La respuesta rápida
Acertar en la selección de objetivos FA de montura C se reduce a tres frases. Primera: el círculo de imagen del objetivo debe cubrir por completo la diagonal del sensor. Segunda: su resolución óptica debe alcanzar o superar la frecuencia de Nyquist del sensor. Tercera: la distancia de trabajo y el campo de visión determinan la distancia focal; todo lo demás es secundario. Solo después de resolver estas tres cuestiones conviene sopesar la apertura, los límites de distorsión, las restricciones mecánicas y el control de enfoque. Los siete pasos siguientes convierten esa lógica en una lista de verificación repetible.
Paso 1: Empezar por el sensor — círculo de imagen y emparejamiento de lp/mm
La mayoría de los errores de selección empiezan aquí, así que empiece aquí. Si todavía está decidiendo qué tipo de objetivo necesita la tarea, nuestra guía de óptica para visión artificial aborda primero las cuatro variables y los límites físicos.
Círculo de imagen ≥ diagonal del sensor. Un objetivo proyecta una imagen circular; el diámetro útil de ese círculo es el círculo de imagen. Si el círculo de imagen es menor que la diagonal del sensor, las esquinas quedarán oscuras y desenfocadas: ninguna corrección por software puede recuperar información que nunca llegó al sensor.
Un sensor de 2/3″ tiene una diagonal de ~11 mm y necesita un objetivo con un círculo de imagen de 11 mm o mayor.
Un sensor de 1,1″ mide nominalmente 17,6 mm en diagonal, y los modelos de 24,5 MP que realmente se comercializan en esa clase llegan a unos 19 mm. Un objetivo «de formato 2/3″», por muy nítido que sea en el eje, producirá un viñeteado severo en un sensor de 1,1″.
Resolución óptica ≥ frecuencia de Nyquist del sensor. Un sensor solo puede aprovechar el detalle hasta su límite de Nyquist:
Nyquist (lp/mm) = 1 / (2 × tamaño de píxel en mm)
Ejemplo A — píxeles de 2,74 µm, el paso que hay detrás de los sensores de 24,5 MP de clase 1,1″ actuales: Nyquist ≈ 1 / (2 × 0,00274) ≈ 182 lp/mm. El objetivo debe ofrecer una MTF significativa a 182 lp/mm no solo en el centro, sino también hacia las esquinas de un círculo de ~19 mm. Un objetivo genérico «de 5 MP» no puede hacerlo.
Ejemplo B — sensor 2/3″ de 10 MP, con píxeles de 2,5 µm: Nyquist ≈ 200 lp/mm sobre un círculo de 11 mm. Esto es aún más exigente por milímetro, y por eso Josight publica curvas MTF a la frecuencia de Nyquist para cada modelo en lugar de limitarse a poner una etiqueta de «megapíxeles».
Regla general: compruebe primero el círculo de imagen y la MTF en Nyquist de la ficha técnica del objetivo, y trate con escepticismo las clasificaciones de «megapíxeles» del marketing.
Paso 2: Fijar la distancia focal a partir de la distancia de trabajo
Una vez confirmada la cobertura del sensor, la geometría nos da la distancia focal:
FOV ≈ Ancho del sensor × WD / f → f ≈ Ancho del sensor × WD / FOV
Esta es la aproximación de lente delgada y es suficientemente precisa mientras la magnificación m = ancho del sensor / FOV se mantenga pequeña. La relación exacta es f = m·WD/(1+m): con m = 0,03 la aproximación tiene un error inferior al 3 %, pero con m = 0,2 se queda corta un 20 %, y con m = 0,5 un 33 %. En cualquier caso cercano a macro o a medición de alta magnificación, use la forma exacta.
Ejemplo resuelto: un sensor de 2/3″ (9,6 mm de ancho), distancia de trabajo 250 mm, campo de visión requerido 300 mm:
f ≈ 9,6 × 250 / 300 ≈ 8 mm → elija un objetivo FA de 8 mm.
Dos notas prácticas:
Calcule la WD desde la parte frontal del barril del objetivo e incluya el grosor de cualquier ventana de protección o filtro.
Deje un margen de WD del 10–20 %. Si las posiciones de su producto varían en ±20 mm, un objetivo cuya WD nominal quede justo en el borde de la tolerancia se desenfocará.
La serie de 8 / 16 / 25 / 35 / 50 mm de Josight cubre las combinaciones habituales de FOV–WD para sensores de 2/3″ y 1,1″; elija la distancia focal cuya WD nominal centre su banda de tolerancia, no la que simplemente la alcance.
Paso 3: Apertura — profundidad de campo frente a luz frente a difracción
La apertura es un compromiso entre tres factores:
Abierta (número F bajo): más luz, exposición más corta, pero poca profundidad de campo y aberraciones residuales.
C errado (número f alto): mayor profundidad de campo, pero la difracción suaviza el detalle. A f/8 el disco de Airy mide ≈ 2,44 × 0,55 µm × 8 ≈ 10,7 µm, es decir, unos cuatro píxeles de 2,5 µm. Pero la prueba decisiva no es esa relación; es el corte por difracción 1/(λN) frente al Nyquist del sensor 1/(2p). A f/8 el corte es de 227 lp/mm, mientras que un sensor de 2,5 µm necesita 200 lp/mm, así que f/8 sigue siendo utilizable. Dos pasos más, a f/11, el corte baja a 165 lp/mm y realmente estás desperdiciando píxeles. En un sensor de 2 µm (Nyquist 250 lp/mm) el límite llega antes: f/8 ya falla y la ventana se cierra cerca de f/5,6.
Para la mayoría de los objetivos FA sobre píxeles de 2,5–3,45 µm, el punto óptimo óptico es f/4 – f/5,6: las aberraciones están bien corregidas, la difracción sigue siendo aceptable y hay luz suficiente. En píxeles de ≤2,5 µm la ventana se desplaza hacia el extremo abierto y f/2,8 se vuelve utilizable, no porque la difracción haya mejorado, sino porque ya no puedes permitirte cerrar el diafragma.
Si tu aplicación tiene objetivos planos de un solo plano (lectura de códigos, OCR de superficies), trabaja cerca del punto óptimo. Si necesitas profundidad (piezas situadas a distintas alturas), elige el número f más pequeño que aún mantenga tu banda de tolerancia enfocada y luego añade luz o ganancia según sea necesario.
Un límite físico que conviene conocer: la tensión entre difracción y píxeles empeora a medida que los píxeles se reducen. En sensores de 2,x µm la ventana utilizable se estrecha hasta aproximadamente f/2,8–f/5,6, siendo f/4 normalmente el mejor compromiso entre aberración residual y difracción, porque cerrar el diafragma para ganar profundidad de campo consume primero la resolución de píxeles. No existe un número f que maximice a la vez la luz, la profundidad de campo y la nitidez: ese límite lo marcan las leyes de la óptica, no la gama de precio.
Paso 4: Límites de distorsión — definirlos según la aplicación
La distorsión curva las líneas rectas; cuánta puedes tolerar depende de lo que haga el sistema de visión:
Aplicación | Límite de distorsión recomendado |
|---|---|
Medición de precisión / metrología | ≤ 0,1 % (más calibración por software) |
Inspección de defectos, comprobación de presencia | ≤ 0,3–0,5 % |
Lectura de códigos, OCR, guiado | ≤ 1 % |
La distorsión es peor en los bordes del campo, así que evalúala en todo el FOV, no solo en el centro. Para tareas de medición, prefiere diseños de baja distorsión y presupuesta una calibración única con una mira de rejilla incluso cuando el objetivo esté especificado con ≤ 0,1 %.
Conoce qué puede corregir el software y qué no. Corregible: distorsión radial y tangencial a una WD fija con una calibración estable; aberración cromática lateral (remuestreo por canal); viñeteado y caída de iluminación (campo plano); ruido de patrón fijo; y desenfoque leve, si la PSF es conocida y la SNR es alta (las ganancias reales suelen ser de 1,5–2×, no un milagro). No corregible: cualquier cosa más allá del corte por difracción 1/(λN), cualquier cosa fuera del círculo de imagen (literalmente cero señal), el aliasing y el muaré, las altas luces saturadas o recortadas, y la información de profundidad ausente en una única vista. La calibración complementa una buena óptica; no la sustituye.
Paso 5: Parámetros mecánicos — longitud, rosca de filtro, bloqueos
La óptica pasa la revisión y entonces llama el integrador de la estación. Comprueba:
Longitud y diámetro totales: un objetivo FA de 50 mm puede superar los 70 mm de longitud de barril; verifica el espacio libre respecto a la iluminación, los cerramientos y las trayectorias del robot.
Rosca de filtro: si prevés usar polarizadores, ventanas protectoras o filtros de paso de banda, confirma que el tamaño de rosca (p. ej., M27 × 0,75) exista en la distancia focal que elegiste, no solo en los modelos populares.
Bloqueos de enfoque y de diafragma: los entornos con mucha vibración (líneas de envasado, celdas CNC) necesitan tornillos prisioneros para evitar que el enfoque y la apertura se desplacen.
Paso 6: ¿Enfoque motorizado o manual?
Para una estación fija que inspecciona un solo producto a una sola altura, un objetivo de enfoque manual con tornillos de bloqueo es una solución de configurar y olvidar: la opción más económica.
Las versiones motorizadas (enfoque eléctrico) justifican su sobreprecio cuando la distancia de trabajo cambia entre productos o lotes, cuando las estaciones son de difícil acceso o se despliegan de forma remota, o cuando hay que reconfigurar muchas cámaras según la receta. La óptica suele ser la misma; lo que se paga es un accionamiento en bucle cerrado y la repetibilidad. En Josight, las versiones motorizada y manual comparten la plataforma óptica idéntica, de modo que una actualización en campo no requiere un nuevo diseño óptico y, por lo general, solo una recalibración a escala única. Consulte nuestro artículo complementario, «Motorized vs Manual FA Lenses: When Does Electric Focus Actually Pay Off», para conocer la lógica de decisión completa.
Paso 7: Consistencia entre lotes y datos de prueba
Si va a desplegar una sola cámara, un objetivo excelente es todo lo que necesita. Si fabrica máquinas —diez, cien o una flota que sus clientes reconfiguran en campo—, necesita consistencia:
Informes de prueba de MTF y distorsión serializados por objetivo, no solo curvas de tipo.
Una tolerancia estrecha en la posición de enfoque dentro del lote, de modo que un objetivo pueda sustituirse sin reenfocar la estación.
Revisiones de fabricación documentadas para que un objetivo de repuesto se comporte como el que reemplaza.
Pida al proveedor informes de prueba de muestra antes de cerrar la integración en el diseño. Una hoja de datos le dice lo que logró un prototipo; un informe de prueba le dice lo que realmente recibirá. Josight entrega los objetivos FA con datos medidos por unidad precisamente porque la diferencia entre una curva de tipo y un informe serializado es exactamente la brecha que aparece en su línea de producción.
Tres errores comunes de selección
Comprar un objetivo «de altos megapíxeles» para un sensor de alta resolución. La etiqueta «megapíxeles» es marketing: lo único que importa es la curva de MTF en Nyquist sobre el círculo de imagen de su sensor.
Ignorar el círculo de imagen hasta que las esquinas se oscurecen. Un objetivo de formato 2/3″ sobre un sensor de 1,1″ no queda «ligeramente recortado»: es inservible.
No dejar margen de distancia de trabajo. Una WD nominal que queda justo en el borde de la tolerancia del producto producirá desenfoques intermitentes que nadie podrá reproducir en el banco.
Visión de futuro: hacia dónde se dirige la selección de montura C
Tres cambios modificarán la forma de aplicar esta lista de verificación en los próximos años:
• Los sensores de clase 50 MP y los píxeles de 2,x µm se generalizan. El factor limitante migra de la cámara al objetivo: la MTF en las esquinas, el descentrado y la luz parásita deciden cuántos de esos píxeles son realmente utilizables. Cabe esperar que la MTF referenciada a Nyquist y resuelta en campo pase a ser una expectativa mínima en lugar de un elemento diferenciador.
• Selección de objetivos asistida por IA. Ya están apareciendo configuradores que ingieren la hoja de datos del sensor, la WD y el tamaño de la característica y preseleccionan candidatos automáticamente. Solo son fiables cuando se entrenan con datos medidos por objetivo, y por eso las curvas medidas, y no las nominales, siguen siendo la verdadera ventaja defensiva.
• El techo de la montura C, y por qué es mecánico y no óptico. Lo fijan dos cifras contundentes. Primero, la distancia de brida de 17,526 mm solo deja unos pocos milímetros detrás de la montura para el grupo trasero, y por eso las distancias focales cortas se quedan sin espacio a medida que crece el formato. Segundo, la rosca de 1″-32 tiene 25,4 mm de diámetro con una apertura libre de unos 22–23 mm, de modo que el círculo de imagen utilizable queda limitado a unos 22–24 mm, que es exactamente por lo que 4/3″ (21,6 mm) es el límite práctico. La verdadera escalera de formatos por encima de la montura C va de 1,1″ (17,6 mm) → 4/3″ (21,6 mm) → APS-C (28,1 mm) → APS-H / fotograma completo (43,3 mm), y los sensores industriales de gran formato como el de 1,8″ (por ejemplo, 127 MP a 3,45 µm) requieren montura F, M42×1, M48, M58×0,75, M72×0,75 o M90. Diseñe su mecánica de modo que un cambio de montura no suponga un rediseño completo cuando llegue su próxima generación de cámaras.
Preguntas frecuentes
P1: ¿Puedo usar un objetivo de 2/3″ en un sensor de 1,1″?
No. El círculo de imagen de 11 mm no puede cubrir la diagonal de 17,6 mm y las esquinas quedarán negras. La única excepción es una aplicación deliberada con ROI central; en ese caso, vuelva a evaluar la MTF sobre ese ROI, porque el objetivo tampoco fue optimizado para ello.
P2: ¿Cómo sé cuántos lp/mm necesita mi objetivo?
Tome el tamaño de píxel en milímetros y calcule 1 / (2 × tamaño de píxel). Un sensor de 2,74 µm necesita ~182 lp/mm; un sensor de 3,45 µm necesita ~145 lp/mm.
P3: ¿Un «objetivo de 25 MP» hace más nítida mi cámara de 2/3″ y 10 MP?
Solo si su MTF a la frecuencia de Nyquist de su sensor (200 lp/mm para píxeles de 2,5 µm) es superior a la de su objetivo actual en las mismas frecuencias, en todo el campo. Compare curvas, no etiquetas.
P4: ¿C-mount o S-mount?
El C-mount tiene una distancia de brida de 17,526 mm y es adecuado para sensores más grandes (2/3″ y superiores) con robustos barriles industriales. El S-mount (M12) tiene una brida de ~12,5 mm y es adecuado para sensores compactos de 1/2″ e inferiores. Para automatización de fábrica con 5 MP o más, los objetivos FA de C-mount son la opción estándar.
P5: ¿No puede el software corregir simplemente la distorsión y las esquinas blandas?
La distorsión estable a una WD fija: sí, con calibración. La falta de nitidez por MTF baja, difracción, desenfoque y viñeteado del círculo de imagen: no; esa información nunca se capturó. La paralaje debida a la altura de la pieza requiere un objetivo telecéntrico, no un ajuste de software.
P6: ¿Hasta qué punto puedo llevar un objetivo C-mount en cuanto a formato de sensor?
Alrededor de 1,1″ es hoy el punto óptimo práctico en todo el rango de distancias focales; 4/3″ (21,6 mm) es el límite máximo para C-mount. Los formatos mayores son posibles con distancias focales largas, pero los objetivos de distancia focal corta por encima de ~1,1″ chocan con la geometría de la distancia de brida y generalmente pasan a monturas F-mount o mayores. Compruebe siempre la MTF de esquina en su sensor exacto.
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Aviso legal
La información proporcionada en esta entrada del blog tiene únicamente fines informativos generales. Las especificaciones de los objetivos, los datos de rendimiento y la disponibilidad de los productos están sujetos a cambios sin previo aviso. El rendimiento real puede variar según las condiciones de la aplicación, la configuración del sistema y los factores ambientales. Josight no ofrece garantías, expresas ni implícitas, sobre la exactitud, integridad o idoneidad de la información aquí contenida. Los lectores deben realizar sus propias pruebas y validaciones antes de tomar decisiones de compra.
