1、光学系统远心光学系统

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。

理想光学系统：通常把物、像空间符合“点对应点，直线对应直线，平面对应平面”关系的像称为理想像，把成像符合上述关系的光学系统称为理想光学系统。

1、由于系统的对称性，可以用一个过光轴的截面来代表一个共轴系统。

2、位于垂直于光轴的同一平面内的物所成的像，其几何形状和物完全相似。

所以对共轴理想光学系统来说，垂直于光轴的同一平面上的各部分具有相同的放大率。

3、共轴理想光学系统的成像性质可以用这些已知的共轭面和共轭点确来表示。

开卜勒望远镜：采用正光焦度目镜的望远镜，视放大率为负值（T<0）。

所以正立的物体成倒立的像，观察和瞄准极不方便，通常加入棱镜或透镜式倒像系统，使像正立。

开卜勒望远镜在物镜和目镜之间有中间实像，可以安装分划板，使像和分划板上的刻线进行比较，便于瞄准和测量，特别适合军用。

伽利略望远镜：采用负光焦度目镜的系统，视放大率为正值（T>0）。

成正像。

不必加倒像系统，但这种系统物镜的像方焦平面在目镜后方，系统中无法安装分划板，不适合军用。

另外它的视放大率受到物镜口径的限制，也不可能很大，一般在2-3倍左右，常用作观剧镜。

平面镜棱镜系统的主要作用1、将共轴系统折叠以缩小仪器的体积和减轻仪器的重量；2、改变像的方向——起倒像使用；3、改变共轴系统中光轴的位置和方向——即形成潜望高或使光轴转一定的角度；4、利用平面镜或棱镜的旋转，可连续改变系统光轴的方向，以扩大观察范围。

屋脊棱镜为了获得和物相似的像，可以用两个互相垂直的发射面代替其中的某一个反射面。

这种两个互相垂直的反射面叫屋脊面，带有屋脊面的棱镜叫屋脊棱镜。

屋脊面的作用就是在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，增加一次反射，使系统总的反射次数由奇数变成偶数，从而打到物像相似的要求。

孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑视场光阑：限制成像范围的光阑入射窗：视场光阑在物空间的像出射窗：在像空间的像出瞳：孔径光阑在系统像空间所成的像入瞳：孔径光阑在物空间的共轭像入瞳和出瞳的关系：入瞳和出瞳对整个系统来说显然是物和像的关系。

• 视场光阑若不能与物面或像面重合，物 方视场的大小则需要根据指定的标准进 行计算或判定，但存在一个视场大小的 最大极限值。
整理ppt
视场光阑设在像面
孔径光阑
视场光阑
y'
F
物在有限远
y
y'
物在无限远
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tg y ' f'
视场光阑设在物面
视场光阑 B y A
孔径光阑
y D视 2
tg y
空间深度 • 近景深：对准平面以近能成清晰像的物
空间深度 • 景深为近景深与远景深之和。
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z2 z1
2a z'2
z'1
对准平面 B1
A B2
入射光瞳 出射光瞳 P'1
P1 P P'
景像平面 B"2
A'
P2
P'2
B"1
1
2
p2
p
p 1
p'1 p' p'2
z1 p1 p
D
p1
p1
Dp D z1
题解图
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入瞳和出瞳
• 孔径光阑在物方空间的共轭“像”称为入 射光瞳，简称入瞳
• 孔径光阑在像方空间的共轭像称为出射光 瞳，简称出瞳
• 孔径光阑、入瞳、出瞳三者互为共轭关系 • 入瞳在整个系统的物方对光束进行限制，
出瞳在整个系统的像方对光束进行限制
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入瞳和出瞳
C.R. M.R. 物
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焦深
一个物平面能够获得清晰像的空间深度称为焦深
入瞳 出瞳
D D'
z'1 z'2

引 言
投 影镜 头 的 主要 作 用 是将 数 字 光 阀上 的图像
长 了投影 镜头 与像 面之 间 的距离 。而 后截 距口 、 ］棱
镜组 各 面 之 间所 成 的角 度 对投 影 镜头 的像 方 出射 光线 的角度要 求 比较严 格 ， 为使棱 镜 系统不 阻碍正 常光 线 并避免 杂散 光通 过 ， 主光线 与光轴 的夹角要 设 计 得尽 量 小 ， 主光 线 在像 方 与光 轴 近 似平 行 ， 即 这 可用 像方远 心光 路来 实现 。
Ｍ ＥＩＤａ — ａ ｇ，ＪＡ Ｏ ｉｇ ｙ ｎ ｎｙｎ Ｉ Ｍ ｎ — ｉ
（ ｎ Ｉ ｓ ｉｕ ｅ ｏ ｐ ｉｄ Ｏｐ ｉｓ，Ｘｉ ｎ ７ ０ ６ ， ｉ ａ ｘｉ ｎ ｔｔ ｔ ｆＡｐ ｌ ｔｃ ａ ｅ １ ０ ５ Ｃｈ ｎ ） ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｏ ｔｎ ｏ ｓ ｔｌｃ ｎ ｒ ｏ ｍ ｅ ｓ ｆｒ ａ ｄ ｇｔ ｌｌ ｈ ｒ ｃ ｓｏ （ ｅ ｃ ｎ ｉ ｕ ｕ ｅｅｅ ｔｉ ｚ ｏ ｌｎ ｏ ｉｉａ ｉ ｔ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ＤＬＰ）ｐ ｏｅ ｔ ｒ ｃ ｇ ｒ ｊｃｏ
投 影 到 大 屏 幕 上 。针 对 Ｄ Ｐ投 影 仪 的 数 字 光 阀 Ｌ Ｄ ＭＤ， 使 屏 幕 上 得 到 的 图 像 质 量 较 高 ， 析 了 为 分
Ｄ Ｐ投 影 镜 头应 满 足 的性 能 ， 定 了投 影 镜 头 设 Ｌ 确
计 方案 。 在Ｄ Ｐ投影 系统 中 ， 经处理 的视 频信 号 Ｌ 将 加载于 Ｄ ＭＤ 上 ， ＭＤ 把 经全 反 射 棱 镜 的入 射 光 Ｄ 反射 到光学 镜 头 ， 光学 镜 头把 图像放 大投 射 到屏幕 上 。 据光 路可 逆性 ， 根 设计 投影 镜头 时 ， 屏幕 作为 把 物， ＤＭＤ作 为像 。但 因全反射 棱镜 的引入 ， 大大加