锥形半角（CHA）是会聚或发散光锥中光轴与边缘光线（最外侧光线）之间形成的最大角度。它定义了光束进入或离开光学元件时的角度范围上限。
在几何光学中，它是衡量聚焦光束“陡峭程度”或“发散程度”的基本指标。如果将聚焦光束想象成一个圆锥体，CHA 就是从该圆锥体中心到边缘所测得的角度。
CHA 很少单独使用。它在数学上与业界最常用于衡量集光能力的两个指标相关，即数值孔径（NA）和 F 数（f/#）。
与其他光学指标的关系
CHA 很少单独使用。它在数学上与业界最常用于衡量集光能力的两个指标相关，即数值孔径（NA）和 F 数（f/#）。
1. 数值孔径 (NA)
数值孔径是显微镜物镜和光纤的标准指标，由 CHA 直接计算得出。
- 公式： NA = n * sin(θ)
-
其中：
- NA = 数值孔径
- n = 介质的折射率（空气约为 1.0）
- θ= 锥体半角
计算： 根据空气中的已知 NA 求出 CHA：
- theta = arcsin(NA)
2. F数 (f/#)
在相机镜头和摄影中，镜头的“速度”用 f 值表示。
- 近似公式： f/# ≈ 1 / (2 * tanθ)
区别：CHA与入射角 (AOI)
圆锥半角和入射角表示不同的照明条件，因此在选择光学滤光片时，明确区分两者尤为重要。
- AOI（入射角）： 指准直光（平行光线）以相对于表面法线的单一特定角度入射到表面。例如，将反射镜倾斜45°，所有光线的AOI均为45°。
- CHA（圆锥半角）: 指呈圆锥形的非准直光。在这种情况下，从0°（中心）一直到最大θ（边缘）的光线会同时入射到光学元件上。
对光学滤光片的影响
在光锥内（CHA不为零）使用薄膜干涉滤光片（如带通滤光片）时，光线角度的变化会导致其性能低于在准直光条件下的性能。
- 蓝移： 滤光片的中心波长（CWL）向更短波长方向移动。
- 带宽展宽：由于光锥包含以多种不同角度传播的光线，最终光谱是多个偏移光谱的加权平均值。这种“展宽”效应会拓宽通带并降低峰值透射率。
经验法则： 如果CHA超过5°至7°，通常需要使用针对高NA环境设计的专用滤光片，以防止信号损失。
实际示例
高倍显微镜物镜
显微镜物镜通常具有很高的NA，因此会形成较大的锥形半角。
- 组件: 40x 物镜
- 规格： NA = 0.65
- 介质： 空气 (n ≈ 1.0)
计算：
- theta = arcsin(0.65)
- CHA ≈ 40.5°
重要性： 如果在该光路中放置标准光学滤光片，由于光线以最高达40.5°的入射角照射滤光片，将产生显著的蓝移。