انواع لنزهای دوربین مداربسته یک جنبه‌ی بحث برانگیز اما مهم در طراحی یک سیستم دوربین مدار بسته انتخاب مناسب لنز است. انتخاب مناسب‌ترین لنز برای هر دوربین باید همواره بر اساس تطابق بین الزامات استفاده کننده و استفاده‌ی عملی سیستم انجام گیرد. دامنه‌ی دید، کیفیت تصاویر، سنسورها و غیره معیارهای مهمی هستند که هر مشتری باید قبل از خرید در نظر بگیرد.
انواع لنزهای دوربین مداربسته کنترل نوردهی
نوردهی در یک دوربین عکاسی معمولی را می‌توان با ترکیبی از سرعت شاتر و بازشدگی دیافراگم کنترل کرد. این شرایط در لنز دوربین مدار بسته برقرار نمی‌باشد. یک دوربین مدار بسته‌ی استاندارد در هر ۱/۲ از فرکانس اصلی یک تصویر کامل تولید می‌کند. این مقدار در زمانی که فرکانس اصلی ۵۰ هرتز باشد ۱/۲۵ و هنگامی که فرکانس اصلی ۶۰ هرتز باشد ۱/۳۰ است. بطور کلی زمان نوردهی ثابت بوده و تنها کنترل میزان نور عبوری به دستگاه تصویربرداری از طریق تنظیم اندازه‌ی دیافراگم است.
بیشتر لوله‌های دوربین و دستگاه‌های تصویربرداری دارای کمی اغماض برای میزان نور عبوری از لنز جهت ایجاد یک تصویر قابل قبول هستند. محدوده‌ی این اغماض معمولاً دارای نسبت عکس با حساسیت دوربین می‌باشد. هرچه دوربین حساس‌تر باشد، نیاز به کنترل بیشتری در دیافراگم است.
لنز دوربین مداربسته
فرمت لنزها
هر لنز دوربین مداربسته برای دوربین لوله‌ای فرمت ۱ اینچی طراحی شده بودند و بسیاری از آنها همچنان در بازار وجود دارند. رزوه موجود در این دوربین‌ها از نوع C-mount است. این یک طراحی خاص از اندازه‌ی رزوه و طول فلنجی است که در ابتدا بر روی دوربین‌های عکاسی استفاده می‌شده است. در سال‌های اخیر لنزها برای دوربین‌ها فرمت ۲/۳، ۱/۲ و امروزه ۱/۳ اینچی ایجاد شده‌اند. در نتیجه هنگام انتخاب لنز برای یک دوربین خاص باید دقت زیادی داشت. همانطور که ۴ فرمت دوربین وجود دارند، ۴ فرمت لنز نیز وجود دارد که برای هر ترکیبی سازگار نیستند. یک لنز طراحی شده برای یک دوربین با فرمت بزرگ‌تر ممکن است بر روی یک فرمت کوچکتر قابل استفاده باشد اما برعکس آن امکان پذیر نیست.
علاوه بر این، میدان دید بر روی دوربین‌ها با اندازه‌های متفاوت یکسان نخواهد بود. یک مشکل دیگر این است که لنزهایی با نگهدارنده‌ای تحت عنوان CS-mount نیز وجود دارند. تفاوت بین دو نوع اصلی نگهدارنده طول فلنج عقبی است که فاصله‌ی بین فلنج عقبی لنز تا جلوی سنسور می‌باشد. رزوه و طول شانه برای هر نوع نگهدارنده یکسان است. به همین علت مشاهده‌ی تفاوت غیر ممکن است به جز اینکه اندازه‌ی کلی لنزهای CS-mount بطور کلی کوچکتر هستند. یک لنز C-mount را می‌توان برای دوربین CS-mount با یک حلقه آداپتور استفاده کرد اما یک لنز CS-mount را نمی‌توان برای دوربین C-mount مورد استفاده قرار داد. مشکلی اصلی این است که هر دو نوع لنز را می‌توان برای هر دو نوع دوربین و بدون آسیب ظاهری استفاده کرد.
نتیجه این است که در صورتی که از نوع اشتباهی استفاده شود امکان فوکوس کردن وجود نخواهد داشت. برخی از لنزهای C-mount دارای یک پیش آمدگی در عقب هستند که می‌تواند به سنسور موجود در دوربین CS-mount آسیب برساند.
انواع لنزهای دوربین مداربسته
چارت زیر نشان دهنده‌ی رابطه‌ی بین ترکیبات مختلف لنزها و دوربین و زوایه‌ی دید مرتبط با آن است. در زمان عکس گرفتن، بیشتر لنزها با فاصله‌ی کانونی ۲۵ میلی‌متر و بالاتر همچنان برای دوربین‌های ۱ اینچی طراحی می‌شوند. این بدین معنی است که هنگام استفاده از این لنز با فاصله‌ی کانونی بلند بر روی دوربین‌های مدرن باید دقت زیادی داشت. برای مثال یک لنز ۲۵ میلی‌متری ۱ اینچی زوایای دید تقریبی زیر را برای فرمت‌های مختلف فراهم می کند. بنابراین در صورت عدم توجه به این حقیقت، تغییر چشمگیری در محتوای مورد انتظار صحنه بوجود خواهد آمد.
لنز دوربین مداربسته
انتخاب لنز دوربین مداربستهمناسب
چند عامل مهم دیگر وجود دارند که باید هنگام انتخاب لنز مناسب برای یک شرایط خاص در نظر گرفت. فاصله کانونی و نوع کنترل دیافراگم. در هر یک از این عوامل، خصوصیات دیگری وجود دارند که باید در نظر گرفته شوند. لنزها ممکن است با تمام ترکیبات فاصله کانونی و کنترل دیافراگم حاصل شود. انتخاب آن بستگی به الزامات سیستم و محل خواهد داشت.
فاصله کانونی
فاصله‌ی کانونی لنز تعیین کننده‌ی میدان دید در فواصل مشخص می‌باشد. این مقدار می‌تواند با توجه به فرمول‌ها یا جداولی که توسط بیشتر تولید کنندگان لنز ارائه می‌شود بدست آید. بیشتر سازندگان اسلاید یا ماشین حساب چرخنده‌ی ساده‌ای را ارائه می‌کنند که فاصله‌ی کانونی لنز از صحنه و فاصله از اجسام را محاسبه می‌کند. هرچه فاصله‌ی کانونی طولانی‌تر باشد، زاویه‌ی دید محدودتر است. با اینکه بطور کامل صحیح نمی‌باشد، اما لنزهای با فاصله‌ی کانونی بلندتر از ۲۵ میلی‌متر اغلب لنزهای زوم نامیده می‌شوند.
فاصله‌ی کانونی لنز نیاز به انتخاب دقیق دارد تا اطمینان حاصل شود که محدوده‌ی صحیحی در دید بوده و درجه‌ی جزئیات قابل قبول است. یک قانونی کلی این است که برای دیدن یک فرد در مانیتور باید حداقل ۱۰ درصد از ارتفاع صفحه را در برگیرند. برای اینکه بتوان یک فرد مشخص را شناسایی کرد، باید حداقل در ۵۰ درصد از ارتفاع صفحه و ترجیحاً ۶۰ درصد باشند. یک فرد نامشخص باید حداقل ۱۲۰ درصد از ارتفاع صفحه را اشغال کند.
فاصله کانونی ثابت
این نوع لنز گاهی اوقات لنز تک کانونی نامیده می‌شود. همانطور که از نام آن پیدا است، مشخصه‌ی آن این است که میدان دید دقیق ثابت است و نیازی به تغییر در هنگام استفاده از سیستم ندارد. زاویه‌ی دید را می‌توان از مشخصات محصول یا جداول بدست آورد. این لنزها بطور کلی با فاصله‌ی کانونی ۳.۷ تا ۷۵ میلی‌متر موجود هستند. فواصل کانونی طولانی‌تر را می‌توان با اضافه کردن یک آداپتور ۲x بین لنز و دوربین بدست آورد. باید توجه داشت که این امر باعث افزایش ضریب اف با فاکتور دو میگردد (میزان نور رسیده به دوربین کاهش می‌یابد). در صورتی که فواصل کانونی طولانی‌تر از این مقادیر نیاز باشد، استفاده از لنزهای زوم و تنظیم آن ضروری می‌باشد.
به جز برای لنزهای یا زاویه‌ی بسیار باز، سایر لنزها دارای حلقه‌ای برای تنظیم فوکوس هستند. علاوه براین، دوربین‌ها دارای یک اصلاح فوکوس هستند که دستگاه تصویربرداری را بطور مکانیکی نسبت به موقعیت لنز حرکت می‌دهد. این امر به منظور فراهم کردن امکان تغییرات جزئی در فاصله‌ی کانونی غثبی لنزها و تولید تلرانس در مونتاژ دستگاه در دوربین انجام می‌شود. اصلاح فوکوس نیاز به تنظیم هر دوی این موارد هستند. فرایند روش تصمیم‌گیری در مورد سطحی از صحنه که در آن بهترین فوکوس نیاز است و سپس تنظیم حلقه‌های فوکوس کننده‌ی لنز در موقعیت میانی می‌باشد. سپس برای دستیابی به حداکثر وضوح تنظیم مکانیکی دوربین انجام می‌شود. فوکوس نهایی را می‌توان با استفاده از حلقه‌ی لنز انجام داد.
فوکوس کننده‌ی مکانیکی روی دوربین اغلب فوکوس عقب نامیده می‌شود زیرا یک پیچ در انتهای دوربین با یک مکانیزم چرخ دنده‌ای لوله را حرکت می‌داد. دوربین‌های مدرن دارای انواع مختلفی از تنظیم مکانیکی هستند. برخی دارای پیچ هایی در طرفین یا بالا و برخی دیگر نیز همچنان در عقب هستند. دوربین‌هایی وجود دارند که دارای یک C/CS-mount ترکیبی در جلو هستند که دارای تنظیم مکانیکی نیز هستند و می‌توانند هر دو نوع فرمت لنز را بپذیرند. هرچه فاصله کانونی لنز بیشتر باشد، فوکوس کردن مهم‌تر است.
فاصله کانونی متغیر
طراحی لنز دارای دامنه‌ی محدودی از تنظیم فاصله‌ی کانونی دستی می‌باشد. این لنز موکداً یک لنز زوم نیست زیرا دارای فاصله‌ی کانونی بسیار کوتاهی است. این لنزها معمولاً در فضای داخل که نیاز به تنظیم دقیق‌تر صحنه است و ممکن است بین دو لنز استاندارد قرار گیرد، استفاده می‌شوند. همچنین برای شرایطی که با یک مقدار هزینه‌ی بیشتر ممکن است یک لنز برای تمام دوربین‌های موجود در یک سیستم اختصاص یابد، مناسب می‌باشند. این کار باعث صرفه‌جویی زیادی در زمان نصب و هزینه‌ی مراجعات جهت تعویض لنزها در شریطی که دید کاملاً واضح نیست می‌شود. برای شرکت‌هایی که دارای تاسیسات داخلی با اندازه‌ی کوچک تا متوسط زیادی هستند برای مثال فروشگاه‌ها و ادارات، این روش می‌تواند باعث کاهش هزینه‌ها شود. در این شرایط استانداردسازی سیستم‌ها و تعیین هزینه‌ها بسیار آسان‌تر خواهد شد.
لنزهای با زوم دستی
یک لنز زوم نوعی است که در آن فاصله‌ی کانونی را می‌توان بصورت دستی تغییر داد. معمولاً این کار با استفاده از یک حلقه‌ی دندانه‌دار بر روی بدنه‌ی لنز انجام می‌شود. این کار معمولاً به مفهوم زوم کردن است و در نتیجه منجر به لنزی با فاصله‌ی کانونی بزرگ‌تر از حد معمول میگردد. نسبت زوم برای مثال بصورت ۶:۱ عنوان می‌شود که بدین معنی است که بزرگ‌ترین فاصله‌ی کانونی ۶ برابر کوچک‌ترین فاصله‌ی کانونی می‌باشد. روش معمول برای توصیف لنز زوم بر اساس اندازه‌ی فرمت، نسبت زوم و کوچک‌ترین و بزرگ‌ترین فواصل کانونی است. برای مثال ″ ۲/۳، ۶:۱، ۱۲.۵ میلی‌متر تا ۷۵ میلی‌متر. همچنین باید هنگام تعیین دوربین و فرمت لنز باید دقت زیادی داشت. لنزی که توصیف شد دارای همان فواصل کانونی موجود بر روی یک دوربین ″ ۲/۳ است اما محدوده‌ی معادل ۸ میلی متر تا ۴۸ میلی‌متر بر روی یک دوربین ″ ۱/۲ را دارد.
لنز زوم متحرک
لنزهای زوم دستی بطور گسترده‌ای در سیستم‌های دوربین مدار بسته مورد استفاده قرار نمی‌گیرند زیرا زاویه‌ی شیب دوربین اغلب با بزرگ نمایی و کوچک نمایی لنز باید تغییر داده شود. متداول‌ترین نیاز برای یک لنز زوم زمانی است که همراه با یک واحد شیب استفاده شوند. حلقه‌ی زوم لنز توسط موتورهای DC هدایت شده و از طریق کنترل از راه دور عمل می‌کند.
با توسعه‌ی دوربین‌های کوچکتر و لنزهای با فواصل کانونی بزرگ‌تر روش نصب ترکیب دوربین و لنز باید در نظر گرفته شود. موارد زیادی وجود دارد که لنز بطور قابل ملاحظه‌ای بزرگ‌تر از دوربین است و ممکن است نیاز به نصب محکم لنز بر روی دوربین باشد. در موارد دیگر، احتمال دارد نیاز به نگهدارنده‌های محکم برای دوربین و لنز باشد. همیشه رابطه‌ی بین دوربین و اندازه‌ی لنز و وزن آنها را هنگام انتخاب محفظه‌ها و پایه‌ها کنترل کنید. بیشتر تولید کنندگان محفظه‌ها می‌توانند نگهدارنده‌های لنز را به عنوان یکی از لوازم جانبی عرضه کنند.
فوکوس کردن یک لنز زوم
متداول‌ترین دلیل برای تغییر فوکوس هنگام زوم کردن این است که فوکوس مکانیکی دوربین بطور مناسب تنظیم نشده است. در ادامه روش تنظیم فوکوس دوربین دارای یک لنز زوم ارائه شده است. حلقه‌ی فوکوس کننده بصورت نزدیک (near) و دور (far) علامت گذاری شده است. آن را روی حالت دور قرار دهید و حلقه‌ی زوم را بر روی بزرگ‌ترین زاویه‌ی دید تنظیم کنید. دوربین را روی یک شی با فاصله‌ی تقریباً ۴۰ متری متمرز کنید و فوکوس دوربین را برای دستیابی به حداکثر وضوح تنظیم نمایید. سپس به روی یک جسم نزدیک زوم کنید و فوکوس لنز را برای حداکثر وضوح تنظیم کنید.
در این صورت می‌توان بدون تغییر فوکوس زوم را تغییر داد. بسیاری از لنزهای زوم متحرک در فضای بیرون با نور محدود استفاده می‌شوند. در این شرایط توصیه می‌شود که از یک فیلتر کاهنده‌ی نور در جلوی لنز استفاده شود تا دیافراگم بطور کامل باز شود. فیلتر کاهنده‌ی نور میزان نوری که وارد لنز می‌شود را بطور یکنواخت بر روی کل طیف مرئی کاهش می‌دهد. این امر کوتاه‌ترین عمق میدان را ایجاد کرده و امکان تنظیم دقیق‌تر برای بدترین شرایط را فراهم می‌کند. عمق میدان بستگی به بازشدگی دیافراگم دارد.
برخی کنترل کننده‌ها می‌توانند بر روی مکانیزم خودکار دیافراگم سوار شوند که معمولاً برای باز کردن آن دید در نواحی تاریک‌تر استفاده می‌شود. این شرایط اغلب در هنگامی برقرار است که دوربین در یک فضای باز با نور شدید خورشید استفاده می‌شود و لنز به دلیل اینکه سطح متوسط نور را اندازه می‌گیرد بسته می‌شود. صحنه در سطح زمین در این شرایط می‌توان بسیار تاریک و با جزئیات کمی باشد. این ویژگی مطلوب نیست مگر اینکه بسیار ضروری باشد. علت آن این است که ممکن است سوار کردن کنترل کننده فراموش شود و در صورت عدم کنترل کامل تصاویر بی‌کیفیتی ضبط شود. راه حل بهتر کج کردن دوربین تا زمانی است که نسبت کمتری از آسمان در تصویر وجود داشته باشد.
لنزهای زوم متحرک با پیش تنظیمات
شرایطی بسیاری وجود دارند که نیاز به حرکت، کج کردن و زوم کردن به یک موقعیت از پیش تعیین شده در ناحیه‌ی تحت پوشش می‌باشد. دستیابی به لنزهای متحرک با پتانسیومترهای قرار گرفته بر روی زوم و مکانیزم‌های فوکوس کننده امکان پذیر است. این امر باعث می‌شود که لنز با اندازه‌گیری ولتاژ پتانسیومتر و مقایسه‌ی آن با سگینال‌های موجود در سیستم کنترل بطور خودکار زوم کند و فوکوس کند. تمام عملکردهای دیگر مانند لنزهای زوم متحرک هستند. کنترل‌های پیش تنظیمی تنها با سیستم‌های کنترل شده از طریق دوری سنجی امکان‌پذیر هستند. مشخصات کنترل‌های دوری سنجی باید کنترل شود تا مشخص شود که محل‌های پیش تنظیم از کنترل کننده‌ی مرکزی یا گیرنده‌ی دوری سنجی تنظیم می‌شوند.
کنترل دیافراگم لنز
به دو گروه تقسیم می‌شود:
دیافراگم دستی
در این نوع لنز بازشدگی دیافراگم بطور دستی با چرخاندن حلقه‌ی دندانه‌دار در بدنه‌ی لنز تنظیم می‌شود. بطور معمول دارای محدوده‌ی تنظیماتی از حالت حداکثر تا کاملاً بسته است، هرچند این تنظیمات گسترده‌تر هستند. این نوع لنز تنها برای فضاهای داخلی کاربرد دارد که در آنجا میزان نور نسبتاً ثابت باقی می‌ماند. همچنین می‌توان از آن برای فضاهای داخلی با دوربین‌هایی که دارای شاترهای الکترونیکی هستند استفاده کرد که باعث صرفه‌جویی چشمگیری در هزینه‌ها میگردد. در هنگام استفاده از ترکیب دوربین و لنز در فضای بیرون باید مراقب بود زیرا ممکن است دوربین کنترل کافی را برای پوششش کل محدوده‌ی نور نداشته باشد. علاوه بر این، لنزهای دیافراگمی دستی معمولاً دارای فیلتر کاهنده‌ی نور برای مقابله با نور شدید خورشید نیستند.
در بسیاری از شرایط داخلی میزان کلی نور از طریق پنجره‌ها و نورگیرها در تابستان و زمستان بسیار متغیر می‌باشد. بنابراین اغلب تنظیم دیافراگم به میزان دو تا سه بار در سال جهت حفظ وضوح مطلوب تصویر ضروری است.
دیافراگم اتوماتیک
به دلیل توسعه‌ی مداوم، دوربین‌های لوله‌ای حساس‌تر شده و کاربرد آنها برای فضاهای بیرونی گسترش پیدا کرد. محدوده‌ی نوری که این دوربین‌ها می‌توانستند با آن سازگار باشند بسیار محدود بود. برای حل این مشکل، لنزهای دیافراگم دستی دارای موتورهایی شدند که به لوله پیچ شده و حلقه‌ی دیافراگم را هدایت می‌کنند. موتورها از طریق یک تقویت کننده به خروجی ویدئویی دوربین متصل شده‌اند. این کار تحت نظارت قرار گرفته تا حلقه دیافراگم مطابقه با ولتاژ سیگنال ویدئو تنظیم شود. هرچه ولتاژ کمتر باشد دیافراگم بیشتر باز می‌شود تا به ولتاژ ویدئویی صحیحی دست یابد و معکوس آن در زمانی که ولتاژ ویدئویی افزایش پیدا می کند. تقویت کننده‌های اولیه دچار این مشکل بودند که به تغییرات در سیگنال ویدئویی بسیار حساس و واکنشی می‌باشند. این امر باعث از دست رفتن کنترل بازشدگی دیافراگم شده و منجر به کنتراست نوسان تصویر می‌شد. برای مقابله با این مشکل یک مدار تاخیر در تقویت کننده ایجاد شد اما این کار گاهی اوقات باعث عکس مشکل قبلی یعنی تغییر بسیار آهسته‌ی تصویر میگردد.
لنزهای دیافراگم اتوماتیک جدید واحدهای کاملاً مستقلی هستند که توسط تولید کننده‌ی لنز تهیه شده و شامل موتورهای الکترونیکی و میکروسکوپی بسیار پیچیده‌ای می‌باشند. سه نوع اصلی از لنزهای دیافراگم اتوماتیک وجود دارد.
تقویت کننده‌ی دیافراگم
این نوع لنز گاهی اوقات تحت عنوان لنز سروو (servo) نامیده می‌شود. متداول‌ترین نوع آن شامل یک تقویت کننده است و به سیگنال ویدئویی دوربین متصل می‌شود. این تقویت کننده توسط ولتاژ dc که برای دوربین فراهم شده، هدایت میگردد. ولتاژ سیگنال ویدئویی متناسب با میزان نور دستگاه تصویربرداری است. سطحی ویدئویی متناسب با میزان نور است. تقویت کننده بطور مداوم بر این ولتاژ نظارت می‌کند تا آن را در حالت اوج به اوج ۱ ولت نگه دارد. با تغییر ولتاژ تقویت کننده‌ی دیافراگم باز یا بسته می‌شود تا یک ولت ثابت حفظ شود.
بیشتر دوربین‌هایی که یک هدایت کننده‌ی دیافراگم اتوماتیک ارائه می‌کنند که سوکت در پشت آن دارند. سه اتصال وجود دارد، +v، ۰v و ویدئو. متاسفانه هیچ استاندادری برای این اتصال وجود ندارد اما بیشتر دوربین‌ها همراه با پلاگ مناسب هستند. این امر می‌تواند در صورتی که دوربین در حین نگهداری یا خدمات تعویض شود مشکل ایجاد کند. این می‌تواند بدین معنی باشد که مهندس خدمات باید پلاگ دیافراگم را در محل عوض کند که کار آسانی نیستد. با توجه به این مشکل، بسیاری از دوربین‌ها امروزه با ترمینال‌های پیچی در عقب تولید می‌شوند.
لنز گالوانومتری
این لنزها گالوومتری یا گالوانو نیز نامیده می‌شوند. این نوع لنزهای دیافراگم اتوماتیک توسط یک ولتاژ مرجع که توسط یک تقویت کننده در دوربین تولید می‌شود هدایت میگردد. به بیان دیگر، تقویت کننده به جای اینکه بخشی از لنز باشد، داخل دوربین است. لنز حاوی یک موتور هدایت کننده برای باز و بسته کردن لنز و جلوگیری از پریدن تصویر است. این لنزها دارای ۴ اتصال هستند، +ve drive، -ve drive، +ve damping و –ve damping. مشخصات دوربین باید کنترل شود تا مطمئن شد که شامل مدار برای این نوع لنز است. لنزهای گالوانومتری معمولاً ارزان‌تر از لنزهای دارای تقویت کننده داخل آنها هستند. نصب آنها آسان‌تر است اما تنها می‌توانند با دامنه‌ی محدودی از دوربین‌ها استفاده شوند. برای این نوع لنز نیز دوربین‌های بسیاری همراه با اتصالات پیچی به جای سوکت تولید می‌شوند.
لنز سنسور
این لنز شامل یک سنسور روشنایی شبیه به دوربین‌های عکاسی است. این سنسور میزان نور را اندازه‌گیری کرده و مطابق با آن دیافراگم را تنظیم می‌کند. این کار نیاز به منبع جریان مستقیم ۱۲ ولتی دارد که می‌تواند از هر منبعی بدست آید. این نوع لنز امروزه چندان متداول نمی‌باشد و برای استفاده در دوربین‌های Vidicon که دارای خروجی ویدئویی و ۱۲ ولتی نبودند معرفی شده است. مشکل این بود که سنسور روشنایی از پیش تنظیم شده و نسبت به سطح ویدئویی پاسخگو نمی‌باشد و بنابراین میزان صحیح همیشه حفظ می‌شد. اکثریت قریب باتفاق دوربین‌های امروزی یک اتصال لنز اتوماتیک را ارائه می‌کنند و بنابراین تنها موارد نادری خواهد بود که نیاز به لنز می‌باشد.
پارامترهای لنز
فاصله کانونی
پرتوهایی که از اجسام بسیار دور تابیده می‌شوند توسط لنز در یک نقطه‌ی مشترک در محور نوری متمرکز می‌شود. نقطه‌ای که سنسور تصویر دوربین باید نصب شود نقطه کانونی نام دارد. لنز دارای دو نقطه کانونی است: نقطه‌ی اصلی اولیه و نقطه‌ی اصلی ثانویه. فاصله‌ی بین نقطه‌ی اصلی ثانویه و صفحه‌ی سنسور تصویر طول کانونی لنز می‌باشد.
لنز دوربین مداربسته
زاویه‌ی دید لنز
این زاویه‌ای است که دو خط از نقطه اصلی ثانویه با لبه های سنسور تصویری تشکیل می‌دهند. فاصله کانونی لنز با هر اندازه‌ای که سنسور تصویری باشد، ثابت است. هرچند زاویه دید با توجه به اندازه سنسور تغییر می‌کند.
لنز دوربین مداربسته
زاویه دید لنز برای فاصله کانونی آن با توجه به اندازه سنسور متفاوت است. نتیجه این است که برای یه منظره مشخص، فاصله کانونی مورد نیاز با توجه به اندازه سنسور تغییر می‌کند. این امر نشان می‌دهد که برای یک میدان دید هر چقدر فرمت کوچکتر باشد فاصله کانونی مورد نیاز کوتاه‌تر خواهد بود.
لنز دوربین مداربسته
میدان دید
میدان دید نسبت بین اندازه‌ی سنسور به فاصله کانونی و فاصله با شی است. نسبت عرض به ارتفاع در سنسور ۴:۳ است. زوایای افقی و عمودی و در نتیجه میدان‌های دید متفاوت بوده و باید جداگانه در نظر گرفته شوند.
لنز دوربین مداربسته
ابعاد سنسور
لنز دوربین مداربسته
برای مثال در صورتی که نیاز به دیدن موضوعی با ۲.۵ متر ارتفاع در فاصله‌ی ۱۰ متری با استفاده از یک دوربین و لنز ″ ۲/۳ باشد، محاسبات آن بصورت زیر است:
لنز دوربین مداربسته
نزدیک‌ترین لنزهای استاندارد در این صورت لنز ۲۵ میلی‌متری بوده و ارتفاع واقعی صحنه مورد نظر ۲.۶۴ متر می‌باشد. لنزهای با فاصله کانونی کمی کوتاه‌تر، زاویه‌ی دید کمی بازتر فراهم می‌کنند.
بیشتر بروشورهای لنزها زوایای دید افقی و عمودی را ارائه می‌کنند. موارد مرتبط را می‌توان از طریق فرمول زیر بدست آورد:
لنز دوربین مداربسته
که H ارتفاع منظره و d فاصله از دوربین تا منظره است. این فرمول ارتفاع عمودی منظره را با استفاده از زاویه‌ی دید عمودی بدست می‌آورد. بطور مشابه عرض افقی منظره از زاویه‌ی دید افقی حاصل میگردد.
رابطه بین اندازه سنسور و اندازه لنز دوربین مداربسته
ایجاد میدان دید واقعی که از ترکیب اندازه‌ی سنور و مشخصات لنز بدست می‌آید می‌تواند بسیار گیج کننده باشد. لنزها بطور خاص برای یک اندازه‌ی سنسور مشخص طراحی شده‌اند. لنزی که برای یک اندازه‌ی لنز طراحی شده است را ممکن است بتوان برای اندازه‌ی کوچکتر استفاده کرد اما برعکس آن امکان پذیر نیست. دلیل آن این است که نواحی انتهایی منظره بیرون ناحیه‌ی سنسور خواهند بود. بسیاری از افرادی که در زمینه‌ی دوربین مدار بسته کار می‌کنند با دوربین ″ ۲/۳ بزرگ شده‌اند زیرا محبوب‌ترین نوع بوده و با میدان‌های دید آنها آشنا هستند. هرچند دوربین‌های ″ ۱/۲ و ″ ۳/۱ امروزه بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند و بنابراین عوامل مهمی هستند که باید در نظر گرفته شوند.
شکل بالا نشان دهنده‌ی تاثیر استفاده از یک لنز بر روی دو اندازه‌ی سنسور مختلف می‌باشد. نتیجه‌ی استفاده از یک فرمت لنز بزرگ‌تر بر روی یک فرمت لنز کوچکتر ایجاد تاثیر یک فاصله‌ی کانونی بزرگ‌تر خواهد بود که زاویه‌ی دید محدودتری است.
لنز دوربین مداربسته
شکل بالا نتیجه‌ی استفاده از لنزی که برای فرمت ″ ۱/۲ طراحی شده است را برای یک سنسور ″ ۱/۲ نشان می‌دهد. این یک ملاحظه‌ی مهم هنگام تصمیم‌گیری برای انتخاب مناسب‌ترین لنز برای میدان دید مورد نظر می‌باشد. اندازه‌ی طرح لنز باید مرتبط با اندازه‌ی سنسور مورد استفاده باشد.
دیافراگم
اندازه‌ی دیافراگم ضریب اف لنز نامیده می‌شود برای مثال f1.4، f1.2 و غیره. این ضریب نسبت مکانیکی اجزای لنز بوده و بصورت زیر مشخص میگردد:
لنز دوربین مداربسته
قطر موثر مرتبط با اندازه‌ی لنز جلو است. باید توجه داشت که این قطر موثر است نه قطر واقعی. این قطر معیاری برای میزان نوری است که از طریق لنز به دستگاه تصویربرداری می‌رسد. همانطور که عنوان شد یک نسبت می باشد و ارتباطی با کیفیت لنز ندارد. هرچه عدد کوچکتر باشد، دیافراگم بزرگ‌تر است. ارقام ارائه شده در مشخصات لنز حداکثر بازشدگی دیافراگم است و بعد از این مقدار اغلب حداقل بازشدگی ذکر شده است. برای مثالf1.4 – f360 ، این عدد دوم در صورتی که دوربین بسیار حساس است مهم می‌باشد، برای مقثال در سنسور تقویت شده.
دوربین‌های تقویت شده اغلب نیاز به یک حداقل دیافراگم f1500 دارند. با توجه به فرمول بالا، می‌توان حساب کرد که با یک لنز ۱۶ میلی‌متری که دارای دیافراگم تنظیم شده بر روی f360 است، قطر موثر تنها ۰.۰۴ میلی‌متر خواهد بود. با این حال، این میزان می‌تواند مقدار بسیار زیادی نور را وارد سنسور دوربین تقویت شده کند و به لوله آسیب بزند یا تصویر را بسوزاند. با توجه به اینکه ضریب اف یک نسبت است، این عدد نشان نمی‌دهد که یک لنز با عدد کمتر بهتر از لنز با عدد بزرگ‌تر است. عوامل دیگری وجود دارند که بر انتقال نور از لنز تاثیر می‌گذارند. هرچند هنگام مقایسه برندهای اصلی لنزها استفاده از ضریب اف کافی است مگر اینکه کاربرد آن بسیار سخت‌گیرانه و دقیق است که برای مثال مقایسه تصویر یا وضوح بسیار خوب ضروری باشد.
کارایی لنز دوربین مداربسته و میزان نوری که می توان عبور دهد بستگی به عوامل بسیاری دارد که طراح لنز باید در نظر بگیرد. هرچند در نهایت لنز باید برای نصاب دوربین مدار بسته و مشتری مقرون به صرفه و اقتصادی باشد. دو عاملی که بر هزینه‌ی لنز تاثیر می‌گذارند اندازه‌ی اجزای شیشه‌ای و تعداد اجزا است. بنابراین تولید یک لنز f1.8 ۱۶ میلی‌متری نسبت به تولید یک لنز f1.2 ۱۶ میلی‌متری ارزان‌تر است. در نتیجه برخی تولید کنندگان یک لنز با فاصله کانونی را با دو ضریب اف متفاوت تولید می‌کنند. برای فضای داخلی با نور کافی یا استفاده در بیرون با نور روز، لنز ارزان‌تر f1.8 رضایت‌بخش بوده و می‌تواند باعث صرفه‌جویی در هزینه شود. هنگام انتخاب لنز ارزان‌تر در صورتی که کاربرد آن برای فضای بیرون با نور کم باشد باید دقت زیادی داشت. در این لنز تقریباً نیاز به سه برابر نور بیشتر از لنز f1.2 می‌باشد.
