《三远心同轴照明成像光学系统》

点击下载 ⇩

课题来源与背景:用机器视觉代替人眼来进行高精度、高速度的光电自动在线检测是近十几年来工业在线检测领域发展最主要的方向之一。用传统的定焦或变焦镜头进行成像方法简单、成本低,但是有下列缺陷:图像畸变较大,尤其对于大视场成像时大的畸变会严重影响测量精度;对有一定深度的物体成像会把物体的侧面投影成像,容易与需要检测面的图像混淆,降低测量精度;普通定焦或变焦镜头离焦成像会引起较大测量误差。远心光路能够克服以上缺点,非常适用于机器视觉自动在线检测领域的应用,因而近几年来对远心光学系统的使用越来越多。技术原理与性能指标:远心光路分为物方远心光路和像方远心光路,其原理就是将孔径光阑分别放置于像方焦平面和物方焦平面,使得物方和像方的主光线都平行于光轴。将这两种远心光路结合起来就构成了双远心成像光路,即中间的孔径光阑位置既是前物镜组的像方焦平面,也是后物镜组的物方焦平面。这样物像方的主光线都平行于光轴,将物方远心和像方远心光路的优点相结合,物方畸变和像方畸变都消除,使得检测精度进一步提高。远心光路照明分外照明和同轴内照明两种方式。外照明实现较简单,但容易出现照明不均匀现象,对于大视场照明尤其如此。同轴内照明由于要利用部分光路,设计较为复杂,成本高,而且亮度略低,但是均匀性很好,在要求较高的检测场合需要用内照明。该发明目的在于克服已有技术的缺陷,提供一种大视场、低倍率、高分辨率、同轴内照明的机器视觉检测的三远心同轴照明成像光学系统,实现对直径为180mm以内的被测物体进行高精度成像和检测。该发明技术指标:物距为288.2mm,物方视场为175mm;像距为23.58mm,像方视场为16mm,放大倍率为0.0914×;全视场像方成像分辨率达到200lp/mm,畸变小于0.1%。取得的研究结果(特别说明主要科学发现、创新之处和已解决的关键技术问题,并有具体内容和必要的数据)。在高分辨率先进光学成像理论的研究中,课题组重点研究了复消色差光学成像理论和双远心机器视觉物镜像差理论,以及这两种光学系统的设计方法。通过对光学玻璃的三级色差理论分析,总结了复消色差成像所需要的光学玻璃折射率-色散系数的关系;用Buchedul色散矢量理论建立玻璃色散矢量模型,在模型中可以方便快速找到适合于复消色差成像的玻璃组合。该技术主要解决了复消色差成像光学玻璃的选择问题,对实现复消色差成像设计具有决定性意义。通过该项目研究,掌握了三远心机器视觉物镜的设计技术,采用分段设计物方远心光路和像方远心光路,先优化好它们的像差,再进行光路组合,组合后的双远心光路某些像差会相互抵消,使得成像质量提高。利用该方法,成功设计了3类不同应用场合的双远心镜头,发表了相关论文。该研究的科学意义和应用前景:学术界的反映和引用对高分辨率先进光学成像理论的研究,可以使课题组获得超消色差成像和双远心成像的规律,有利于指导后续的研究和设计工作。该理论基础是今后继续开发高质量成像系统和器件的理论保障,为该课题组后续的研究工作打下了良好基础。

  1. 下载详细PDF版/Doc版

提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。