UV成像在检测领域的应用越来越多，能与UV成像芯片匹配的镜头在UV成像应用中发挥重要作用。

机器视觉成像应用正在从可见光波段向非可见光波段拓展，SONY推出的业界最高分辨率的紫外光（UV）成像芯片IMX487，专门针对紫外波长设计，集高精度（像元尺寸2.74μm）、高分辨率（2856×2848，813万像素）于一体，目前市面上能与之适配的镜头并不多。

为此，长步道推出高分辨率宽光谱紫外可见近红外镜头UV2501A，打破了有相机无镜头的困境，以满足行业更高精度的检测要求，为机器视觉行业发展助力。

UV2501A镜头能够适配成像芯片的高分辨率，除了支持紫外波段，还能应用于可见光波段、近红外波段，支持240~1000nm的宽光谱波段；并能在全波段内实现零焦点偏移。该镜头具有高解析度（线对数180lp/mm）、宽工作距离（0.1mm~无穷远）、大光圈（F2.0）的特点，可应用于利用紫外光和近红外光检测的材料分选、透明树脂检测以及检查高压电缆的老化情况等应用场景。



图1：长步道的高分辨率宽光谱镜头UV2501A，覆盖240~1000nm的宽光谱波段。

 

技术创新点

UV2501A镜头从光学系设计上使用特殊材料玻璃，保证了在240~1000nm波长范围内的高透过率，在超宽的波长范围内，完全校正了焦点偏移，并且结合多年的光学设计经验，设计出性能优秀、性价比高、且加工性能好的光学镜头。

由于使用了特殊材料玻璃，镜片加工过程较常规材料更有难度，因此在镜片结构设计中，结合加工难点，设计出更利于生产的镜片外形；同时由于镜片结构数量多，结构设计也充分考虑最大限度地减小结构加工公差所带来的影响。

针对索尼IMX487的2.74μm像素的紫外成像芯片设计，设计频率对应其奈奎斯特频率182lp/mm。  

在紫外和可见光波段保持共焦。


图2：UV2501A镜头特定的制程工艺，保证镜头的高性能。


图3：UV2501A镜头在紫外和可见光波段保持共焦。

 

应用案例

（1）利用UV发光检测放电现象                                                                                           

这类应用的原理是利用自然界的UV发光现象。当物体因为某种原因发生放电现象时，会激发出UV波段的光，此时利用UV成像可以检测出放电现象。

随着电力设备中电线的不断老化，老化部分会伴有放电现象并激发出UV波段的光。铁路架线也是一样。利用UV成像对电力设备和铁路架线进行观察，能简单确定劣化部位。利用这项技术，有望实现设备维护的自动化，节省人力资源。 


图4：可见光成像与UV成像结合使用，能确定电力设备老化放电的部位。

（2）利用UV的高散射性检测细小划痕

当平面上有凹凸之处时，光照射过来会发生散射，但散射的方式因光的波长而异。如果用短波长的UV光来照射，细微的凹凸也会发生散射，所以相比可见光，UV光的散射更加强烈。因此，如果用UV补光拍摄的话，能够轻松发现物体表面上的细小划痕。  


图5：金属板的划痕很难用肉眼区分，但利用UV相机搭配UV镜头拍摄，能够高效识别出划痕。

基于UV光的高散射特性，UV成像可应用于金属板表面、半导体晶圆、电池薄膜等的表面划痕检测。

（3）针对不同材质UV透过率差异的应用

不同的材料对UV光的透过率各不相同。可见光能透过塑料和玻璃等材料，利用可见光拍摄时，塑料和玻璃看起来都是透明的。而使用UV照射时，不同材料对UV光的透过率有所不同。透过率高的材料拍摄出来是透明的，而透过率低的材料拍摄出来的图像，则呈现暗黑色。


图6：可见光和UV光拍摄的图像对比。材料的通用名称：① PET：聚对苯二甲酸乙二醇酯；②PMMA：亚克力树脂；③PC：聚碳酸酯；④PVC：聚乙烯。

（4）利用生物对UV光吸收率不同的相关应用

不同种类的生物对UV光的吸收率也各有不同，即使是同种生物也会因为发育阶段的不同而出现差异。另外，当UV光照射在生物的皮肤表面上时，有可能会看到可见光下难以看到的信息。

某些昆虫的雌性和雄性对UV光的吸收率不同，可通过UV成像系统来分辨性别。比如，UV拍摄的图像中，雄性菜粉蝶呈现深黑色。反过来，如果能确认研究对象的UV特性，也可以利用UV成像技术来观察和搜索特定生物。


图7：雌雄菜粉蝶的可见光成像和UV成像对比。

在制造领域，利用紫外光谱的机器视觉检测需求正在不断增加，其需要检测的内容也日益多样化。为此，对紫外镜头的功能和性能也提出了越来越高的要求。长步道推出的新一代紫外镜头，更多是从UV光谱的应用场景出发，开发出紫外与可见光谱的共焦性能，为拍摄提供更好的便利性。

文章来源：湖南长步道光学科技有限公司

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