远心镜头的核心(3)--波长

作者:山东菲涅尔光电科技有限公司 浏览: 发表时间:2020-08-03 08:40:22


众所周知,目前高端智能检测设备,对于远心镜头的使用日益广泛,那远心镜头的核心组件都有哪些?成像品质的好坏都取决于哪些方面呢?菲涅尔光电科技有限公司从事光学事业20年,根据其光学知识和经验,在此跟大家分享远心镜头的核心·--波长。

上期我们跟大家分享过光源系统对于远心镜头的影响,合适的光源系统对于图像成像至关重要,例如热点、模糊、阴影以及非均匀性。那么在光源系统中还有更深入的,也是最容易被忽视的光源的波长,也就是我们常说的“赤橙黄绿青蓝紫”,这些都是我们能用肉眼看到的,也被叫做可视光(380~780nm)。

    

 

 

 

 



 

 

 

 

光学系统的设计绝非易事;即使设计完美的系统也可能存在光学像差。所以远心镜头的设计就更难,因为只有做到近乎完美的消除这些光学像差,才能够做出比较称心如意的远心镜头;光学像差是指与完美数学模型相比所存在的偏差,请大家注意,光学像差产生的原因并非物理、光学或机械缺陷,而是透镜本身,或者是光学元件在系统中的位置,最终原因还是光的波属性导致的。而近轴光学元件的设计就会忽略像差,会被视为光线,但是远心系统的特殊性就必须考虑波属性。

从高中物理开始,我们就一直有这么一句话萦绕在耳旁,当光线穿透介质(玻璃、水、空气等)时,不同波长会以不同角度弯曲。实验课上,当阳光穿透棱镜并产生彩虹效应时,我们都会欢呼、惊叹世界的奇妙和光的魅力,此时老师就会让同学们观察短波与长波的弯曲度,此时大家都会发现短波会比长波的弯曲度更高,或者说短波的位置更靠近棱镜,而长波则相反。那么相同效应时还会在尝试解析细节并获取成像系统中的信息时引起问题。为了避免这些问题,远心镜头成像时也可以时常使用单色照明,因为单色照明(单一波长)实际上可以消除成像系统中所谓的色像差。

单色照明可通过消除纵向色像差(色聚焦变换)和横向色像差来提高对比度。可随时以LED照明和激光的形式,或者通过使用滤光器来获得单色照明。但是,不同波长可能会在系统中产生不同的MTF影响。衍射极限根据艾里斑直径与波长相关的定义,完美的镜头理论上可以产生最小光斑。

 

  

 

上述公式及表中采用不同的f/#下针对紫光(405nm)到近红外光(880nm)范围内的波长计算得出的艾里斑直径。以上数据清楚地表明,远心镜头成像系统与较短波长配合使用时,理论分辨率和性能更佳。首先,由于较短的波长可以实现尺寸更小的光斑,因此能更好地利用不同大小的传感器像素。这在具有极小像素传感器上尤为显著。其次,它允许更灵活地使用较高的f/#,从而能够获得更大的景深。例如,可在f/2.8下使用红色LED生成4.51um的光斑大小,或者在f/4下使用蓝色LED生成几乎与其相同的光斑大小。如果这两个选项都在最佳焦点下产生可接受的性能级别,则在f/4下使用蓝光LED设置的照明系统能产生更好的景深,而这可能是相关应用的关键要求。

在远心镜头设计时,随着波长变短,进入光谱的蓝色部分会变多,镜头设计的难度也会增加,不管使用的波段有多窄。世界上,玻璃材料在波长较短时的情况下往往表现不佳。光谱区域内的确可采用一些设计进行消色差,但这些设计通常功能有限,除非选择昂贵的特殊材料去制作远心镜头,这样就会无限增大镜头的造价成本,也就是为何远心镜头如此贵的原因。

远心镜头中有非常非常多的因素影响着成像效果,每一个镜头在设计时都会有它的衍射极限,下一章节我们将会与大家分享衍射极限与MTF的内容。

非常感谢大家抽出宝贵的时间阅读,谢谢~


图片展示

联系我们

联系电话:13188866822

电子邮箱:kevin0727@fresnel-china.com 

举报邮箱:fenglong@fresnel-china.com

地址:潍坊高新区高新大厦1319室

图片展示

董云程

图片展示

杨全卿

添加微信好友,详细了解产品
使用企业微信
“扫一扫”加入群聊
复制成功
添加微信好友,详细了解产品
我知道了
鲁ICP备20026809号-1