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Ruggedized Imaging Lenses

概述

 

加固是使用於嚴苛環境的成像鏡頭的必要製程

 

但不是所有加固都相同

 

新興應用需要更先進的加固製程

 

加固需求:減少像素偏移,維持指向穩定性

使用於嚴峻環境的成像鏡頭有著比標準成像鏡頭更特殊的需求。使用於工廠自動化、機器人和工業檢查的鏡頭經常暴露於振動、撞擊、溫度變化和汙染。加固也就是強化鏡頭的動作,能讓鏡頭抵抗嚴峻環境,且隨著全球像是機器人、自動化和自主系統等新興市場的崛起,加固的重要性也不斷攀升。多數標示加固、強化或嚴峻環境的成像鏡頭都是採用工業加固來降低成本,及避免因撞擊和振動而使焦點改變。這可透過簡化機構的方式來達成。但是,工業加固無法滿足對保持成像系統校準的嚴苛要求。另一種更為堅固的加固,稱之為穩定性加固,其能減少像素偏移,真正保護鏡頭抵抗撞擊和振動。

工業加固 – 主要優點 = 降低成本

工業加固後的鏡頭機構經過簡化,將可調光圈換成固定孔徑光欄,將不可轉動的雙螺紋鏡筒換成簡易的單螺紋,以及夾具、螺帽或固定螺絲等堅固的鎖定機構。減少可動零件的數量,進而降低鏡頭成本,使其擁有比標準成像鏡頭更高的穩定性,如此鏡頭焦點便不容易因為輕微的撞擊和振動而改變。但力道過大的撞擊和振動仍可能使透鏡內個別的光學元件偏心並造成像素偏移,也就是讓物體在圖像傳感器上映射到不正確的位置(請參閱圖 1 和圖 2)。

Unperturbed system where object crosshair is mapped to the image crosshair
圖 1: 不受干擾的系統,物體十字線映射到影像十字線
Perturbed system where lenses are decentered within the barrel resulting in pixel shift in which the optical pointing stability changes. Object crosshair is mapped to a different place on the image, which is enough to disrupt system calibration.
圖 2: 受干擾的系統,鏡筒內的透鏡偏心,導致像素偏移,光學指向穩定性改變。物體十字線映射到影像上的不同位置,足以破壞系統校準。

典型應用:

  • 系統設定一次後便不再更改的情況
  • 對成本敏感的系統

優勢:

  • 成本比標準成像鏡頭低
  • 比起標準鏡頭,焦點不容易因輕微撞擊和振動受影響
  • 可實現多重鏡頭的高可重複性

劣勢:

  • 仍可能因撞擊和振動造成像素偏移
  • 無法保護鏡頭抵抗強烈撞擊
  • 缺乏彈性:無法輕易調整光圈
  • 對焦行程流暢度比不上標準鏡頭

穩定性加固 – 真正能抵擋撞擊和振動的保護

穩定性加固比工業加固更能保護鏡頭抵抗強力撞擊和振動,同時保持光學元件的指向性和定位。穩定性加固鏡頭擁有與工業加固相同的簡化機構,像是去除光圈,使用較簡單的對焦,且鏡頭組內所有的獨立元件均黏著定位,以免其在外框內移動。如此焦點在強力撞擊和振動下仍能保持不變,同時避免像素偏移,這對經過校準的成像系統來說尤其重要。請參閱圖 3 和圖 4,瞭解消除像素偏移對成像效能的影響。穩定性加固可讓校準的裝置在某一處組裝,然後再運送到另一處,且校準不會偏離。多數標示加固的鏡頭均採用工業加固,無法享有穩定性加固所能提供的額外優點。

標準成像鏡頭
Ruggedized Lenses Line Art
圖 3: 成像系統因撞擊和振動而晃動時,相機傳感器上產生的影像也會晃動,讓影像每次都偏移到不同的像素上。像素偏移是成像系統晃動使鏡筒內的鏡頭元件偏心所導致。從上面的影像中可看出,藍色鏡頭元件在鏡筒內移動,以及影像如何在傳感器上移動。
穩定性加固 Cr 系列鏡頭
Ruggedized Lenses Line Art
圖 4: 相較於標準成像鏡頭,穩定性加固鏡頭的像素偏移降到最低。成像系統因撞擊和振動而晃動時,鏡筒內部的鏡頭元件保持不動,影像也保持穩定。從上面的影像中,查看藍色鏡頭元件如何在鏡筒內保持靜止,以及影像如何在傳感器上保持不動。

典型應用:

  • 校準的成像系統
  • 測量和計測
  • 3D 立體視覺
  • 機器人與感測
  • 自主系統
  • 物體追蹤
Typical Applictions

優勢:

  • 受撞擊和振動下不會導致像素偏移
  • 抵抗強力撞擊的能力優於工業加固鏡頭
  • 可實現多重鏡頭的高可重複性

劣勢:

  • 缺乏彈性:無法輕易調整光圈
  • 對焦行程流暢度比不上標準鏡頭

網路研討會:各種成像鏡頭加固

若要詳細瞭解各種成像鏡頭加固,請觀看由愛特蒙特光學®成像事業部主管 Greg Hollows 主持的網路研討會。

愛特蒙特光學®穩定性加固鏡頭

愛特蒙特光學®是全球領先的穩定性加固成像鏡頭供應商,還能依需求提供客製化的鏡頭加固。這些鏡頭極適合容易受撞擊和振動的嚴峻環境,也適用於經過校準的成像應用,包括自動駕駛車、視覺導引機器人、測量和計測,以及物體追蹤。

TECHSPEC®緊湊型加固 (Cr) 系列鏡頭

 

經過穩定性加固,可將受撞擊和振動後的像素偏移降到最低

 

各鏡頭元件均黏著固定,以保持光學元件的指向穩定性

 

簡化對焦機構,有多種固定光圈選項

 

不鏽鋼鎖定 C 接環夾具

常見問題

FAQ  何處可以找到更多關於各種加固類型的資訊?
若需穩定性加固和工業加固的詳細資訊,請參閱本頁面底部資源區段中的成像鏡頭加固應用說明及白皮書。
FAQ  我的應用需要不同於標準加固鏡頭的規格。是否提供客製選項?

是的,愛特蒙特光學®具有在光學領域經驗豐富的人員和機械設計師,加上擁有世界級的製造技術,能支援原型設計,為您提供符合應用要求的鏡頭。如需詳細資訊,請聯絡我們的技術支援工程師

FAQ  我目前使用不同的愛特蒙特光學®成像鏡頭。貴公司能為我的鏡頭加固嗎?

是的,我們除了能加固鏡頭,還提供其他多項修改,像是外框修改、工作距離調整、濾鏡或液體鏡頭整合、光圈更換等等。如需詳細資訊,請聯絡我們的技術支援工程師

FAQ  Zemax 設計檔案是否適用於標準加固鏡頭?
是的,請提交設計要求,我們其中一位技術支援工程師會與您聯絡。
FAQ  加固可以讓鏡頭變防水嗎?
異物防護加固是另一種加固,此種加固利用 O 型環或 RTV 樹脂讓鏡頭變得防水、防塵和防霧。EO 提供現成的異物防護加固鏡頭、TECHSPEC® HEO系列 M12 μ-Video™ 成像鏡頭。如需異物防護加固的詳細資訊,請參閱成像鏡頭加固應用說明。

資源

應用說明

技術資訊及應用範例包括理論說明、方程式、圖示及其他各項。

成像鏡頭的加固
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影片

資訊豐富的企業或教學影片,除了介紹各種簡單秘訣,也提供以應用為基礎的產品優勢展示。

Ruggedized Imaging Lenses Webinar
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白皮書

可下載的詳細技術文件。

強化設計
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已發表文章

愛特蒙特光學®撰寫的業界出版品中的技術文章連結,或愛特蒙特光學工程團隊及關鍵管理參與其中的技術文章連結。

"Lens sees clearly even through shock and vibration" by Jessica Gehlhar and Cory Boone - Design World
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