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遠心鏡頭的選型和常規指標介紹

來源:聯合光科技(北京)有限公司   2025年03月10日 14:47  
遠心鏡頭簡介

    遠心鏡頭,由Telecentric Lens翻譯而來?!皌ele”是far,即中文的“遠”;“centric”,翻譯為“中心的”。“Telecentric Lens”直譯即“遠心鏡頭”。但按照字面,用戶是比較難理解其準確含義。

    從光學上定義,遠心鏡頭是一種主軸主光線與光軸平行的成像鏡頭,其主要指標為遠心度。

    其光學定義比較抽象,我們可以從應用角度了解其特點。在應用端,即精密測量領域,遠心鏡頭的特點是可以在一定的物距范圍內,圖像放大倍率不發生變化,消除了其他光學鏡頭測量不準的狀況。



    遠心鏡頭可分為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙遠心鏡頭。下面從原理上來介紹下這三種產品的特點和區別:

物方遠心鏡頭

物方遠心鏡頭,是將孔徑光闌放置在光學系統的像方焦平面上,即入瞳位于物方無窮遠處,所有進入鏡頭的物方發光點的主光線都和鏡頭的光軸平行,如圖2所示。

 

該光路可以消除物方由于調焦不準確帶來的讀數誤差,即在一定距離范圍內,物距發生改變,但像高不變,即測得的物體尺寸不會發生變化。物方遠心鏡頭用于工業精密測量,畸變極小,高性能的可以達到無畸變。

圖2 物方遠心光學系統

像方遠心鏡頭

像方遠心鏡頭,是通過在物方焦平面上放置孔徑光闌,即出瞳位于像方無窮遠處,所有經過鏡頭進入到CCD的成像點的主光線都和鏡頭的光軸平行,如圖3所示。

該光路可以消除像方調焦不準引入的測量誤差,即在一定范圍內,雖然CCD的安裝位置有改變,在CCD上成像大小不變。

圖3 像方遠心光學系統

雙遠心鏡頭

雙遠心鏡頭,綜合了物方遠心鏡頭與像方遠心鏡頭二者的優點,避免了兩種方法產生的測量誤差,保證了測量數據的精確度,如圖4所示。雙遠心鏡頭主要用于機器視覺檢測領域。

圖4 雙遠心光學系統

遠心鏡頭的技術指標

遠心鏡頭由于設計原理,具有高分辨率、超大景深,超低畸變等光學特征。選擇遠心鏡頭時,通常需要關注放大倍率、景深、遠心度、畸變、分辨率等技術指標。

 


放大倍率

    遠心鏡頭的放大倍率,β=感光器直徑/視野直徑,感光器尺寸如圖5所示,在選擇遠心鏡頭時,要求遠心鏡頭兼容的傳感器靶面大于或等于配套的相機靶面,否則會造成分辨率的浪費。

 

圖5 感光器尺寸比例大小

遠心度
遠心度描述了遠心鏡頭主光線偏離于光軸的角度,角度越小遠心度越好,成像的倍率誤差就越小,測量也就越精確。

景深
景深指鏡頭能成清晰像的最近物點與最遠物點之間的距離。由于遠心鏡頭的設計原理,具有比普通工業鏡頭大得多的景深。

畸變
畸變是光學透鏡固有的透視失真的總稱,遠心鏡頭具有很小的畸變,聯合光科的遠心鏡頭產品畸變都做到了0.06%以下。

分辨率

分辨率指遠心鏡頭能分辨的兩點的最小距離或1mm內可以分辨觀察到黑白條紋的線對數。也可用傳感器能分辨的最高空間頻率表示,遠心鏡頭的分辨率=1 / 2 x 像元尺寸。

如:傳感器像元大小3um,遠心鏡頭的分辨率則是166lp/mm,根據高分辨率的要求,鏡頭的MTF需要在166lp/mm大于0.3。


在選擇遠心鏡頭時,除了以上主要的技術指標外,遠心鏡頭的接口類型照明方式、F數等技術指標也需要滿足要求。

遠心鏡頭選型

   由于遠心鏡頭具有技術優勢,目前,在機械零件測量、塑料零件測量、玻璃制品與醫藥零件測量、電子元件測量等高精度檢測方面均有應用。遠心鏡頭與光源、相機一起構成一個圖像采集系統,因此遠心鏡頭的選擇受到整個系統要求的制約,在進行選擇時要綜合判斷:

1. 鏡頭的視場≥被測物大小;同時考慮鏡頭放大倍率和兼容傳感器尺寸;

2. 鏡頭的景深大小≥被測物表面起伏高度;

3. 鏡頭的分辨率、畸變、遠心度匹配檢測系統的檢測精度;

4. 鏡頭的工作距離、外形尺寸匹配安裝的尺寸空間;

5. 鏡頭的接口匹配相機接口;

6. 還需要考慮系統的打光照明方式,有非同軸和同軸兩種遠心鏡頭可供選擇,同時要考慮到鏡頭F數和照明接口尺寸。


聯合光科可提供標準C接口的GA大視野雙遠心鏡頭和緊湊型高倍率雙遠心鏡頭,兩個系列遠心鏡頭均有同軸照明和非同軸照明兩種版本,產品特點如下,更多產品詳細技術指標請點擊遠心鏡頭。


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