东正光学:做视觉机构前为什么需要决定镜头选型

In: 行业资讯 On: Thursday, June 21, 2018 Hit: 684

  部分视觉设备商,尤其是对位或测量设备,在做镜头选型时,经常会反映:“由于机构空间不够,镜头没法安装进去,有没有尺寸小些的选择?”“你们的镜头为什么这么大?“ “……”针对大家的疑惑,今天带来做视觉机构前为什么需要决定镜头选型来为大家进行计算说明。

  大家都知道,在对位或测量的应用中,一般会选用远心镜头以消除透视误差。远心光路的特点是从中心到边缘的主光线都平行于光轴,即一个类似于平行的光路,这就决定了,镜头的外径首先一定要大于视野!

  而关于远心镜头首片镜片直径大小,有一个粗略的计算公式:

  直径φ=2 ×数值孔径(NA)×工作距离(WD)+视野(FOV)

  举个例子,下图是某远心镜头的物方光路。可以看到,各主光线平行于光轴,那么视野FOV就是最边缘两根主光线之间的距离。而镜片直径还要考虑让边缘光线通过,所以图中两个红圈部分的尺寸也要考虑进去,单段长度近似等于WD*sinu,后者即公式中镜头的数值孔径NA(当然,严格来说应该用tanu来计算,只是WD较长,两个值近似)。

  这样计算一下,相机2/3”的对角线为11mm,镜头视野FOV=11mm÷0.3x=36.7mm

  目录查得镜头数值孔径NA=0.021,工作距离WD=110mm。

  那么首片镜片理论通光直径φ≈2 ×0.021 ×110mm+36.7mm = 41.32mm

  通常我们还会留出1~2mm余量,用于压圈固定等等,而压圈,镜筒的厚度也会占用几毫米,所以我们看到的镜头最大直径为48mm也是合理。

  从以上计算也可以看出,工作距离WD变长,或倍率变低,NA变大(即分辨率变高),都会使镜头直径变大。所以,在做设备视觉部分的机构时,请一定先进行镜头选型,提前考虑所需空间。机构部分可以商量,但镜头的要求一旦确定,除非在性能和参数上牺牲,否则它的尺寸可就没得商量了!

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1.1英寸低畸变远心镜头

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