Главная / Библиотека / Как выбрать объективы с фиксированным или регулируемым увеличением?

Как выбрать объективы с фиксированным или регулируемым увеличением?

Как выбрать объективы с фиксированным или регулируемым увеличением?

При выборе объектива необходимо знать основные параметры системы визуализации: рабочее расстояние, поле зрения, разрешение и различные константы, связанные с приборами и средами.

Объективы с фиксированным и регулируемым увеличением, как и микрообъективы имеют одинаковое предназначение – создание изображения в фокальной плоскости, перечень характеристик у разных объективов во многом схож. Фокусное расстояние регулируемых объективов, или «трансфокаторов», можно плавно менять в широких пределах.

В параксиальном приближении к увеличению объектива приходят через уравнение (1):

Рисунок1

 

(1)



где z – расстояние от объектива до плоскости изображения, z – расстояние от последнего элемента объектива до предмета, f – фокусное расстояние.

Уравнение выше – известная формула геометрической оптики для тонкой линзы, приведена для наглядной демонстрации соотношений между расстояниями от объектива и до изображения. Если фокусное расстояние фиксировано, при удалении предмета от объектива изображение будет «приближаться» к объективу.

Не составляет труда расчет увеличения в одиночной линзе, плоско-выпуклой или двояковыпуклой. Формулы более сложных систем, например, в приборах машинного видения, содержат также величину поля зрения.

Уравнение (2) – явное выражение увеличения оптической системы.

Рисунок2  (2)

Где h и h – размер, соответственно, плоскости изображения (обычно подразумевается размер чувствительного элемента) и поля зрения.

Тогда уравнение (1) можно переписать в расширенном виде:

  Рисунок3  (3)

По формуле (3) легко рассчитывается, к примеру, фокусное расстояние при заданном поле зрения и размере чувствительного элемента.

На рисунках 1 и 2 приведены графики величины поля зрения (по оси Y) в зависимости от фокусного расстояния.

Figure 1: Lenses of different focal lengths and their fields of view on 1/3” and 1/1.8” sensors

Рисунок 1. Поле зрения для объективов с разным фокусным расстоянием

 

Figure 2: Lenses of different focal lengths and their fields of view on 2/3” and 1” sensors

Рисунок 2. Объективы с различным фокусным расстоянием и площади поля зрения. Размер приемной матрицы 2/3” и 1”

Опираясь на графики, легко определить нужное фокусное расстояние для объектива в системе машинного зрения, если известен размер матрицы. Достаточно найти точку пересечения прямых, проходящих через точки на осях Х и Y. Это поможет в выборе объектива и сузит круг поиска.

В дополнение к графикам, нужно упомянуть о важных деталях систем машинного зрения. Во-первых, объективы с большим фокусным расстоянием из-за своей оптической схемы имеют более длинные рабочие расстояния, что значительно увеличивает площадь всей схемы. Сократить рабочее расстояние позволяет прокладочное кольцо, размещаемое между объективом и приемником. Однако такой способ негативно влияет на качество изображения.

Во-вторых, большие площади приемной матрицы обеспечивают большее поле зрения при одном и том же фокусном расстоянии. К примеру, объектив диаметром 12 мм с матрицей площадью 2/3” на рабочем расстоянии 350 мм характеризуется полем зрения площадью 370 мм. При использовании того же объектива с матрицей площадью 1” поле зрения увеличивается до 530 мм.

Графики зависимости площади поля зрения от площади приемной матрицы приведены для стандартных объективов (фокусных расстояний). Не существует стандартного объектива, с помощью которого возможно получить площадь поля зрения 525 мм на рабочем расстоянии 600 мм. Для этого можно использовать стандартный объектив с фокусным расстоянием 8.5 мм и рабочим расстоянием 510 мм.

Графики позволяют лишь примерно оценить величину фокусного расстояния для достижения необходимого поля зрения, это первый ориентир в подборе объектива. Качество изображения, аберрации и относительная освещенность – характеристики, зависящие от разрешения объектива.

Выбор объектива с фиксированным увеличением

На первый взгляд, сложнее выбрать телецентрические объективы и объективы для микроскопов из-за оптической схемы, далекой от традиционных представлений. Однако не все так однозначно.

За редким исключением линзы с фиксированным увеличением имеют единственное рабочее расстояние. В спецификации и на корпусе объектива указывается увеличение: 2.0Х, 2.5Х и т.д. Увеличение входит в уравнение площади поля зрения:

Рисунок4 (4)

Где PMAG – увеличение, определенное для данного объектива. Независимо от размера матрицы, увеличение остается прежним, а площадь поля зрения меняется.

Например, требуется измерить диаметр отверстия в обработанной детали. По расчетам диаметр отверстия должен составлять 20 мм, расположение детали под системой визуализации может незначительно отличаться, поэтому поле зрения должно быть чуть больше диаметра отверстия: 24 мм. Выбрана камера с матрицей 1/1.8” (горизонтальный размер матрицы 7.2 мм). Тогда по уравнению 1 в схему для измерений требуется объектив с увеличением 0.3X.

 

© Edmund Optics Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Edmund Optics на территории РФ

Новые статьи
Генерация векторных и вихревых пучков путем акустического возбуждения оптического волокна

В последние годы структурированные лазерные пучки привлекают все большее внимание. На сегодняшний день существует ряд методов для генерация подобных пучков в свободном пространстве, а также с использованием оптического волокна...

Измерение спектров солнечного света LightMachinery

За последние несколько лет LightMachinery представила новую серию спектрометров с перекрестной дисперсией. Устройства охватывают спектральный диапазон от 270 нм до 1675 нм, отдельные модели обладают рекордным разрешением 0.5 пм.

Генерация суперконтинуума в волокне CorActive

Источники излучения среднего ИК диапазона долгое время являются предметом интереса многих ученых. Это обусловлено обширным потенциалом применения этих источников в области молекулярных исследований. Один из видов источников ИК волн – суперконтинуум лазеры, сочетающие яркость волоконных лазеров со сверхшироким спектральным диапазоном излучения черного тела.

Как измерить мощность высокомощного лазера?

В процессе работы лазера во многих приложениях зачастую требуется контроль энергетических параметров излучения. Компания Thorlabs предлагает универсальный измеритель мощности лазерного излучения S322C на основе термодатчика, способный регистрировать сигналы мощностью от 100 мВт до 200 Вт в широком диапазоне длин волн от 250 нм до 11 мкм...

Компоненты фемтосекундных лазеров

Короткоимпульсные лазеры используются в приложении к различным методам спектроскопии, (в частности, времяразрешенной), точной обработки материалов. Современные разработки в этой области направлены на создание лазеров с высокой выходной мощностью.

Оптические столы в приложениях с высоким уровнем вибраций

Важной частью каждой оптической лаборатории является оптический стол. Оптический стол должен обладать достаточной жесткостью, амортизацией, плоскостностью, чистотой поверхности, равномерным коэффициентом теплового расширения. На оптической плите располагаются тщательно выверенные массивы резьбовых отверстий. Но самой важной характеристикой является то, что они обеспечивают высокую стабильность оптической системы.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2