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远心镜头的选型和常规指标介绍

远心镜头简介

    远心镜头,由Telecentric Lens翻译而来。“tele”是far,即中文的“远”;“centric”,翻译为“中心的”。“Telecentric Lens”直译即“远心镜头”。但按照字面,用户是比较难理解其准确含义。

    从光学上定义,远心镜头是一种主轴主光线与光轴平行的成像镜头,其主要指标为远心度。

    其光学定义比较抽象,我们可以从应用角度了解其特点。在应用端,即精密测量领域,远心镜头最突出的特点是可以在一定的物距范围内,图像放大倍率不发生变化,消除了其他光学镜头测量不准的状况。

    远心镜头可分为物方远心镜头、像方远心镜头和双远心镜头。下面从原理上来介绍下这三种产品的特点和区别:

物方远心镜头

物方远心镜头,是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上,即入瞳位于物方无穷远处,所有进入镜头的物方发光点的主光线都和镜头的光轴平行,如图2所示。

该光路可以消除物方由于调焦不准确带来的读数误差,即在一定距离范围内,物距发生改变,但像高不变,即测得的物体尺寸不会发生变化。物方远心镜头用于工业精密测量,畸变极小,高性能的可以达到无畸变。

图2 物方远心光学系统

像方远心镜头

像方远心镜头,是通过在物方焦平面上放置孔径光阑,即出瞳位于像方无穷远处,所有经过镜头进入到CCD的成像点的主光线都和镜头的光轴平行,如图3所示。

该光路可以消除像方调焦不准引入的测量误差,即在一定范围内,虽然CCD的安装位置有改变,在CCD上成像大小不变。

图3 像方远心光学系统

双远心镜头

双远心镜头,综合了物方远心镜头与像方远心镜头二者的优点,避免了两种方法产生的测量误差,保证了测量数据的精确度,如图4所示。双远心镜头主要用于机器视觉检测领域。

图4 双远心光学系统
远心镜头的技术指标

远心镜头由于其独特的设计原理,具有高分辨率、超大景深,超低畸变等光学特征。选择远心镜头时,通常需要关注放大倍率景深远心度畸变分辨率等技术指标。

放大倍率

    远心镜头的放大倍率,β=感光器直径/视野直径,感光器尺寸如图5所示,在选择远心镜头时,要求远心镜头兼容的传感器靶面大于或等于配套的相机靶面,否则会造成分辨率的浪费。

图5 感光器尺寸比例大小
远心度
远心度描述了远心镜头主光线偏离于光轴的角度,角度越小远心度越好,成像的倍率误差就越小,测量也就越精确。
景深
景深指镜头能成清晰像的最近物点与最远物点之间的距离。由于远心镜头独特的设计原理,具有比普通工业镜头大得多的景深。
畸变
畸变是光学透镜固有的透视失真的总称,远心镜头具有很小的畸变,联合光科的远心镜头产品畸变都做到了0.06%以下。
分辨率

分辨率指远心镜头能分辨的两点的最小距离或1mm内可以分辨观察到黑白条纹的线对数。也可用传感器能分辨的最高空间频率表示,远心镜头的分辨率=1 / 2 x 像元尺寸

如:传感器像元大小3um,远心镜头的分辨率则是166lp/mm,根据高分辨率的要求,镜头的MTF需要在166lp/mm大于0.3。

在选择远心镜头时,除了以上主要的技术指标外,远心镜头的接口类型照明方式F数等技术指标也需要满足要求。
远心镜头选型

   由于远心镜头具有独特的技术优势,目前,在机械零件测量、塑料零件测量、玻璃制品与医药零件测量、电子元件测量等高精度检测方面均有应用。远心镜头与光源、相机一起构成一个图像采集系统,因此远心镜头的选择受到整个系统要求的制约,在进行选择时要综合判断:

1. 镜头的视场≥被测物大小;同时考虑镜头放大倍率和兼容传感器尺寸;

2. 镜头的景深大小≥被测物表面起伏高度;

3. 镜头的分辨率、畸变、远心度匹配检测系统的检测精度;

4. 镜头的工作距离、外形尺寸匹配安装的尺寸空间;

5. 镜头的接口匹配相机接口;

6. 还需要考虑系统的打光照明方式,有非同轴和同轴两种远心镜头可供选择,同时要考虑到镜头F数和照明接口尺寸。

联合光科可提供标准C接口的GA大视野双远心镜头和紧凑型高倍率双远心镜头,两个系列远心镜头均有同轴照明和非同轴照明两种版本,产品特点如下,更多产品详细技术指标请点击远心镜头

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