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一种用于机器视觉系统的双远心镜头设计

曹一青

曹一青. 一种用于机器视觉系统的双远心镜头设计[J]. 红外技术, 2022, 44(2): 140-144.
引用本文: 曹一青. 一种用于机器视觉系统的双远心镜头设计[J]. 红外技术, 2022, 44(2): 140-144.
CAO Yiqing. Design of Double Telecentric Lens Using Machine Vision System[J]. Infrared Technology , 2022, 44(2): 140-144.
Citation: CAO Yiqing. Design of Double Telecentric Lens Using Machine Vision System[J]. Infrared Technology , 2022, 44(2): 140-144.

一种用于机器视觉系统的双远心镜头设计

基金项目: 

福建省自然科学基金项目 2020J01916

福建省中青年教师教育科研项目 JAT190590

福建省中青年教师教育科研项目 JAT190567

莆田市科技计划项目 2020GP004

莆田学院引进人才科研启动费项目 2019010

详细信息
    作者简介:

    曹一青(1987-),男,博士研究生,讲师,硕士生导师,主要从事光学系统成像分析及设计、光学检测技术等方面的研究。E-mail:caoyiqing1987@163.com

  • 中图分类号: O435.2

Design of Double Telecentric Lens Using Machine Vision System

  • 摘要: 为了满足目前机器视觉工业在线检测提出的更高要求,本文给出了一种用于机器视觉系统的双远心镜头设计思路。首先,根据系统设计指标,确定较合适初始结构;然后,在双远心镜头成像原理和像差分析方法基础上,应用光学设计软件Zemax对系统像差反复优化设计,最终得到了一款具有高分辨率、低畸变及远心度小等特点的双远心镜头。该镜头系统由10片折射透镜组成,工作波长为400~700 nm,工作物距为100 mm,畸变小于0.07%,远心度最大不超过为0.06°,调制传递函数值在奈奎斯特频率77 lp/mm处均大于0.5,像差校正较好,满足系统设计要求。
  • 图  1  远心光路系统光路图

    Figure  1.  Optical scheme of telecentric optical path system

    图  2  优化后双远心镜头系统的结构图和光路图

    Figure  2.  Structure and optical path diagram of the optimized telecentric lens system

    图  3  优化后双远心镜头系统的调制传递函数(MTF)曲线图

    Figure  3.  Modulation transfer function curves of the optimized telecentric lens system

    图  4  优化后双远心镜头系统的点列图

    Figure  4.  Spot diagram of the optimized telecentric lens system

    图  5  优化后双远心镜头系统的场曲及畸变曲线

    Figure  5.  Filed curve and distortion curve of the optimized telecentric lens system

    表  1  双远心镜头光学系统主要技术指标

    Table  1.   Main technical indexes of telecentric lens optical system

    Parameters Value
    Magnification −0.397
    Object space numerical aperture/mm 0.06
    F number 3.3
    Working wavelength/nm 400-700
    Object space working distance/mm 100
    Distortion/% ≤0.2
    Telecentricity/° ≤0.1
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    表  2  优化后双远心镜头系统的光学参数

    Table  2.   Optical parameters of optimized telecentric lens system

    Surface Radius/mm Spacing/mm Refractive index Abbe number Glass
    Object plane Infinity 100.00 - - -
    1 53.63 20.00 1.54678 62.74 H-BAK3
    2 −98.97 0.13 - - -
    3 40.22 20.00 1.71736 29.51 H-ZF3
    4 41.54 3.13 - - -
    5 −48.94 3.50 1.60342 38.01 F1
    6 29.07 25.26 - - -
    Stop Infinity 35.15 - - -
    8 67.80 2.00 1.76842 49.29 D-LAF050
    9 15.31 10.01 1.56907 71.31 H-ZPK7
    10 −13.58 12.00 1.57503 41.30 QF3
    11 −49.60 8.01 - - -
    12 −26.93 10.00 1.67000 51.76 H-LAK67
    13 −23.75 8.00 - - -
    14 119.54 13.00 1.59280 68.35 H-ZPK5
    15 −88.40 5.16 - - -
    16 −32.10 12.00 1.50802 61.06 K4A
    17 42.49 12.00 1.67103 47.28 H-ZBAF5
    18 −87.16 42.38 - - -
    Image plane Infinity - - - -
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    表  3  双远心镜头光学系统远心度

    Table  3.   Telecentric lens optical system telecentricity

    Object Height 0H 0.3H 0.5H 0.7H 1H
    Telecentricity/° 0.0149 0.0413 0.0558 0.0477 0.0459
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-08
  • 修回日期:  2021-11-11
  • 刊出日期:  2022-02-20

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