Lente zoom con objetivos APO: aumento total y viñeteo

Respuesta directa: el aumento total es el aumento del cuerpo de zoom multiplicado por el del tubo de TV, por el del objetivo APO y por 0,55, que es el factor de acoplamiento del adaptador APO. Un cuerpo de zoom de 6,5X con un objetivo APO de 2X recorre aproximadamente 0,77X a 4,95X. Cuando aparece viñeteo, se concentra en el extremo de bajo aumento.

Combinar un zoom continuo con objetivos APO (apocromáticos) es la forma estándar de construir un sistema de microscopía industrial de amplio rango: una sola lente cubre desde la visión general de la placa hasta el detalle submicrométrico, sin cambiar de óptica.

Cómo funciona la combinación

Una configuración típica apila tres etapas ópticas: cuerpo de zoom, tubo de TV, objetivo frontal y el factor 0,55 del adaptador APO. El resultado es el aumento óptico total. En el catálogo, el cuerpo motorizado PMS-LZ-650104 cubre 0,7X a 4,5X con relación 6,5:1, distancia de trabajo de 82 más menos 2 mm y sensor de 2/3 de pulgada; el PMS-LZL-12100 cubre 0,58X a 7,5X con relación 12,5:1, distancia de trabajo de 77,4 más menos 2 mm y diseño telecéntrico.

El cuerpo de zoom se elige primero y condiciona el resto del cálculo: el PMS-LZL-12100 aporta la plataforma 12,5X (0,58×–7,5×), el PMS-LZL-12101 la misma relación con iluminación coaxial y el PMS-LZH-14105k entrega la relación 14X con luz coaxial para el extremo de mayor resolución.

Los objetivos APO frontales añaden un factor fijo. Estos son los datos publicados de la serie MPO:

La distancia de trabajo no es monótona en esta serie: el objetivo de 5X ofrece la mayor, con 45,3 mm, porque existe una segunda subvariante que trabaja a 33,6 mm, mientras que el de 50X trabaja a 18,9 mm. Ese detalle importa al diseñar el utillaje, porque el objetivo de mayor aumento es también el que menos sitio deja.

Con un tubo de TV de 1X y el factor de acoplamiento de 0,55, los rangos combinados teóricos quedan así: un zoom de 6,5X con APO de 2X va de 0,77X a 4,95X; el mismo cuerpo con APO de 5X va de 1,93X a 12,4X. Son cifras calculadas por multiplicación, no una tabla oficial de combinaciones.

Por qué el viñeteo aparece en el extremo de bajo aumento

El viñeteo no es uniforme en todo el recorrido: se concentra abajo. En mediciones internas, el campo iluminado se reduce a un círculo de 1774 píxeles, es decir el 72,5 por ciento del ancho de un sensor de 2/3 de pulgada, con brillo nulo en las esquinas.

La razón es geométrica. Al bajar el aumento, el sistema tiene que proyectar un campo objeto mayor sobre el mismo sensor, y el haz que llega a las esquinas se abre más; si el diafragma interno o el acoplamiento del adaptador no lo acompaña, esas esquinas quedan fuera del campo iluminado. Es el mismo mecanismo de recorte del círculo de imagen que se describe en sensor y círculo de imagen, aplicado a un sistema compuesto.

La consecuencia práctica es que la aceptación del viñeteo tiene que decidirse por tramo de aumento, no para el sistema entero. Un sistema que se ve correcto a 5X puede tener las esquinas negras a 1X, y si la aplicación mide en las esquinas a bajo aumento, el problema aparece justo cuando nadie lo espera.

Qué confirmar antes de comprometer una combinación

Primero, el aumento total real a cada posición del zoom, no solo en los extremos. Segundo, el comportamiento del viñeteo en el extremo bajo, con la apertura de trabajo y no con el diafragma cerrado, porque cerrar enmascara el recorte. Tercero, la distancia de trabajo del objetivo APO elegido contra el espacio disponible, sobre todo si el aumento es alto. Cuarto, si el sistema necesita telecentridad, porque un cuerpo de zoom estándar no la ofrece y el diseño telecéntrico aparece en modelos concretos como el PMS-LZL-12100.

El procedimiento de centrado y parfocalidad del conjunto, que incluye la verificación de que el aumento se mantiene tras cada cambio, está en parfocalidad y centrado en lentes zoom. Para el cálculo de campo a partir del aumento, zoom y aumento: en qué se diferencian.

Aplicaciones típicas

La combinación zoom más APO es la arquitectura habitual en inspección de semiconductor y de extremo de fibra: se necesita visión general de la oblea o del conector y, en el mismo montaje, detalle de una micra. En el catálogo hay casos documentados de inspección de extremo de conector de fibra con objetivo APO, donde el rango de aumentos es la razón de elegir esta arquitectura en lugar de dos estaciones. El caso está en inspección de extremos de conector de fibra óptica.

La otra aplicación clásica es el microscopio industrial digital: cuerpo de zoom, objetivo APO y enfoque automático, en lugar de un microscopio de platina. La conversión de aumentos entre microscopio y visión artificial está en del microscopio a la visión artificial y en microscopio 400X frente a aumento.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula el aumento total de un zoom con objetivo APO?

Multiplicando el aumento del cuerpo de zoom por el del tubo de TV, por el del objetivo APO y por 0,55, que es el factor de acoplamiento del adaptador APO.

¿Qué aumento se consigue con un zoom de 6,5X y un APO de 2X?

Aproximadamente 0,77X a 4,95X, calculado por multiplicación con el factor 0,55. Con un APO de 5X, el mismo cuerpo recorre aproximadamente 1,93X a 12,4X.

¿Por qué hay viñeteo a bajo aumento y no a alto?

Porque al bajar el aumento el sistema proyecta un campo objeto mayor y el haz hacia las esquinas se abre más. En mediciones internas el campo iluminado baja a 1774 píxeles, el 72,5 por ciento del ancho de un sensor de 2/3 de pulgada, con brillo nulo en las esquinas.

¿Cuál es el objetivo APO con más distancia de trabajo?

El de 5X, con 45,3 mm en una de sus subvariantes (la otra trabaja a 33,6 mm). El de 50X solo ofrece 18,9 mm, y el de 2X queda en 33,7 mm.

Lecturas relacionadas

Para el viñeteo como síntoma, viñeteo en lentes industriales: tres causas. Para elegir cuerpo de zoom, 6,5X frente a 12,5X. Para el formato de sensor, sensor y círculo de imagen.