Linh kiện · Quang học

Ống kính công nghiệp

Ống kính tạo ra hình ảnh mà toàn bộ hệ thống dựa vào. Tiêu cự quyết định vùng nhìn, khẩu độ cân bằng độ sáng và độ sâu trường ảnh, còn chất lượng quang học quyết định độ phân giải cảm biến có được dùng hết hay không.

Ống kính tạo ra hình ảnh mà toàn bộ hệ thống dựa vào. Tiêu cự quyết định vùng nhìn, khẩu độ cân bằng độ sáng và độ sâu trường ảnh, chất lượng quang học quyết định độ phân giải thực tế.

Hướng dẫn chọn Yêu cầu thử mẫu

Nguyên lý hoạt động

Trường nhìn, khoảng cách làm việc và độ phóng đại

Độ phóng đại là tỉ số giữa kích thước cảm biến và trường nhìn trên sản phẩm. Với cùng cảm biến, tiêu cự dài cho trường nhìn nhỏ hơn ở cùng khoảng cách làm việc; tiêu cự ngắn cho góc nhìn rộng hơn nhưng méo và sai số phối cảnh nhiều hơn.

Khẩu độ (số f) điều khiển độ sáng và độ sâu trường ảnh. Đóng khẩu tăng độ sâu trường ảnh nhưng giảm ánh sáng và quá một mức, nhiễu xạ làm nhòe chi tiết nhỏ — đặc biệt với cảm biến điểm ảnh nhỏ.

Ống kính thường nhìn vật từ một điểm nên vật gần trông lớn hơn. Ống kính telecentric chỉ thu tia song song: độ phóng đại không đổi trong độ sâu telecentric, điều thiết yếu để đo chính xác chi tiết có chiều cao thay đổi.

Trường nhìn (FOV) Cảm biến Khoảng cách làm việc (WD) ≈ tiêu cự Ống kính · khẩu độ f/N Độ phóng đại m = kích thước cảm biến ÷ FOV

Các loại

Chi tiết các loại ống kính

Mở từng loại để xem nguyên lý, chỗ phù hợp, hạn chế và thông số cần kiểm tra.

01 Ống kính tiêu cự cố định (FA)Ống kính thị giác máy tiêu chuẩn với tiêu cự cố định, khóa được nét và khẩu.

Nguyên lý. Có các tiêu cự từ góc rộng đến tele. Nét và khẩu được chỉnh một lần rồi khóa để rung không làm thay đổi.

Phù hợp nhất cho

  • Kiểm tra tổng quát và đọc mã
  • Dẫn hướng robot
  • Phần lớn ứng dụng area-scan

Hạn chế

  • Sai số phối cảnh khi chiều cao sản phẩm thay đổi
  • Méo tăng ở tiêu cự ngắn

Thông số chính cần kiểm tra

  • Tiêu cự
  • Kích thước cảm biến
  • Dải khẩu độ
  • Khoảng cách lấy nét tối thiểu (MOD)
  • Cấp độ phân giải
02 Ống kính độ phân giải caoỐng kính tiêu cự cố định thiết kế cho điểm ảnh nhỏ và cảm biến nhiều megapixel.

Nguyên lý. Thiết kế quang học phân giải được điểm ảnh khoảng 2–3,5 µm trên toàn cảm biến, méo thấp và góc ảnh sắc nét.

Phù hợp nhất cho

  • Camera từ 20 MP trở lên
  • Phát hiện lỗi nhỏ trên trường nhìn rộng
  • Kiểm tra PCB và màn hình

Hạn chế

  • Giá cao hơn
  • Phải khớp kích thước cảm biến và kích thước điểm ảnh

Thông số chính cần kiểm tra

  • Kích thước điểm ảnh định mức / độ phân giải
  • Vòng ảnh
  • MTF trên toàn trường
03 Ống kính telecentricĐộ phóng đại không đổi trong độ sâu telecentric — ống kính cho đo chính xác.

Nguyên lý. Ống kính telecentric phía vật chỉ nhận tia song song với trục quang, nên chi tiết trông cùng kích thước dù dịch lên xuống một chút. Thiết kế bi-telecentric còn telecentric cả phía cảm biến cho sai số thấp hơn nữa.

Phù hợp nhất cho

  • Đo và kiểm tra kích thước
  • Chi tiết có chênh lệch chiều cao
  • Kết hợp đèn chiếu ngược chuẩn trực

Hạn chế

  • Thấu kính trước phải lớn hơn trường nhìn
  • Khoảng cách làm việc và độ phóng đại cố định
  • Lớn và nặng hơn ống kính thường

Thông số chính cần kiểm tra

  • Độ phóng đại
  • Trường nhìn
  • Khoảng cách làm việc
  • Độ telecentric (độ)
  • Méo hình
  • Độ sâu telecentric
04 Ống kính line-scanVòng ảnh lớn cho cảm biến line-scan dài.

Nguyên lý. Thiết kế để phủ cảm biến 4k, 8k, 16k điểm ảnh trở lên với độ nét và độ sáng đều trên cả dòng.

Phù hợp nhất cho

  • Kiểm tra cuộn vật liệu và màng
  • Tấm phẳng lớn
  • Chi tiết trụ quay dưới camera

Hạn chế

  • Ngàm lớn hơn (M42, M58, M72, F) và bộ chuyển

Thông số chính cần kiểm tra

  • Vòng ảnh / chiều dài cảm biến tối đa
  • Dải độ phóng đại
  • Ngàm
05 Ống kính macroĐộ phóng đại cố định ở khoảng cách gần cho chi tiết nhỏ.

Nguyên lý. Tối ưu cho độ phóng đại khoảng 0,25× đến vài lần, khoảng cách làm việc ngắn và trường phẳng.

Phù hợp nhất cho

  • Linh kiện và đầu nối nhỏ
  • Chi tiết nhỏ hơn khoảng 20 µm
  • Linh kiện điện tử và y tế

Hạn chế

  • Độ sâu trường ảnh rất nông
  • Khoảng cách làm việc gần hạn chế lựa chọn đèn

Thông số chính cần kiểm tra

  • Độ phóng đại
  • Khoảng cách làm việc
  • Khẩu độ số / số f
06 Ống kính hiển vi & zoomĐộ phóng đại cao cho kiểm tra vi mô.

Nguyên lý. Quang học zoom hoặc phóng đại cao cố định, thường có cổng chiếu sáng đồng trục.

Phù hợp nhất cho

  • Kiểm tra bán dẫn và wafer
  • Hàn dây (wire bonding)
  • Chi tiết siêu nhỏ

Hạn chế

  • Trường nhìn và độ sâu trường ảnh rất nhỏ
  • Nhạy với rung

Thông số chính cần kiểm tra

  • Dải độ phóng đại
  • Khẩu độ số
  • Cổng đồng trục
07 Ống kính lỏng (lấy nét điện tử)Đổi nét bằng điện trong vài mili giây — không có bộ phận chuyển động.

Nguyên lý. Một thành phần chất lỏng hoặc polymer đổi hình dạng theo điện áp, lấy nét lại cho các khoảng cách khác nhau do phần mềm điều khiển.

Phù hợp nhất cho

  • Sản phẩm hoặc thùng ở chiều cao khác nhau
  • Nhiều mặt phẳng nét trên một sản phẩm
  • Đọc mã trong logistics

Hạn chế

  • Chất lượng quang học thấp hơn chút so với ống kính cố định tốt nhất
  • Cần bộ điều khiển hoặc camera tương thích

Thông số chính cần kiểm tra

  • Dải lấy nét
  • Thời gian đáp ứng
  • Giao tiếp điều khiển
08 Ống kính đặc biệtQuang học 360° và kiểm tra lỗ, gương gắn kèm, ống kính SWIR và UV.

Nguyên lý. Ống kính pericentric (360°) nhìn mặt trên và thành bên của sản phẩm trong một ảnh; ống kính kiểm tra lỗ nhìn vào trong lỗ khoan; ống kính SWIR và UV được phủ và hiệu chỉnh cho bước sóng không nhìn thấy.

Phù hợp nhất cho

  • Cổ chai, nắp và ren
  • Thành trong của lỗ
  • Ứng dụng SWIR và UV

Hạn chế

  • Hình học riêng; thường thiết kế theo ứng dụng

Thông số chính cần kiểm tra

  • Góc nhìn
  • Dải bước sóng
  • Khoảng cách làm việc
09 Phụ kiện ống kínhKính lọc, kính phân cực, ống nối dài và kính bảo vệ.

Nguyên lý. Kính lọc bandpass chặn ánh sáng môi trường; kính phân cực giảm chói; ống nối dài rút ngắn khoảng cách lấy nét tối thiểu; kính bảo vệ che ống kính nơi bụi hoặc bắn nước.

Phù hợp nhất cho

  • Ổn định kết quả khi ánh sáng thay đổi
  • Chụp cận cảnh với ống kính thường
  • Môi trường khắc nghiệt

Hạn chế

  • Ống nối dài làm giảm chất lượng ảnh khi nối nhiều

Thông số chính cần kiểm tra

  • Kích thước ren kính lọc
  • Dải bước sóng
  • Chiều dài ống nối

Thông số

Giải thích các thông số chính của ống kính

Giải thích các thông số chính của ống kính
Thông sốÝ nghĩaCách chọn
Tiêu cựKhoảng cách từ ống kính tới cảm biến khi lấy nét ở vô cực.Tính từ kích thước cảm biến, trường nhìn và khoảng cách làm việc (xem công cụ tính).
Kích thước cảm biến / vòng ảnhCảm biến lớn nhất ống kính phủ được mà không tối góc.Vòng ảnh phải ít nhất bằng đường chéo cảm biến.
NgàmGiao diện cơ khí: C, CS, M42, M58, M72, F và loại khác.Phải khớp camera, hoặc dùng bộ chuyển được duyệt.
Khẩu độ (số f)Độ mở của ống kính; số f càng lớn = khẩu càng nhỏ.Cân bằng độ sáng, độ sâu trường ảnh và nhiễu xạ (thường f/4–f/8).
Độ phân giảiChi tiết nhỏ nhất ống kính truyền được (lp/mm hoặc kích thước điểm ảnh định mức).Phải khớp kích thước điểm ảnh camera; xem Nyquist trong công cụ tính.
Khoảng cách lấy nét tối thiểuKhoảng cách gần nhất ống kính lấy nét được.Kiểm tra khoảng cách làm việc lớn hơn MOD.
Méo hìnhĐộ lệch của đường thẳng trong ảnh, tính bằng phần trăm.Giữ thấp cho đo lường; có thể hiệu chuẩn bằng phần mềm.
Độ phóng đại (telecentric/macro)Tỉ số cố định giữa kích thước ảnh và vật.Chọn sao cho trường nhìn vừa cảm biến và còn dư.
Độ sâu telecentricDải chiều cao mà độ phóng đại không đổi.Phải phủ được chênh lệch chiều cao sản phẩm.
Gia cố chống rungVít khóa, thiết kế chịu rung.Khuyến nghị khi gắn trên robot và máy rung.

Công cụ kỹ thuật

Tính trước khi chọn

Ước tính nhanh theo công thức tiêu chuẩn. Luôn xác nhận bằng thử nghiệm trên sản phẩm thật.

Công cụ tính ống kính & độ sâu trường ảnh

Ước tính độ phóng đại, tiêu cự, độ phân giải ống kính cần thiết và độ sâu trường ảnh từ cảm biến, trường nhìn và khoảng cách làm việc.

Tất cả công cụ tính trong trung tâm kiến thức

Hướng dẫn chọn

Ống kính nào cho việc gì?

Ống kính nào cho việc gì?
Yêu cầuKhuyến nghịLý do / ghi chú
Kiểm tra tổng quát, đọc mãỐng kính tiêu cự cố định (FA)Chọn tiêu cự từ FOV và WD.
Đo chính xác, chênh lệch chiều caoỐng kính bi-telecentricĐộ phóng đại không đổi, méo thấp.
Camera 20 MP+, điểm ảnh nhỏỐng kính độ phân giải cao định mức theo kích thước điểm ảnhNếu không, điểm ảnh thêm không cho thêm chi tiết.
Cuộn vật liệu, chi tiết dài, line-scanỐng kính line-scan vòng ảnh lớnKiểm tra ngàm và độ phóng đại.
Chi tiết dưới ~20 µmỐng kính macro hoặc hiển viTính toán chiếu sáng cho khoảng cách làm việc ngắn.
Sản phẩm ở khoảng cách khác nhauỐng kính lỏngLấy nét do phần mềm điều khiển cho từng sản phẩm.
Thành bên, trong lỗỐng kính 360° / kiểm tra lỗMột ảnh thay cho nhiều camera.
Ít sáng, tốc độ caoỐng kính số f thấp (sáng)Lưu ý độ sâu trường ảnh giảm.

Các bước chọn

  1. Xác định trường nhìn (dư cho dung sai vị trí sản phẩm) và khoảng cách làm việc có được.
  2. Chọn cảm biến camera — kích thước và bước điểm ảnh quyết định ống kính.
  3. Tính độ phóng đại và tiêu cự; kiểm tra khoảng cách lấy nét tối thiểu.
  4. Kiểm tra độ phân giải ống kính và vòng ảnh khớp cảm biến.
  5. Tính độ sâu trường ảnh cho chênh lệch chiều cao sản phẩm; chỉnh khẩu.
  6. Với đo lường hoặc chênh lệch chiều cao, cân nhắc ống kính telecentric.
  7. Xác nhận bằng ảnh thử: độ nét ở góc, méo và độ sáng.

Ví dụ

Ví dụ ứng dụng điển hình

Các cấu hình minh họa cho thấy linh kiện được kết hợp thế nào trong thực tế.

Ví dụ ứng dụng

Đo vị trí chân đầu nối

Thách thức
Các chân ở chiều cao hơi khác nhau trông bị lệch vị trí với ống kính thường.
Cấu hình
Ống kính bi-telecentric với đèn chiếu ngược chuẩn trực và camera 5 MP.
Kết quả
Độ phóng đại không đổi trên dải chiều cao, nên vị trí được đo trực tiếp bằng milimét.

Ví dụ ứng dụng

Kiểm tra PCB với camera 20 MP

Thách thức
Góc bo mạch bị nhòe, lãng phí độ phân giải cảm biến.
Cấu hình
Ống kính độ phân giải cao định mức cho điểm ảnh 2,4 µm, khẩu đặt khoảng f/5.6.
Kết quả
Độ nét đều trên toàn bo mạch và phát hiện tin cậy lỗi hàn nhỏ.

Ví dụ ứng dụng

Đọc mã trên thùng có chiều cao khác nhau

Thách thức
Nét cố định không phủ được mọi kích thước thùng.
Cấu hình
Ống kính lỏng điều khiển nét theo khoảng cách.
Kết quả
Mọi thùng đều được đọc nét mà không cần chỉnh cơ khí.

Lỗi thường gặp cần tránh

  • Chọn ống kính có vòng ảnh nhỏ hơn cảm biến — tối góc (vignetting).
  • Ghép camera nhiều megapixel với ống kính không phân giải nổi điểm ảnh.
  • Dùng tiêu cự rất ngắn ở khoảng cách gần — méo và sai số phối cảnh mạnh.
  • Quên khoảng cách lấy nét tối thiểu khi không gian hẹp.
  • Không khóa nét và khẩu trên máy có rung.
  • Chọn ống kính telecentric cho trường nhìn lớn hơn thấu kính trước của nó.

Hỏi đáp

Câu hỏi thường gặp

C-mount và CS-mount khác nhau thế nào?

Cùng ren nhưng khoảng cách mặt bích khác (17,53 mm với C, 12,5 mm với CS). Ống kính C-mount dùng được trên camera CS-mount với vòng đệm 5 mm; ống kính CS-mount không lấy nét được trên camera C-mount.

Vì sao ống kính telecentric to như vậy?

Vì chỉ thu tia song song với trục, thấu kính trước phải ít nhất bằng trường nhìn.

Nên dùng khẩu độ nào?

Thường từ f/4 đến f/8. Khẩu rộng cho nhiều sáng nhưng độ sâu trường ảnh ít; khẩu rất nhỏ tăng độ sâu nhưng nhiễu xạ làm giảm độ nét, nhất là với điểm ảnh nhỏ.

Có dùng ống nối dài để lấy nét gần hơn được không?

Được — chúng giảm khoảng cách lấy nét tối thiểu và tăng độ phóng đại, nhưng chất lượng và độ sáng ảnh giảm khi nối nhiều. Ống kính macro tốt hơn cho chụp cận lâu dài.

Làm sao biết ống kính có phân giải đủ cho camera?

So sánh độ phân giải ống kính với tần số Nyquist của cảm biến (1000 ÷ (2 × kích thước điểm ảnh µm) lp/mm). Công cụ tính trên trang này hiển thị giá trị đó.

Tiếp tục khám phá

Camera công nghiệpArea-scan, line-scan, chuẩn giao tiếp & cảm biến đặc biệtĐèn chiếu sáng thị giác máyĐèn vòng, vòm, đồng trục, chiếu ngược, đèn dải & bộ điều khiểnĐo lường quang họcĐo xuyên tia telecentric, đo dịch chuyển & đo bằng hình ảnhGiải pháp theo ngànhĐiểm kiểm tra theo ngành

Chưa chắc cấu hình nào phù hợp?

Gửi sản phẩm và yêu cầu cho chúng tôi — kỹ sư sẽ thử trên mẫu thật và đề xuất cấu hình.

Yêu cầu thử mẫu Gửi email cho chúng tôi
🌐 English