线扫系列--镜头

In: 镜头知识 On: Monday, August 12, 2019 Hit: 572

导读:线扫镜头作为线扫系统最重要的组成部分之一,在挑选和使用时一定需要注意,如果没有充分考虑被测物体和相机的参数,很可能出现无法正常工作的情况,这篇博客将重点介绍一下线扫镜头的特征和组成。

      线扫系统的用途已经在上一篇博客中详细介绍过,那么线扫镜头作为这个系统中相当重要的部分又有什么特点,在选型和使用中有什么需要注意的地方呢?今天就来聊一下这部分内容。

       首先,先说一下三个线扫镜头最基本的光学特征参数:F/#、分辨率、共轭距,线扫镜头的用途、性能和设计难度很大程度上受这部分参数影响。通常,客户会选择更大F/#、更小共轭距、更高分辨率的镜头。

      1、F/# :F数表示镜头的通光能力,定义为:F/#=1/相对孔径=f/Df为焦距,D为入瞳孔径,很明显可以看出,当焦距越短,同时入瞳越大,那么此时的F数越小,然后通光能力越强;但是焦距短,入瞳大,此时镜头的像差也会随之增大,导致设计优化变的困难,很可能需要增加玻璃片数来进行像差平衡,所以一般大光圈的镜头会卖得更贵一些。F/#还会影响镜头的景深,如下图所示,当光圈开很小,类似近轴成像,镜头的景深就会较大;反之大光圈会大大减小景深。 

      2、分辨率:我们常说的镜头分辨率其实是表示一款镜头它支持相机的最小像元。线扫镜头对分辨率的要求尤其的高,由于检测精度的不断提高,8K16K相机已经组件取代4K2K线扫相机。这就要求镜头必须支持更小的像元尺寸。在实际应用中,镜头支持的像元尺寸最好要小于相机像元的尺寸。在设计过程中,镜头的分辨率通常表现在它的传调制传递函数(MTF)曲线上,一款优化得极好的线扫镜头应该具有高度接近衍射极限的MTF曲线,高度接近的边缘中心视场分辨率,近乎0的像差。实际上,大多数镜头在低频范围都能表现得很好,但由于不可避免的制造、装配公差,玻璃参数的不连续性等原因,很多镜头在中高频的表现就有些差强人意。

分辨率测试卡

      3、共轭距:指的是物面、像面之间的距离,这部分长度主要是由工作距、后焦、镜头长度组成。所以共轭距这个参数最主要影响的是视觉系统的空间占用情况。就大多数情况来看,使用者会倾向于选择使用共轭距较小的,因为设备的小型化是科技发展的趋势。扫描镜头的工作距跟倍率相关,相同焦距下,倍率约大,工作距越小,后焦越大;相同倍率下,焦距越大,工作距越大,后焦也越大,共轭距越大。

镜头共轭距

      从光学设计上来说,线扫镜头属于小孔径、小相差,要求光学分辨率较高,7μ像元要大于71lp/mm5μ像元要大于100lp/mm3.5μ像元要大于143lp/mm;需要校正RGB三色光的像差,严格校正畸变像差。

      从结构上来说,一般的镜头结构都是由支撑件、镜片、垫片、光阑等结构组成。线扫镜头的倍率调节是依靠工作距的变化实现,由于每个用户用到的视野和倍率都不尽相同,那么工作距和法兰距也是随倍率变化的。所以,在工作倍率确定之后要计算相应的法兰距,并配置好转接圈,为了防止工作距与后法兰距的不匹配,有必要给线扫镜头搭配一个可以小范围调节后焦的结构件,比如我司专为线扫镜头设计的调焦环,调焦环的使用可以保证镜头可以工作在一个倍率范围内达到最佳的效果。

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