已經廣泛應用于各個領域，比如道路照明、投影儀和室內照明等。在許多應用中，被照亮的目標表面與光源之間的距離以及光束的視場角都是不固定的，例如用于夜間監控系統的紅外照明設備，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控區域。若遠攝鏡頭視角過大會浪費光能，否則會產生手電筒效應，影響照明效果。鑒于這種應用需求，有必要設計一種可變視場的LED照明光學系統。

圖4全反射透鏡的2D結構

傳統的可變視場照明光學系統大多采用兩個或三個透鏡進行配光，存在以下問題。大多數的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致無法收集和利用大角度光束，造成光能的浪費。因為鏡頭的數量往往不止一個，所以系統體積大。傳統透鏡結構的設計自由度較低，針對一兩種模式設計的結構僅在該模式下工作良好，出現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）透鏡結構取代傳統結構，實現可變視場根據光束準直模式和最大視場模式下光強分布的不同要求，基于分離變量非成像光學系統設計理論，分別設計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，因此設計自由度高，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，整體結構緊湊，安裝調整方便。

設計方法

圖5全反射透鏡的三維示意圖

圖4是新型全反射透鏡的2D結構。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LED位于P時，光學系統處于準直模式，當LED位于P時，光學系統處于最大視場模式。α表示LED紅外攝像機與光軸的夾角。φ代表PB與光軸的夾角，即準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LED在位置P時的準直出射光束設計，全反射面根據LED在位置P時的總出射光束設計，以實現遠場目標面的均勻照明。在設計過程中，LED被視為理想的點光源。

系統模擬仿真

圖6(a)準直和(b)最大視角模式下的光線追跡圖

表1光學設計參數

根據上述方法，設計了一種新型全反射透鏡，其視場范圍為8° ~ 20°主要技術參數見表1。設計完成后，使用UG軟件進行三維結構建模，如圖5所示。在LED移動過程中，系統的光能利用率在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整個變焦過程的光學性能，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，使用了同樣可以實現8 ~ 20°視場角范圍的傳統鏡頭結構。傳統的光學系統采用雙透鏡結構，其中第一個透鏡是標準球面透鏡為了增加設計自由度，后一透鏡的后表面被設計成均勻的非球面。光線跟蹤圖如圖6所示。

0x9B9C]

表2性能比較結果

模擬其紅外燈分別在20°14°和8°時10m處目標表面的輻照度分布。與本文提出的新型全反射結構相比，結果如表2所示。達到同樣的8° ~ 20°視場角變化范圍，傳統結構系統總長度為40mm，孔徑為44mm，使用新型全反射透鏡的系統總長度為13.5mm，直徑26mm，總體積縮小到傳統結構的1左右/5。傳統結構在三個視場中的平均光能利用率為70.2%新結構的平均光能利用率為83.7%比傳統結構高13倍左右%從表2可以看出，傳統結構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，新結構在小視場下的均勻性不如傳統結構，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結構高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構的系統光能利用率和輻照度均勻性始終保持較高，且結構緊湊，易于安裝和調整，其整體效果優于傳統透鏡結構。

提出了一種可變視場LED照明光學系統的設計方法。采用全反射透鏡結構根據光學系統準直模式和最大視場角模式對光強分布的不同要求，分別設計透射面和全反射面，并根據仿真結果反饋優化全反射面。最后，與相同條件下的傳統透鏡結構進行比較，仿真結果表明該結構在光能利用率和輻照度均勻性方面均優于傳統結構。并且光學系統只包含一個鏡頭，更加緊湊，便于安裝和調整。