技术｜平行光源的装调简析

远心镜头，平行光源已渐渐在工业项目上得到广泛的应用，由于平行光源光路平行于光轴，不受外界光，杂散光干扰等特性，从而解决了工业项目上的检测难题.....



关键词：装夹、倾斜、水平、光轴、曝光

远心镜头，平行光源已渐渐在工业项目上得到广泛的应用，由于平行光源光路平行于光轴，不受外界光，杂散光干扰等特性，从而解决了工业项目上的检测难题，如高精度尺寸测量，透明玻璃类，高反光类缺陷检测，BTOS远心光学公司在历经多年的发展，攻克多项工业项目上的检测难题，逐渐有了更多的客户群体。

远心光学系统在解决难题的同时对装配环境也要求较高，不管是卧式平台还是立式平台在调整时需要注意的事项比较多也基本一致。

装配所注意事项：

A．在调整平行光源时需工业相机，镜头，光源，载物台四线轴心同心不能有倾斜的现象，保证光源光斑完全进入镜头。

B．在装夹镜头时要保证水平，可用小型水平仪进行校正，校正完之后可将其作为基准进行光源安装，此时安装需要注意两者的相对水平且高度保证一致。

C．防止镜头，光源在安装时被划伤，可在卡箍与镜头接触处粘上较柔软或有弹性的贴布。

D．卧式平台F口相机需注意，F口相机与F口镜头是卡口接口，安装配合会产生一定的间隙，该间隙会导致CCD与镜头后焦发生倾斜角，会影响成像的质量，建议加工一个简易的支架将相机和镜头固定。

调整光源亮度注意事项：

平行光源所发出光的光照较为集中，即便是亮度调到较低图像也会显示很亮，因此可适当的降低光源亮度与曝光时间，两者调节到一个合适的数值（既不影响检测速度又能保证图像的对比性），不管是缺陷检测类，还是尺寸测量类图像都不能过曝，不宜过亮，要亮度适中，使图像与被测物有明显的对比即可。

A．图像过曝会使被检测物周边泛白发虚图像失真变形，且不断的闪动失去可检测性。

B．图像较亮时会使被测物中的轻微划伤，刮伤，油污，指纹等细小的缺陷由于光照强度的原因导致部分缺陷无法看到。

光源较亮图像细小划伤被强光干扰几乎看不到，图像处理也是极为困难的，适中图像三条划伤可清楚看到图像处理相对是比较容易的。

利用反射成像的原理，光线经过手指与镜片接触面，通过90度折射，将指纹纹理图像呈现在CMOS芯片上，从而形成对指纹图像的采集。

因为光线在45度面上经历了一次折射，所以成像物面相对CMOS芯片是有夹角的，这样就会产生比较大的畸变，因为视场角的关系也会有图像像面照度不均的问题。这些都是传统的指纹采集光学系统无法回避的问题。

我们尝试通过像方远心和物方畸变校正来解决。

下面是指纹的光学系统图：


系统优化后的MTF曲线：


经过光学设计畸变校正，我们把畸变控制在0.03%以内：畸变模拟效果如下：静脉不同于指纹的光学系统，静脉为透射式系统，整个系统需要在850nm的波长下工作，需要考虑到光学系统在这个波段下照度的变化和整个系统艾利斑的大小。

光学系统如下：


经过光学优化后，像面各个视场照度分布如下：可以看出，除了边缘视场照度略微有些下降，下降幅度不超过0.1%以外，整个系统的照度均匀，损失很低。

整个系统在优化后艾利斑的分布：通过以上的设计参数可以看出，通过像方远心的应用，通过反复的光学系统优化，我们可以调整出很优质的光学成像系统应对解决目前市场上指纹、静脉图像采集上所遇到的问题。

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