大相对孔径物方远心检测镜头光学系统设计

针对工业在线检测中线路板瑕疵点检测问题,给出了一种大相对孔径物方远心检测系统的设计。基于镜头设计的具体参数展开工作,首先选用双高斯复杂化系统作为初始结构;然后为了达到远心度与像质的要求加入多种适合的操作数后进行反复优化,最后得到镜头基本参数:放大倍率3.5倍、最大相对孔径D/f'=1/1.6且光圈可调,焦距100 mm,系统长度560 mm。物方远心度小于2°,畸变小于0.01%,轴上调制传递函数在50 lp/mm处大于0.33,0.7视场传递函数在50 lp/mm处大于0.18,整体系统在波长587~760 nm范围内色还原良好。镜头设计结果结构合理,像质优良;系统具有良好加工工艺性及较好的装校性能。

机器视觉检测的低畸变物方远心光学系统设计

为了提高机器视觉检测的测量精度和测量效率,有效解决动态测量中调焦不准所导致的测量误差问题,以高斯光学和远心光路设计理论为基础,设计出一款物方远心物镜。该物镜焦距为135 mm、物方线视场为45.18 mm、相对孔径为1:8、物方数值孔径为0.011、放大倍率为-0.177、工作距离为102.41 mm、系统总长为145.09 mm。采用光学理论推导以及前后组组合的设计思路,得到系统的初始结构,再进行像差优化。系统优化后的结果显示:系统的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)在Nyquist频率70 lp·mm^(-1)处优于0.4,成像畸变低于0.04%,物方远心度低于0.05°。表明该系统结构紧凑,测量精度高,畸变低,成像质量良好,易于装配实现,并且能很好地应用于机器视觉检测领域。

物方远心双指指纹采集光学系统设计

传统的光学式单指指纹采集仪存在采集窗口尺寸小、提取特征点有限以及指纹原始图像梯形畸变严重的问题,直接影响指纹识别的精度。为了获得高分辨率、高识别精度的指纹采集系统,从提高采集窗口尺寸以及校正梯形畸变的角度出发,设计了一种基于双指的物方远心指纹采集光学系统。利用Zemax光学设计软件,建立了物方远心光学系统模型,通过合理调整优化函数,平衡各种像差,获得了高成像质量,有效采集窗口尺寸达40.64 mm×38.10 mm,图像中心视场和边缘视场的调制传递函数值在对应特征频率167 lp/mm处均大于0.4,光学畸变率低于1%,系统分辨率为500 dpi。

基于机器视觉的远心物镜设计

伴随着光电技术的发展,机器视觉检测在工业生产中变得极为重要。本文提出了一个用于光学测量的物方远心光路镜头,其设计要求是:工作距离120mm,放大倍率0.8倍,数值孔径NA为0.035,像面CCD尺寸2/3英寸,畸变不超过0.15%,空间截止频率83lp/mm,全部视场MTF大于0.3。通过选择合适的初始结构,然后经过ZEMAX软件的模拟和优化,得到镜头的畸变为0.02%,放大倍率0.8倍,截止频率83lp/mm处曲线高度都大于0.3,符合给定的设计要求且结构紧凑。

测量投影仪专用非球面物镜的设计

针对直径600 mm的投影仪镜头在边缘视场存在像差平衡的问题,设计了一款非球面物方远心物镜,对物镜的像差进行分析,及非球面的加工性能分析。首先是确定物镜的初始结构,设计为一款物方远心镜头。接着,运用ZEMAX软件将物镜优化成最佳像差参数,即在只有球面镜头情况下的像差平衡最好的状态,然后,在物镜系统中加入非球面;最后,以非球面度作为衡量标准,对非球面的加工性能进行分析。经过验证各视场的MTF曲线均接近衍射极限,最大畸变量小于0.01%,全视场分辨率≥79线对,2/3视场分辨率≥63线对。基本满足了测量投影仪分辨高,精度高,稳定可靠的要求。

基于Placido盘法角膜曲率测量误差分析及系统优化

为提高角膜曲率测量精度,在对传统测量方法进行误差分析后,设计了一种可以提高角膜曲率测量精度的优化系统。该系统以球面镜成像原理为基础,将LED环形光源经Placido盘投射到人眼角膜,再由光学成像物镜将携带有人眼角膜信息的同心圆环成像在CCD上,通过图像处理计算出CCD上各圆环到角膜中心的高度,最后利用最小二乘法求出角膜曲率半径。系统的光学成像物镜采用物方远心镜头,保证了光学系统在景深范围内放大率恒定,同时采用低相干干涉测量技术,对人眼角膜顶点到测量光源之间的距离进行精确定位。用所设计的系统样机对标准模拟眼进行测试,测量精度达到±0.02mm,提高了角膜曲率半径的测量精度。