工业镜头基础知识

发布时间 2023-06-27 12:22:05作者: Vimas

工业镜头接口

物镜的接口尺寸是有国际标准的,共有三种接口型式,即F型、C型、CS型。F型接口是通用型接口,一般适用于焦距大于25mm的镜头;而当物镜的焦距约小于25mm时,因物镜的尺寸不大,便采用C型或CS型接口。
C接口:镜头与摄像机接触面至镜头焦平面距离为17.5mm
CS接口:此距离为12.5mm
C型镜头与C型摄像机,CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用

工业镜头的基本参数

视场(Field of view,即FOV,也叫视野范围)指观测物体的可视范围,也就是充满相机采集芯片的物体部分。(视场范围是选型中必须要了解)

工作距离(Working Distance,即WD):指从镜头前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距离(选型必须要了解的问题,工作距离是否可调?包括是否有安装空间等)

分辨率:图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下,视野越小,分辨率越好。

景深(Depth of view,即DOF):物体离最佳焦点较近或较远时,镜头保持所需分辨率的能力(需要了解客户对景深是否有特殊要求? )

感光芯片尺寸,相机感光世丧车产是朵李数如机领是营信的有黎紧企动以获最拉委币般指水平中的生年美是1业G22上是2花万于和视场的比率来定文。和视场,但PMAG却不属于基本参数。

焦距(f) 焦距,是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式,指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中从镜片中心底片或CCD等成像平面的距离。需要记往的公
f={工作距离/视野范围长边(或短边)]X CCD长边(或短边)
焦距大小的影响情况:
焦距越小,畸变越大;焦距越小,景深越大:焦距越小,渐晕现象越亚重,使像差边缘的照度降低;

解析度
表示一组物镜所能见到了2点的最小间隔
0.61x 使用波长W)/ NA=解析度(u以上的计算方法理论上可以计算出解析度,但不包括失真。兴更用波长为550nm
解像力
1mm中间可以看到黑白线的条数。单位 (Ip)/mm.
MTF (Modulation Transfer Funetion )
成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数和对比度。

畸变(distortion) :(衡量镜头性能的指标之一)
又称失真,指被摄物平面内的主轴外直线,经光学系统成像后为曲线,则此光学系统的成像误差称为畸变。畸变像差只影响影像的几何形状,而不影响影像的清晰度。

光圈与F值 光圈是一个用来控制镜头通光量装置,它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用F值,如f1。4,f2,f2。8 etc

工业镜头各参数间相互影响关系

光圈大小的影响情况:光圈越大,图像亮度越高;景深越小;分辨率越高;

像场中央与边缘:一般像场中心较边缘分辨率高;像场中心较边缘光场照度高

光波长度的影响: 在相同的工业相机及镜头参数条件下,照明光源的光波波长越短,得到的图像分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置的测量的视觉系统中,尽量采用短波长的单色光作为照明光源,对提高系统精度有很大作用。

光学放大倍数
用于计算主要缩放比例的公式如下:
PMAG = 感光芯片尺寸(mm)/视场(mm)

显示放大倍数
显示放大倍数在显微中的应用非常广泛,被测物的显示放大倍率取决于三个因素:镜头光学倍率,工业镜头感光芯片的尺寸(靶面大小),显示器尺寸。
显示放大倍率 = 镜头光学倍率 * 显示器尺寸 * 25.4/靶面对角线尺寸

工作镜头类别

按焦距划分:定焦和变焦
按光圈划分:固定光圈和可变光圈
按接口划分: C接口、CS接口、F接口等
按倍数划分:定倍镜头、连续变倍镜头

常用摄像物镜:主要参数有物镜f 光圈数F和视场

近摄物镜
简单的近摄物镜是在照相镜头和CCD相机之间加入一个接圈,CCD的敏感面可以位于照相镜头的像方焦面的外面一段距离,从而可以摄取到较近距离目标的像,但它受到图像清晰度的限制。

在摄像物镜前端拧上一个近摄透镜,可以摄取到更近距离目标的像。采用近摄镜后,目标像的畸变增大了,为此,近摄透镜的屈光率不能太大,使原工作距离的缩短量般不超过20%。

远摄物镜
与近摄物镜相反,为了对远距离目标摄取到清晰图像要采用远摄物镜。这种物镜是一长焦距物镜。远摄物镜可以是折射系统、反射系统或折反射系统。反射式远摄物镜常采用卡塞格林式远摄物镜.折反式远摄物镜由于采用前部校正透镜,其成像质量更加良好.

远心镜头
物方远心镜头可以消除透视畸变,像方远心镜头可以获得更好的像面照度的均匀性。
物方远心物镜采用平行光路设计,物方远心物镜是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上。
像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的物方焦平面上,而像方的主光线平行于光轴。
远心物镜作用

  • 在测量系统中,物距常发生变化,从而使像高发生变化,所以测得的物体尺寸也发生变化,即产生了测量误差:
  • 即使物距是固定的,也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上,同样亲会产生测量误差。
  • 采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差,而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。

远距物镜
远距物镜是一种焦距很长而镜筒较短的物镜,从物镜前表面到像平面的距离小于焦距,这对于长焦距物镜来说,有利于缩短物镜的轴向尺寸。按照上述原理构成的远距物镜,结构型式是各种各样的,尤其是前组,由于负担较大的光焦度,结构一般要比后组复杂。

反远距物镜
反远镜是一种焦距较短而后截距很长的物镜,这样,在物镜和CCD之间可以加入分光镜,以实现取景等作用。



工业镜头的选择

  1. 视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离:在选择镜头时,我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头,以有利于运动控制。
  2. 景深要求:对于对景深有要求的项目,尽可能使用小的光圈;在选择放大倍率的镜头时,在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求比较苛刻时,倾向选择高景深的尖端镜头。
  3. 芯片大小和相机接口 : 例如2/3”镜头支持最大的工业相机肥面为2/3” 它是不能支持1英寸以上的工业相机
  4. 与光源配合、安装空间等要求