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Jugement de la Profondeur de Champ dans Votre Système d’Imagerie
Edmund Optics Ltd

Jugement de la Profondeur de Champ dans Votre Système d’Imagerie

Gauging Depth of Field in Your Imaging System

Au fil des années, nous avons répondu à de nombreuses questions concernant la performance d'objectif. De ces questions, aucune ne furent plus difficiles à définir que des requêtes de profondeur de champ. La raison pour cette difficulté a plus à faire avec la question érronée que l'inabilité de procurer une valeur mesurée ou calculée. Considerez pour un moment ce que la profondeur de champ nous indique. C'est la distance à laquelle un objet peut être bougé avant qu'un flou inacceptable soit produit. pour que la profondeur de champ soit proprement indiquée, il ne devrait pas seulement contenir le déplacement d'une image, mais aussi une résolution spécifique. La spécification de profondeur de champ est bien plus compliquée apr un type d'abérration qui apparaît souvent. Ce résultat peut dramatiquement affecter les mesures linéaires et par conséquent rendre la la profondeur de cahmp inutilisable. Dans cet article nous regarderons de façon plus étroite les calculs de profondeur de champ et les comparer aux mesures physiques en utilisant la jauge de profondeur de champ DOF 1-40. La jauge, comme nosu le verrons plus tard, offre un look unique à ce que la profrondeur de champ signifie exactement et comment en étant conceveurs de systèmes souhaiterions quantifier ce paramètre. Une simple approximation géométrique pour la profondeur de champ est indiquée en Figure 1.0. Le flou linéaire (résolution nécessaire) Bp, Bm, et Bf peuvent être exprimés en termes de flou angulaire par l'équation suivante.

Figure 1
Figure 1

En utilisant des triangles simialires, une relation peut désormais être faite entre le flou angulaire et le point de mise au point,

(1)$$ \omega = \frac{B_f}{D} = \frac{B_p}{D + \delta_{+}} = \frac{B_m}{D - \delta_{-}} $$
(2)$$ \frac{A}{D} = \omega \cdot \left( \frac{D + \delta_{+}}{\delta_{+}} \right) = \omega \cdot \left( \frac{D - \delta_{-}}{\delta_{-}} \right) $$

Où λ est l'ouverture de l'objectif. Résolvant pour δ+ et δ,

(3)\begin{align} \delta_{+} & = \frac{\omega \cdot D^2 }{\left( A + \omega \cdot D \right)} \\ \delta_{-} & = \frac{\omega \cdot D^2 }{\left( A - \omega \cdot D \right)} \end{align}

La dérivation ci-dessus est très spécifique à la résolution souhaitée. Cependant, de nombreuses dérivations théoriques de profondeur de champ assument souvent que la résolution objectif d'être quasi diffraction limitée.Les plus populaires de ces dérivations sont basées sur des applications microscope. Un exemple typique pour la profondeur de champ totale (δ+ + δ) est indiqué ci-dessous.

(4)$$ \text{Delta Theory} = \left( \delta_{+} + \delta_{-} \right) = \frac{\lambda}{\left( \text{NA} \right) ^2}$$

Où λ est la longueur d'onde et NA égal à l'ouverture numérique de la lentille.

Dans le but d'étudier la profondeur de champ nous avons assemblé un simple système macro consistant d'un objectif de distance focale fixe de 25mm, espaceur de 8mm, et caméra vidéo monochrome CCD Sony XC-75. Le système fut choisi non pas pour sa performance mais plutôt pour son implémentation réelle. Les mesures furent performées en utilisant une cible DOF 1-40. La cible nous permet de mesurer la profondeur de champ à soit 1, 10, 20 ou 40 lp/mm sur une profondeur maximale de 50mm. La résolution de champ plat de ce systèmes est approximativement 15lp/mm à un grossissement primaire de 0.3X. pour le but de notre expérience, une résolution de point flou de 0.1mm ou 10lp/mm fut choisie. Les mesures de profondeur de champ furent prises à trois paramètres d'ouverture correspondant à f/2, f/4, et f/8. Un point important devrait être notifié au sujet des paramètres d'ouverture. Le nombre-f indiqué sur la plupart des objectifs à distance fixe est calculée avec l'objet à l'infini. En conséquence, nous avons ajusté notre NA et donc nos valeurs d'ouverture pour une distance de travail de 95mm.

La table ci-dessous indique les résultats de profondeur de champ pour d mesurée/calculée et delta d (δ+ + δ). par comparaison, nous avons listé les calculs de la théorie delta.

Les valeurs ci-dessous surlignent un nombre de points à considérer. En général nos delta d calculés et mesurés sont bien proches. Cependant, le déplacement de l'image du aux abérrations hors point non prédites par nos calculs. Ce type d'erreur de déplacement pourrait certainement être problématique si le système contenait un auto iris. Si nous comparons nos résultats mesurés à la théorie delta, nous remarquons une variation importante. Comme mentionné plus tôt, cette variation est dûe à une fausse supposition concernant la résolution su système.

Une autre propriété qui devrait être notifiée dans nos observations DOF 1-40 est le grossissement non uniforme vu à travers la gamme de profondeur de champ. C'ets un problème très commun dans de nombreux objectifs, comme indiqué plus tôt, pouvant amener d'importantes erreurs si les mesures sont faites à travers la gemme complète de profondeur de champ. Edmund Industrial Optics procure de nombreuses options télécentriques pour corriger ce type d'erreur.

Au final, c'est la performance totale d'un système optique qui compte. En tant que fournisseur et fabricant d'optiques, d'illumination, de caméras CCD, moniteurs, montage, et imagerie électronique, Edmund Industrial Optics a la connaissance et les ressources pour compacter votre application en un sytsème complet. En fait, des outils innovatifs tels que le DOF 1-40 vient de notre besoin personnel pour quantifier la performance d'un système. Si vous êtes donc à la recherche de composants individuels qui peuvent être intégrés dans votre système ou commencer du début, nos ingénieurs sont prêts à vous aider.

Table

References

  1. Smith, Warren J. Modern Optical Engineering. 2nd ed. New York, NY: McGraw-Hill Education, 1990.
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