Princípio de design de lente telecêntrica e vantagens técnicas

A lente telecêntrica é um projeto óptico em que o raio principal está em paralelo ao eixo óptico. Devido a essas características, as principais vantagens da lente telecêntrica é eliminar a distorção quando fora de foco e fornecer desempenho de imagem superior ao fazer medições e inspeções de alta precisão.

Ⅰ. Definição de lente telecêntrica

A lente telecêntrica possui três categorias, telecêntrica de objeto, telecêntrica de imagem e bi-telecêntrica. A diferença entre esses três tipos está em que o raio principal que é paralelo ao eixo óptico está no lado do objeto, ou no lado da imagem, ou em ambos os lados do objeto e da imagem. As lentes telecêntricas do espaço do objeto e as lentes bi-telecêntricas são as lentes telecêntricas mais populares em aplicativos.

Ⅱ. Design de lente telecêntrica

O objetivo do design de lente telecêntrica é eliminar a diferença na ampliação causada pela inconsistência da distância entre o objeto medido e a lente. E lentes telecêntricas diferentes precisarão de designs telecêntricos diferentes.

1. O princípio de design do caminho de luz telecêntrico do espaço do objeto

O centro convergente do raio principal do espaço do objeto paralelo ao eixo óptico está localizado infinitamente longe do espaço da imagem, que é chamado de objeto caminho de luz telecêntrico espacial. Sua função é: pode eliminar o erro de leitura causado pela focagem imprecisa do objeto.

2. O princípio de design do caminho de luz telecêntrico do lado da imagem

O centro convergente do raio principal do lado da imagem paralelo ao eixo óptico está localizado infinitamente longe do objeto, chamado o caminho de luz telecêntrico do lado da imagem. Sua função é eliminar o erro de medição causado pelo foco impreciso no lado da imagem.

3. O princípio de design do caminho óptico telecêntrico em ambos os lados

Ele integra as funções duplas de telecentricidade de espaço de objeto/espaço de imagem e é usado principalmente no campo de medição e detecção de visão. A lente bi-telecêntrica, também chamada de lente telecêntrica dupla, adota esse princípio.

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Ⅲ. Vantagens técnicas da lente telecêntrica

1. Alta resolução

A resolução da imagem geralmente é medida pelo CTF (função de transferência de contraste) que quantifica o contraste de frequência espacial existente do sensor de imagem, e a unidade é lp/mm. A maioria dos integradores de visão de máquina geralmente reúne um grande número de lentes baratas de baixo pixel e baixa resolução e, finalmente, só podem gerar imagens borradas. Com uma lente telecêntrica, mesmo com um sensor de imagem de pixel pequeno, imagens de alta resolução podem ser geradas.

2. Verdadeiro design de lente telecêntrica: profundidade de campo ultra ampla e baixa distorção

Havia uma visão de que a lente telecêntrica resolve principalmente o problema de distorção. De fato, a lente telecêntrica resolve não apenas o problema de distorção, mas a baixa distorção é apenas um atributo adicional da lente telecêntrica. As características ópticas únicas da lente telecêntrica: quando o objeto se move no campo de visão, sua ampliação em diferentes posições não muda, o que determina que ela não possa ser substituída por lentes industriais comuns em alguns campos. Por exemplo, sua maior profundidade de campo pode ser bem adaptada ao ambiente de trabalho no local, o que não é um problema que pode ser resolvido apenas por algoritmos.

3. Design exclusivo de caminho de luz paralelo

Projetar uma lente industrial telecêntrica para imagens de luz paralela não é complicado em teoria, mas outra questão é atingir uma certa resolução e qualidade de imagem. A lente telecêntrica projeto e fabricação é realmente mais difícil do que uma lente no sentido geral. A razão é que o tamanho da lente óptica da lente telecêntrica é relativamente grande, o que dificulta a correção de várias diferenças de fase da luz de borda.

Para obter uma boa qualidade de imagem do campo de visão de ponta, é necessário maior precisão de design e fabricação do produto e, em muitos casos, é necessário que o designer tenha uma experiência de design relativamente rica. 

Fotos tiradas por lentes convencionais (esquerda) e lentes telecêntricas (direita)

Ⅳ. Escolha o design correto da lente telecêntrica

Como mudar oose o design certo de lente telecêntrica? Em primeiro lugar, o tamanho do CCD compatível com a lente deve ser igual ou maior que o tamanho do sensor da câmera; Em segundo lugar, calcule o mag quando o tamanho do objeto e o tamanho do sensor da câmera forem confirmados, sempre escolha um mag menor se não houver um mag adequado para cobrir toda a área do objeto. Finalmente, verifique o WD & tamanho da lente para garantir que ela possa caber no design de todo o sistema. Preste atenção a outros requisitos, como distorção ou DOF, se necessário.

< strong>Referências:

1. "Tutorial de Lentes Telecêntricas", Haosheng Hu, James Site do C. Wyant College of Optical Sciences,

https://wp.optics.arizona.edu/optomech/wp-content /uploads/sites/53/2016/10/Tutorial_Hu_Haosheng.pdf