光学镜头-瑞利光学-光学镜头设计

　　视觉检测系统针对不同的应用有着不同的具体形式。系统构成按照功能大致可分为如下模块：

　　1.摄像机

　　目前CCD摄像机以其小巧、可靠、清晰度高等特点在商用与工业领域都得到了广泛地使用。摄像机是整个视觉检测系统的感觉部分，光学镜头手机，任务是将光学信号转换成电信号。一般采用摄像机作为视觉传感器。摄像机根据其信号传输格式有模拟摄像机和数字摄像机，数字摄像机在降噪、速度等方面优于模拟摄像机;由于数字摄像机减少了模拟信号传输和A/D转换所造成的信息损失，可以实现更高精度的测量。根据其传感器扫描格式有线阵CCD摄像机和面阵CCD摄像机，线阵CCD摄像机一次只能获得图像的一行信息，被拍摄的物体必须以直线形式从摄像机前移过，才能获得完整的图像;面阵摄像机可以一次获得整幅图像的信息。它具有的二维特性、高灵敏度、可靠性好、几何畸变小、无图像滞后和图像漂移等优点。

　　2.光学成像系统

　　光学成像系统任务是将真实物体的景象完整地投影到摄像机的焦平面上。在视觉检测系统中非常重要。选用光学镜头主要根据其成像面尺寸、焦距、视角、工作范围、倍率、景深和接口等参数。在实际的视觉检测系统中，常常选用畸变小的物方远心镜头。按照照明方式的不同，视觉方法的图像获取方式可以分为两大类：主动式和被动式。前者可分为结构光方法和激光自动聚焦法，后者可分为双目视觉、三目视觉和单目视觉等方法。

       眼镜按照眼镜框架来分可分为全框眼镜、半框眼镜和无框眼镜。那么眼镜架与眼镜片搭配组成一幅完整的眼镜的时候有哪些需要注意的呢？

　　全框：要注意镜框尺寸和瞳距的关系，不要让尺寸和瞳距差值大于12MM。但一些特殊的框架也要注意度数，如VIVID这个品牌的框架，镜圈是TR材质的，又比较薄，固定镜片是由镜框自己承担重量，所以**过400度尽可能不要选择。还有一些镜框，比较轻而且比较软，这种镜框如果重量过高很容易出现佩戴时掉落，玻璃镜片不易选择这种镜框。

光学透镜　　

    半框：在全框一些特殊要求基础上，要注意镜片的厚度，一般近视镜片都可以做，而视镜或花镜（镜片为正度数镜片）好不要使用半框做，因为这种镜片中心厚边上薄，在拉丝时很容易出现崩边的问题。玻璃镜片好不要选择半框眼镜，容易把丝拉断镜片脱落。

　　无框：无框眼镜需要在眼镜片上打孔，和半框相同。除去半框的特殊需求外，度数偏低的镜片尽可能不要选择。注意几种镜片不易选择。渐进多焦点镜片，大散光镜片。由于打孔镜架大的缺点就是螺丝佩戴一段时间容易松动，会使光学镜片中心点偏位，以致散光轴位出现偏差，渐进盲区更改使佩戴者不能适应。

　　镜片清洁

　　从眼中取出镜片后，将镜片的凹面向上放在手掌面。在镜片表面滴入2滴清洁液。（如果使用的是多功能护理液，则在清洁、冲洗、消毒的各个过程都使用同样的护理液）。以圆周运动方式轻轻的揉搓镜片表面20秒钟。

　　镜片冲洗

　　用验配师推荐的足够量液体彻底冲洗，完全去除镜片表面的清洁剂和杂质。

　　镜片消毒

　　1、将每一只镜片放入镜片盒的各自空间，用消毒液完全充满，关上聚焦镜盒子，按推荐的时间长短浸泡。

　　2、清洁和冲洗镜片是去除配戴过程中积聚在镜片表面的泪液分泌物、泪膜与沉淀物的必要步骤；而消毒是消灭有害微生物的必要措施。

　　镜片盒的清洁和维护

　　镜片盒可以成为细菌生长的基地。每次使用后，都应按照镜片盒生产商或验配师推荐的方法倒空、清洁和冲洗镜片盒，将镜片盒暴露在空气中晾干。

　　镜片盒应按照镜片盒生产商或验配师推荐的时间定期更换。

　　1、隐眼和护理产品引起的问题可能会造成眼部严重的损伤。严格按非球面镜照验配师的指导和标签中关于如何正确使用镜片及护理产品的说明，非常重要。

　　2、如果配戴者眼睛感觉到不适，流泪，视力改变和眼部充血，立即取出镜片，并与验配师取得联系。

　　3、配戴者应严格按照医生推荐的护理步骤操作。否则可能会导致严重的眼部并发。如果配戴者想得到很好的视力矫正，但不愿或不能按照医生推荐的护理步骤操作，或者不能戴入或取出镜片，也没有人帮助配戴者戴入或取出镜片，这时不应该尝试配戴隐。初戴镜片的患者，要确保在验配师指导下进行操作。

　   一、镜头像圈：

　　像圈（image circle）是指入射光线通过镜头后，在焦平面上呈现出的圆形的明亮清晰的影像幅面，光学镜头，也称像面大小。镜头像圈由镜头光学结构决定，一旦设计完成，光学镜头，其对应的像圈就确定了。

　　在机器视觉中，由于感光器件为相机芯片，芯片尺寸即为成像靶面大小。由于镜头像圈为圆形，相机靶面为长方形，因此镜头与相机搭配时，必须使镜头的像圈直径≥相机靶面的对角线长度（如右图所示）。否则，相机靶面的四角会形成暗区（如左图所示）从而影响成像质量，这种现象称为渐晕。

　　如CMOSIS CMV2000芯片，光学镜头设计，对角线长度为12.8mm. 若镜头的像圈为Ф11mm(厂家或表述为：镜头大兼容芯片尺寸为2/3')， 那此款镜头搭配使用该芯片的相机时，就会出现渐晕。

      二、工作距离：

　　工作距离(WD)是指镜头下端机械面到物体的距离。

     三、物像距离：

　　物像距离(O/I)是指物平面到相机芯片间的距离。

　　物像距离=工作距离+镜头本体长度+法兰距。

　　其中对于常见的C口镜头和相机，法兰距为17.526mm。

　　在机器视觉行业中，许多镜头设计时为了保证成像质量，工作距离通常为一个固定值或一个较窄的范围。如远心镜头，作为行业标准的工作距离是40mm、65mm、110mm。

　　因此在实际项目中，建议进行设备机械设计前应先考虑视觉系统，使镜头工作距离的选择不受机械空间的限制，从而在保证佳的光学性能的同时降低成本。否则可能因为一个特殊的工作距离要求，导致选型十分困难，不得不定制镜头。

　　在线阵项目中，由于各相机厂商定义的法兰距不同（如同样是M72*0.75接口，法兰距可能为6.56mm， 9.4mm， 12mm， 19.55mm等）， 且线阵镜头通常需搭配很长的转接环，此时物像距离对于选型而言变得更有意义。因此作为专业的机器视觉从业者，我们与客户沟通时，需要正确判断客户所描述的空间是指工作距离还是物像距离。