§4.4远心光路
在仪器的实像平面上，放置有已知刻值的透明刻尺(分划板)分划板上的刻值已经考虑了物镜的放大率，
按刻度值读得的像高即为物体的尺度
测量精度在很大程度取决于像平面与刻尺平面的重合尺度
由于景深及调焦误差的存在，如调焦于A1B1，到使像平面与刻尺平面不重合的现象，称为视差，在分划板上得弥散斑。
量得的长度比AB略长，反之若调焦于AB前，测得的长度略短
如果适当地控制主光线的方向，就可以消除或减小视差
把孔径光阑设在物镜的像方焦平面上即可
物镜射出的每一光束的主光线都通过光阑中心所在的像方焦点，而在物方主光线都平行于光轴
物体上同一点发出的光束的主光线不随物体的位置移动而发生变化?孔阑设于焦平面上的光学系统称远心光学系统。
?孔阑设于像方焦面，物方主光线平行于光轴，称物方远心光学系统。?孔阑设于物方焦面，像方主光线平行于光轴，称像方远心光学系统。
1 、波面：点光源发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 2 、几何光学的四大基本定律 1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3 ）反射定律和折射定律（全反射）： 全反射：当光线从光密介质向光疏介质入射，入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinI m =n ’/n ，其中I m 为临界角。 3 、费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。 4 、马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面正交，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 5 、完善成像条件（3种表述) 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。 6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义） r n n l n l n -= -''' r l l 21'1=+ ( 反射球面，n n -=' ) 7 、垂轴放大率成像特性： β>0,成正像，虚实相反；β<0,成倒像，虚实相同。|β|>1,放大；|β|<1，缩小。 注：前一个系统形成的实像，若实际光线不可到达，则为下一系统的虚物。 若实际光线可到达，则为下一系统的实物。 8 、理想光学系统两焦距之间的关系 n n f f ''-= 9 、解析法求像方法为何？（牛顿公式、高斯公式） 1）牛顿公式： 2）高斯公式： ' 11'1f l l =-
1.1.5远心物镜 在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；另一方面，即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上，同样亲会产生测量误差。为了解决上述问题，可以采用远心物镜。其中像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。 1）物方远心物镜 物方远心物镜是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，图1.1－23示出，当孔径光阑放在像方焦平面上时，即使物距发生改变，像距也发生改变，但像高并没有发生改变，即测得的物体尺寸不会变化；图1.1－24清楚地显示出物方远心光路的原理，其中孔径光阑位于像方焦面上，物方主光线平行于光轴。如果物体B1B2正确地位于与CCD表面M共轭的位置A1上，那么它在CCD表面上的像为M1M2。如果由于物距改变，物体B1B2不在位置A1而在位置A2，那么它的像B′1B′2偏离CCD表面，B′1和B′2点在CCD表面上投影为一个弥散斑，其中心仍为M1和M2点，按此投影像读出的长度仍为M2M1。这就是说，上述物距改变并不影响测量精度。 图1－23 2）像方远心光路 像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的物方焦平面上，而像方的主光线平行于光轴。如图1.1－25所示。如果物体B1B2的像B′1B′2不与CCD表面M重合，则在CCD表
面M上得到的是B′1B′2的投影像，其散斑中心距离M1M2＝B′1B′2。因此，不管CCD表面M是否和B′1B′2相重合，它和标尺所对应的长度总是B1B2，所以没有测量误差。 图1－24 图1.1－25 像方远心光路 1.1.6远距物镜 远距物镜是一种焦距很长而镜筒较短的物镜，从物镜前表面到像平面的距离小于焦距，这对于长焦距物镜来说，有利于缩短物镜的轴向尺寸。
工业相机，选择迪奥科技。 双远心镜头技术优势简述 远心镜头主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，其主光线与镜头光源平行，根据远心光路分类设计原理分别有物方远心和像方远心，而双侧远心是综合这两者的双重作用，用于视觉检测和测量领域可以有更好的成像效果和成像精度。这里简要阐述双远心镜头的几点技术优势： 一、无透视误差 在计量学应用中进行精密线性测量时，经常需要从物体标准正面（完全不包括侧面）观测。此外，许多机械零件无法精确放置，测量时间距也在不断地变化。而软件工程师却需要能精确反映实物的图像。远心镜头可以完美解决以上困惑：因为入射光瞳可位于无穷远处，成像时只会接收平行光轴的主射线。 二、近乎零失真度 畸变系数即实物大小与图像传感器成像大小的差异百分比。普通机器镜头通常有高于1~2%的畸变，可能严重影响测量时的精确水平。（如：实际 50 毫米宽的物体，在这种镜头下成像宽度可能达到 51毫米）。比方说畸变小于 0.1% ：实际宽 50毫米的物体，在成像时宽度绝不会大于 50.05 毫米，相比之下，畸变系数仅为普通镜头的二十分之一。梯形畸变（亦即梯形失真效应或“薄棱镜”效应）不仅会导致成像不对称，也难以采用软件校正，是成像中需要消减的另一个重要因素。 三、高分辨率 图像分辨率一般以量化图像传感器既有空间频率对比度的 CTF （对比传递函数）衡量，单位为lp/mm（每毫米线耦数）。采用普通的集合了大量廉价的低像素、低分辨率镜头，最后只能生成模糊的影像。而采用远心镜头，即使是配合小像素图像传感器（如 5.5百万像素, 2/3″），也能生成高分辨率图像。 四、更精准更一致的放大率 一般普通远心镜头只接收与光轴平行的光束，但在使用普通远心镜头时，光束通过物镜后就与一般光线路径无异，因此光线会以不同的角度投射到感应芯片上，形成误差。也就是说，光束在通过一般的远心镜头后即失去了远心的特性，因此物体在感应芯片上的成像依然会变形，而且离中心点距离越远的光点变形程度越严重，因此当物体位移时，光束成像的中心位置也会跟着改变，造成放大倍率上的误差。 非双侧远心镜头就算在物镜上具有良好的远心特性，但就整体系统而言，非双侧远心镜头的放大倍率具较低的稳定度。通过双侧远心镜头的光束则在物镜与成像
远心镜头技术及选型 远心镜头（Telecentric），主要是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐，目前世界知名镜头厂商如美国Navitar、德国施乃德、Opto Engineering、日本Kowa等厂商已经有了自己品牌的远心镜头产品线。但是远心镜头由于应用领域不是非常广泛一直带着神秘色彩而不为人所熟知，下面让专家来引导我们一起破解远心镜头神秘的平行光艺术。 Navitar、施乃德、Opto Engineering、computar、Kowa这些知名的镜头企业都有自己的远心镜头产品线。我们知道远心镜头有普通镜头所不具有的平行光路的独特性，那么实现这种平行光是否是远心镜头的制造难点？除了这个技术特性外，远心镜头的研发、制造还有哪些技术难点？Mr.Claudio Sedazzari总裁以他多年的经验向我们介绍到Opto Engineering镜头本身的设计要求十分苛刻，以确保优秀的远心特性。组成镜头的光学零件和机械零件的制造过程更为严格。对此Opto Engineering开发了专用设备，用于对这些零部件进行测试。同时，对于每组镜头的测试与定标，Opto Engineering都倍加用心。该公司投入了数年的时间和数目可观的资金用于研发这些设备，以这些设备为依托，Opto Engineering可以制作出足以应对机器视觉使用的远心镜头。CBC梁立经理介绍，设计平行光成像的远心镜头理论上并不复杂，但若想达到一定解析能力和成像质量就是另外一回事了。远心镜头的设计和制造难度确实要大于一般意义上的镜头，究其原因是由于远心镜头光学镜片的尺寸都比较大，使得边缘光线的各类相差的校正难度增大，要想获得良好的边缘视场的成像质量，需要更高的产品设计和制造精度，有很多时候是需要设计者具有比较丰富的设计经验方能实现的。 远心光学系统图示 曾经有一种观点认为远心镜头主要解决畸变问题，那么普通工业镜头通过与标定板的组合可以有意识的通过软件算法矫正，也就是说远心镜头是可以替代的。CBC梁立经理及Mr.Claudio Sedazzari都对这种观点做了一定的反驳。梁经理认为，远心镜头解决的不单单是畸变的问题，远心镜头的独特光学特性决定了其在某些场和是无法采用普通工业镜头予以替代的，例如其更大的景深范围可以很好地适应现场的工作环境，这不是只通过算法就能解决的问题。Mr.Claudio Sedazzari总裁也提出了类似的看法，他认为：远心镜头的主要特点并不是低畸变，而是远心特性：物体在视场内移动时，其在不同位置的放大率不会发生改变，另外，对于物体上不同物距的特征，可以在同一时刻完成检测。低畸变只是远心镜头的附加属性。典型的远心镜头是低畸变的，然而许多其它种类的优质镜头畸变也相当小。不过非远心的光学系统在大多数测量应用中是不宜使用的，因为这种光学系统无法确保视场内一致的放大率，于是总会造成测量精度的下降。
双远心工业镜头的原理简述 近年来，经常做机器视觉精密测量的公司就会听到一些比较新的名词，如双侧远心、单侧远心、物方远心、像方远心等等这些以前并不是经常被提起的光学概念，让人一头雾水，不知如何理解，收集到的资料往往也都是专业化程度高不容易理解，今天从实际应用角度出发来简述双远心工业镜头的相关原理。 凸透镜成像原理 特性一：所有经过光心的光不改变其传播方向 特性二：凸透镜对平行光有汇聚作用，镜头的成像即利用这一点 双远心镜头成像原理 原理：通过在镜头中间放置光阑，使得进出镜头的光线均为平行光，其他光线被光阑遮挡，无法到达成像芯片，各看一侧分别是物方远心、像方远心镜头。物方解决景深问题，像方解决放大倍率变化问题。 双远心镜头解决的问题 分辨率问题：普通工业镜头分辨率跟不上芯片分辨率提高的脚步，其受制于其光学成像的原理，最好的也只能做到10um左右,最多可配合1000W像素的相机使用，满足不了现在高分辨率相机和高精度测量检测的要求。 景深问题：普通镜头的景深比较小，当需要测量的物体在镜头纵深方向超出其范围，检测或测量无法进行。 放大倍率问题：放大倍率随作距离变化而发生变化。当我们的视觉系统被用来执行精密测量任务时，这一特性会导致不可容忍的误差。 FAQ&答疑
Q：为什么双远心镜头的体积通常比较大 · A：因为双远心镜头是平行光进出，所以需要多大拍摄面积，就需要多大面积的平行光进入，因此就需要多大面积的镜筒，所以双远心镜头体积通常都比较大，而且视场越大，体积越大。 ·Q：双远心镜头怎样选型？ · A：主要注意以下几点：视场范围，兼容的CCD靶面，接口类型等满足要求，其他的如工作距离，景深范围，外形尺寸等只要不影响使用就可以。 ·Q：双远心镜头配合什么样的光源效果比较好？ · A：由于远心镜头只接受平行光，滤除了几乎所有的漫反射光源，所以在自然环境下成像比较暗，所以选用平行光源能够最大限度的发挥双远心镜头的优势，使被测物体边缘清晰、稳定，并有效去除检测过程中的噪声。 远心镜头较普通镜头优势 远心镜头（Telecentric），主要是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。 远心镜头的分类主要有以下三种： 1. 物方远心镜头 物方远心镜头是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，当孔径光阑放在像方焦平面上时，即使物距发生改变，像距也发生改变，但像高并没有发生改变，即测得的物体尺寸不会变化。物方远心镜头用于工业精密测量，畸变极小，高性能的可以达到无畸变。 2.像方远心镜头 像方远心镜头，通过在物方焦平面上放置孔径光阑，使像方主光线平行于光轴，从而虽然CCD芯片的安装位置有改变，在CCD芯片上投影成像大小不变。 像方远心镜头的优点是，使相机的芯片获得均匀的光线，因为只有平行于光轴的光线才能入射在CCD/CMOS芯片前面的微型镜片上，从而使图像不会出现阴影。 3.两侧远心镜头 此镜头兼于上面两种镜头的优点。在工业图像处理/机器视觉中，一般只使用物方远心镜头。偶尔也有使用两侧远心镜头的，（当然价格更高）。而在工业图像处理/机器视觉这个领域里，像方远心镜头一般来说不会起作用的，因此这个行业基本是不用它的。 普通工业镜头目标物体越靠近镜头(工作距离越短)，所成的像就越大。在使
远心镜头知识大全 内容摘要：远心镜头知识大全详细介绍了远心镜头概念、设计原理、技术参数、选择方法和应用优势，方便读者对远心技术及镜头应用有个全面了解。 一、概念概述 1.远心镜头发展历程 工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件，系统若想完全发挥其功能，工业镜头必须要能够满足要求才行。21世纪初，随着机器视觉系统在精密检测领域的广泛应用，普通工业镜头难以满足检测要求，为弥补普通镜头应用之不足，适应精密检测需求，远心镜头应运而生。 远心镜头依据其独特的光学特性：高分辨率、超宽景深、超低畸变以及独有的平行光设计等，给机器视觉精密检测带来质的飞跃。目前世界知名的镜头厂商有美国Navitar、德国施乃德、意大利Opto Engineering、日本Kowa、中国艾菲特（Aftvision）等都已经有了自己品牌的远心镜头产品线。 2.什么是远心镜头 远心镜头（Telecentric），主要是为纠正传统工业镜头视差而特殊设计的镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐。 二、原理优势 1.远心镜头设计原理 远心镜头设计目的就是消除由于被测物体（或CCD芯片）离镜头距离的远近不一致，造成放大倍率不一样。根据远心镜头分类设计原理分别为： 1）物方远心光路设计原理及作用： 物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无限远，称之为：物方远心光路。其作用为：可以消除物方由于调焦不准确带来的，读数误差。
2）像方远心光路设计原理及作用： 像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远，称之为：像方远心光路。其作用为：可以消除像方调焦不准引入的测量误差。 3）两侧远心光路设计原理及作用： 综合了物方/像方远心的双重作用。主要用于视觉测量检测领域。 2.远心镜头技术优势 1）优势一：高分辨率 图像分辨率一般以量化图像传感器既有空间频率对比度的 CTF （对比传递函数）衡量，单位为lp/mm（每毫米线耦数）。大部分机器视觉集成器往往只是集合了大量廉价的低像素、低分辨率镜头，最后只能生成模糊的影像。而采用远心镜头，即使是配合小像素图像传感器（如 5.5百万像素, 2/3"），也能生成高分辨率图像。 （上图为不同CTF 级别的光学器件所摄的标准美国空军分辨率测试图之间差异。）
照相镜头光路设计概述 一镜头选型参考 在“光学设计—袁旭沧.pdf”第272页有： 图1 照相机镜头选型 该资料用于确定照相镜头的使用性能，结构形式。是镜头设计选型的依据。二镜头样例设计要点 1 照相镜头样例1 本例波长选择为可见光系统，实际上应选照相系统的工作波长（参考“照相镜头各色波长的比例确定依据为何？.mht”）。
（1）类型评估 这是“小视场，小口径照相物镜”设计，样例见“2-非球面系统.ZMX”，它可作为此类照相镜头设计的起点结构： 图2 样例结构与光路 该样例主要用于校验6镜非球面实体化操作集的正确性，也可作为3片镜头设计时的参考。 下面对该系统进行评估。 该镜头光学性能为：F’=10mm，F#=3，2W0=30°，总长=10.318mm。观察图1中的三片照相镜头性能，应接近最好性能状态，关键是看成像质量。 （2）象质评估 照相镜头的接受器是CCD或CMOUS，因此其最小象元应是接受器的最小象元。假定在分辨率上镜头与接收器匹配，那么两者最小象元边长应是相同的。 镜头鉴别力=110 lp/mm，最小象元边长=1/(2*110)=0.00455.
查看CCD上最大视场直径=2.71*2=5.42mm（相当于0.213英寸），令该CCD 长宽比=4:3，这样CCD长边最小象元总数=5.42*4/5)/0.00455=953个，短边最小象元总数=5.42*3/5)/0.00455=715个，共有952X715=68万像素。考虑两边留有调整余量，因此CCD应选0.2英寸的，这样选择的CCD分辨力应达到 68*0.2/0.213=64万像素。 本镜头直选择了3镜片，属于简易照相镜头，分辨率达到此状态是可以的。 （3）视场均匀性评估 该镜头远心角(15.7°)由视场均匀性来评估，查出=80%(好的投影镜头用9点平均法计算，投射到屏处的最大视场均匀性=85%,人眼看到的是均匀的视场），是较好的均匀性。 2 照相镜头样例2 这是“中等视场，中等口径照相物镜”设计，样例见“1-原态.ZMX”，这是个投影镜头，重选波长，可用于照相镜头。 （1）问题
本科生毕业设计（论文）物方远心系统的设计Object Side Telecentric System Design
摘要 光刻是大规模集成电路的制造过程中最为关键的工艺，光刻物镜是光刻的核心，其性能直接决定了光刻的图形传递能力。本文首先对光刻物镜的整个背景作了介绍，阐述了光刻物镜的技术发展过程和未来的发展趋势。并设计了一个光刻物镜的光学系统。从光学设计要求出发，分析了影响光学系统成像质量的各种主要误差因素。通过ZEMAX软件确定了我们的镜头的光学设计结果。并且进一步地，通过ZEMAX模拟，确定了加工容差，并对其加工和装校过程作了阐述。 关键词：光学设计远心光路物方远心系统
ABSTRACT Lithography is the most important technics when manufacturing of Large Scale Integrate Circuit.The lithography lens is the core of thelithography, whose capability determines the transfer capability of the pattern directly. The large field projection lithography lens is the one. In this paper, the background of the lithography lens is represented firstly, Expounds the photolithography process and the technological development of the objective trend of the development of future. Design a photo of the objective optical system. we analyzed the various factors which may cause the image quality deterioration of the optical system especially for this type of lenses :in this paper, by ZEMAX simulation we get the result of the lens design, and more, we set the tolerance both for optical parts and mechanical parts, also the procedures of the adjustment and assembly for the whole lenses are described. Keywords: Lithography objective Resolution Telecentric beam path