第十周题目：双远心镜头

ljh336

去年刚接触光学设计看的就是这个帖子，当时对于远心镜头的理解也比较少，所以这个题目没做出来就放弃了。一年的学习和工作，对于机器视觉有了更多的了解，所以想着回来再把题目好好做一遍。有待改正的地方还请大家指出。1.分析光学系统的参数规格从要求里获取到的信息
放大倍率控制PMAG=0.06
WD=168
靶面1/3英寸，对应CCD型号为4.8×3.6mm,对角线为6mm,所以半像高要求为3mm，物高50mm
远心度控制RANG＜0.04
畸变控制DIMX＜0.06
C接口：法兰距17.526，光学后截距需要＞17.526
分辨率3.75u，也就是需要133 lp/mm
景深：远心镜头的景深计算公式=2×弥散斑×F#/放大倍率平方，允许弥散斑按40um计算可得178mm
设置近轴F#=8
设置TOTR<300mm
2.设计结果如下

天空很蓝

ljh336 发表于 2020-9-12 15:34
去年刚接触光学设计看的就是这个帖子，当时对于远心镜头的理解也比较少，所以这个题目没做出来就放弃了。一 ...

材料种类目前用的比较多，看 能不能减少一些材料种类。

chunqiulei

双远心镜头：

双远心镜头是指入瞳在物方无穷远、出瞳在像方无穷远处。

双远心镜头在以下几个方面用的较多：

1.   当需要检测有厚度的物体时

2.   需要检测不在同一平面的物体时

3.   当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时

4.   当检测带口径、三维的物体时

5.   当需要低畸变、图像效果亮度几乎一致时

6.   当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时

本题目中双远心镜头的性能指标：

1．       放大率：-0.06

2．       工作距离：168mm

3．       靶面：1/3 inch

4．       远心度：0.04

5．       畸变 < 0.06

6．       采用C接口

7．       分辨率 3.75um

8．       景深 100mm

9．       F/# =8

10．    TOTR< = 300mm

性能参数分析：

     靶面采用的是1/3 inch。下列描述的各种CCD规格表：

     可知CCD靶面宽为4.8mm 高为3.6mm。可以求出结合放大倍率可以求出物方尺寸为60mm*45mm

    采用的C接口，也就意味着后截距为12.75mm

    初始结构参考文献：

Telecentric lenssystem, US Patent #3565511

Telecentric objectiveof the reverse telephoto type，US Patent # 2600805

Alily

  因为最近在学双远心，所以顺便先把这一题做了，制图还没学，后面再补上。

  上个星期开始做，今天才终于有比较好的结果，期间也遇到很多问题，有解决的，也还有待解决的，现在把我的设计过程和问题贴下，希望大家指正，非常感谢！

  采用的是zebase镜头库里的双远心镜头作为初始结构。设置工作距离168mm，像方F/#为8。

  一、第一次优化

  根据要求的指标，设置优化操作数，PMAG+TOTR+DIMX+TTHI+RAID+以及OPGT,OPLT，因为之前远心度目标值设的0，后面优化结果一直不好，所以先设0.1，后面再继续优化。

  最开始优化的时候没有考虑镜头厚度和空气间隙，所以导致镜头边缘厚度过薄，空气间隙出现负值，所以一定要设置边界条件！

  优化结果如下：

  还是之前题目一中，那个没解决的问题

  评价函数中3个波长的最大畸变DIMX分别为0.018，0.065，0.065，可是看场曲和畸变图，最大畸变值接近-0.2了，这是为什么呢？定义不一样吗？那这种情况下，还想进一步减小畸变，该设置操作数呢？

  第二次优化

  此时设置远心度目标值为0继续优化，很轻松就能达到要求。

  玻璃材料：

  用到的玻璃有3种，H-ZK3,ZF2,H-LAK11,其中，H-ZK3和ZF2相对价格低，而且生产批次为MA，8-12次/年，但是ZF2是环境不友好玻璃，所以需要换一个，查了玻璃材料表，根据折射率和阿贝数选一个相近的，为H-ZF2。

  H-LAK11相对价格54，价格一般，但是生产批次为B，一年一次。

  二、公差分析

  先按Q8等级来计算。

  结果是98%的可能，弥散斑的大小优于96um。（这个说法对吗？）

  怎样评价这个公差设置的合不合格呢？96um大吗

  景深计算：

  根据楼主给的计算公式：

  景深=（工作光圈数×像素大小×应用程序特定参数）/（放大倍率2）

  工作光圈数=（1+放大倍率）*光圈数

  所以景深=（1+0.06）×8×3.75×0.008/0.062=70.67mm

  （这里有个单位问题，3.75是微米，最后的结果却是毫米？这是我看网上是这样计算的，单位也是微米）

天空很蓝

Alily 发表于 2020-10-20 16:45
因为最近在学双远心，所以顺便先把这一题做了，制图还没学，后面再补上。  上个星期开始做，今天才终于有 ...

我看有几片的定心系数不好，这个需要修改，另外曲率很大的面，可以设置为平面。

Alily

天空很蓝 发表于 2020-10-20 22:54
我看有几片的定心系数不好，这个需要修改，另外曲率很大的面，可以设置为平面。

好的，谢谢指正~将两个面设置成平面了，优化后计算定心系数如下

也还有两个透镜的定心系数一般，我看论坛里有说可以通过组合操作数来约束优化，我再继续学习学习！

林強

chunqiulei發表於2020-9-15 17:12
雙遠心鏡頭：雙遠心鏡頭是指入瞳在物方無窮遠、出瞳在像方無窮遠處。雙遠心鏡頭在以下幾個方面用的較多：1. ...

遠心度：0.04的要求是必須達到的嗎?
這個要求對設計難易影響頗大，如果依CMOS的要求,應該不用到<=0.04度,我嘗試的架構如圖,達到遠心度<0.04的要求, spot size在field=3mm約7.5um,換材料可以到5um

陈大强

Dreamor_007 发表于 2017-7-28 15:05
在文献中看到这样计算景深的

楼主你好，这公式是不是只有放大倍率小于1的时候是对的，放大倍率大于1的话用这种公式算出来景深会很小，感觉不太对。我尝试算了下F数为1，像元尺寸为3.45um，放大倍率为4倍的时候，这景深只有0.0069um。是不是算错了

opticalman

光学小白必须得参与进来。放大率0.06可以用PMAG控制
工作距离给168mm，靶面是1/3′，所以对角线长度是6mm，所以我在控制视场时给的实际像高3mm。
远心度我用RANG控制的（我看还有用RAID的），我看大家有在第一个面和最后一个面给的RANG还有在第0面和最后一个面给RANG。这点不太懂。
畸变用的DIMX控制，c接口，控制后截距大于17.5mm，分辨率为3.75，转换为线对数是133lp\mm，景深计算不太会。在书里面找的初始结构，选择F数小于8的，视场大于3mm的。最开始评价函数没控制F数，但是我在设置孔径时给的像方空间F数是8，但是一优化F数就直接跑到10000，没说镜片中心厚度，我给的最大值是8，公差分析一会给出。

佛跳墙

请教一个问题，里面1/3的靶面，换算下是3.6mm*4.8mm，我实际设置半像高究竟是对角线一半3mm还是4.8的一半2.4mm，为什么？