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3-4 工业镜头的接口 5 工业镜头的基本参数 6 工业 镜头的其他参数 7 光学 放大倍率

目录. 3-4 工业镜头的接口 5 工业镜头的基本参数 6 工业 镜头的其他参数 7 光学 放大倍率 8 显示 放大倍率 工业镜头各参数间相互影响关系 10 工业镜头的主要类别：分类方式 11-21 工业镜头的主要类别 分类方式、常用摄像物镜、近摄物镜、远摄物镜、 远心物镜、远距物镜、反远距物镜、畸变物镜 22-23 常用的工业镜头品牌及代理商

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3-4 工业镜头的接口 5 工业镜头的基本参数 6 工业 镜头的其他参数 7 光学 放大倍率

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Presentation Transcript

  1. 目录 • 3-4 工业镜头的接口 • 5 工业镜头的基本参数 • 6 工业镜头的其他参数 • 7 光学放大倍率 • 8 显示放大倍率 • 工业镜头各参数间相互影响关系 • 10 工业镜头的主要类别：分类方式 • 11-21 工业镜头的主要类别 • 分类方式、常用摄像物镜、近摄物镜、远摄物镜、 • 远心物镜、远距物镜、反远距物镜、畸变物镜 • 22-23 常用的工业镜头品牌及代理商 • FA镜头和连续变倍镜头 • 24 连续变倍镜头图片 • 25 工业镜头选择要点

  2. 工业镜头的接口 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。

  3. 工业镜头的接口 C接口和CS接口的区别 • C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面（摄像机CCD光电感应器应处的位置）的距离不同，C型接口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为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。

  4. 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的） • 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？） 图 1: 镜头基本参数示意图

  5. 工业镜头的其他参数 感光芯片尺寸：相机感光芯片的有效区域尺寸，一般指水平尺寸。这个参数对于决定合适的镜头缩放比例以获取想要的视场非常重要。镜头主要缩放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺寸和视场的比率来定义。虽然基本参数包括感光芯片的尺寸和视场，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，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。（需要记住的公式） f={工作距离/视野范围长边（或短边）}X CCD长边（或短） 焦距大小的影响情况： 焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸变越大； 焦距越小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低；

  6. ■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(λ)/ NA=解析度(μ)以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。※使用波长为550nm ■解像力 １mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm. ■MTF（Modulation Transfer Function） 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。

  7. 失真（distortion）：（衡量镜头性能的指标之一）失真（distortion）：（衡量镜头性能的指标之一） 又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，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

  8. 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，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置测量的视觉系统中，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的作用。

  9. 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) 图 2:  主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图

  10. 显示放大倍数 • 显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍率取决于三个因素：镜头光学倍率、工业相机感光芯片的尺寸（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/耙面对角线尺寸

  11. 工业镜头的主要类别：分类方式 • 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 • 机器视觉行业常用到的很重要的镜头主要包括FA镜头，远心镜头和工业显微镜 等

  12. 工业镜头的主要类别：常用摄像物镜 • 常用摄像物镜参数 • 主要参数有焦距f 光圈数F和视场2ω. 经验公式：1/F *tanω√f=C F型接口类型摄像物镜焦距表（mm） C,CS型接口类型摄像物镜焦距表(mm)

  13. 工业镜头的主要类别：近摄物镜 • 近摄物镜 • 接圈 • 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，见图1.1－18 ，由此，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。

  14. 工业镜头的主要类别：近摄物镜 • 近摄物镜 • 近摄透镜 • 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一般不超过20％。

  15. 工业镜头的主要类别：远摄物镜 • 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.

  16. 远心镜头特性 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。

  17. 工业镜头的主要类别：远心镜头 • 远心镜头 • 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。

  18. 工业镜头的主要类别：远心物镜 • 远心物镜 • 像方远心光路 • 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。

  19. 工业镜头的主要类别：远心物镜 • 远心物镜 • 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。

  20. 工业镜头的主要类别：远距物镜 • 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。

  21. 工业镜头的主要类别：反远距物镜 • 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。

  22. 工业镜头的主要类别：畸变物镜 • 畸变物镜 • 畸变物镜能够在它的像中预先引入规定的畸变。当物镜存在很大的负畸变时，实际上能够拍摄角视场超过180°的物空间。这种物镜用于宇航研究、气像测量中。 • 吉柳在1930年首先成功地实现了角视场180o和相对孔径1：22的畸变物镜（图1.1－30b）。畸变物镜可以按照反远距物镜的光路图作出。第一组由一或二个透镜组成，并造成很大的畸变（图c、d）。第二透镜组用于校正像差，以便获得清晰的像。 • 为了研制超广角物镜，像场角余弦四次方的影响是最大的障碍。但是由于负的畸变，在像场边缘上光束深缩，因而在像场边缘上实际光学密度并不比视场中心低。

  23. 常用的工业镜头品牌

  24. 常用的工业镜头品牌及代理商

  25. 常用镜头图片 定焦镜头 定倍远心镜头 Navitar zoom6000 连续变倍镜头 Navitar zoom6000 连续变倍镜头组件

  26. 工业镜头的选择要点 对镜头的选择，我们首先必须先确定客户需求： • 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耙面为2/3”,它是不能支持1英寸以上的工业相机。 • 4、注意与光源的配合，选配合适的镜头 。 • 5、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现实的。

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