斜像鏡頭,你為何如此特別

2021-01-10 紫氣東來卓爺

說明:針對機器視覺行業熱點3D檢測,東正光學推出斜像鏡頭,傾角可調範圍±15°,支持1英寸大面陣工業相機,可實現物體垂直平面從上至下全區域清晰對焦,應用於AIO、SPI、汽車零部件、電子半導體製造等3D檢測領域。在今年6月份深圳機器視覺展亮相後,獲得同行業專業人士的高度好評。

DZO斜像鏡頭SM3545A

在攝影領域有一類特殊的鏡頭——移軸鏡頭(Tilt-shift lens),它的主要特點是在相機機身保持不動的情況下,通過前端鏡頭的傾斜、旋轉達到糾正被攝物透視變形和實現被攝體全區域聚焦的目的,而普通鏡頭由於進大遠小的成像規律以及受景深的限制,導致成像變形以及視野範圍內部分失焦現象。

同樣是鏡頭,為何移軸鏡頭如此特別?其實移軸鏡頭並沒有特別神奇之處,它只是巧妙地利用了光學上沙姆定律成像而已。沙姆定律就是當被攝體平面、影像平面、鏡頭平面這三個面的延長面相交於一直線時,即可得到全面清晰的影像。

從光路方面分析,如圖2,未傾斜前,拍攝平面A、B兩點,A點工作距大,對應像距小,而B點工作距短,對應像距長,因此這種情況下,A、B兩點不能實現同時清晰成像,當鏡頭傾斜後,A點工作距變短,對應像距增大,而B點工作距變長,對應像距減短,在某個傾角下,A、B對應像點A』、B』剛好同時落在像面上。

斜像鏡頭光路原理圖

斜像鏡頭同樣也廣泛應用於工業檢測當中,特別是3D檢測領域。目前大多數3D檢測還是基於雷射三角法測量原理,常見的產品為雷射輪廓儀,其在各類3D檢測設備中扮演著核心角色。工作原理為雷射出射後,經待測物體表面反射,反射光經斜像鏡頭聚焦於晶片面上。當被測物體高度發生變化時,反射光在晶片上聚焦點位置隨之發生變化,根據聚焦點位移大小,可計算出待測面高度的變化信息。

圖3為市面上的常見的雷射輪廓測量儀,其鏡頭便屬於斜像鏡頭類,鏡片組相對晶片平面具有一定傾角,這一傾角在設計時滿足了薩姆定律,保證了晶片面可對物體高度方向清晰對焦。

雷射輪廓儀內部斜像鏡頭

東正光學是一家專業從事中高端光學鏡頭研產銷於一體的科技型企業,針對當下3D檢測行業熱點,開發出一系列斜像類鏡頭,圖4是我司其中一款斜像鏡頭,其後端是一個沙姆角調節機構,傾角可調範圍±15°,圖是利用我司斜像鏡頭拍攝PCB板示意圖,圖5是拍攝效果對比圖,可以明顯看出,普通鏡頭由於景深限制,無法實現整個視野範圍內清晰對焦,而斜像鏡頭在整個視野範圍內可實現清晰對焦。

DZO斜像鏡頭檢測電路板示意圖
DZO斜像鏡頭和普通鏡頭拍攝效果對比

a)使用DZO斜像鏡頭拍攝效果 b)使用普通鏡頭拍攝效果

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