Sensor de cámara y círculo de imagen en lentes zoom: reglas de tubo de 1X a 2X

Respuesta directa: el círculo de imagen del lente tiene que ser al menos tan ancho como la diagonal del sensor, o las esquinas quedan oscuras. Los datos de la serie 4K de POMEAS fijan tres fronteras duras de tubo: un sensor de 1 pulgada necesita tubo TV de 1X o mayor, un sensor de 4/3 de pulgada necesita 1,5X o mayor, y un sensor de Φ32 mm necesita 2X. Cualquier combinación marcada como no soportada en la tabla oficial queda fuera. En la tabla oficial de selección de 6,5X, la columna de 1/3 de pulgada no marca viñeteo en ninguna combinación, mientras que una prueba interna a bajo aumento sobre una cámara de clase 2/3 de pulgada llenó solo el 72,5 por ciento del ancho del sensor, con las esquinas a brillo cero.

La regla única: círculo de imagen contra diagonal

El círculo de imagen es la región circular del plano imagen sobre la que el lente entrega luz utilizable. El sensor es un rectángulo inscrito en ese círculo, y la dimensión que manda es la diagonal, no el ancho ni el alto. Si el círculo es al menos igual a la diagonal, todos los píxeles reciben luz. Si es menor, las esquinas caen fuera de la zona iluminada y registran negro: la firma clásica del viñeteo.

Ese dato se publica por modelo. En zoom industrial, el PMS-LZ-63100 y el PMS-LZ-63101 trabajan sobre sensores de hasta 2/3 de pulgada, mientras que el PMS-LZH-7500 (4K) está pensado para formatos mayores; en telecéntricos, el PMS-LTCM1-110 declara el círculo de imagen junto a la distancia de trabajo de 110 mm.

Un sensor de 2/3 de pulgada mide 8,8 × 6,6 mm y su diagonal es de unos 11 mm, así que el círculo tiene que abarcar aproximadamente 11 mm para cubrirlo. En un sistema zoom hay tres cosas que mueven ese círculo: el formato nativo del cuerpo zoom, el aumento del tubo TV o adaptador de cámara, y cualquier lente de aproximación frontal u objetivo APO. Un tubo de mayor aumento agranda la imagen intermedia y ensancha el círculo; uno de menor aumento lo encoge. Esa relación es la razón por la que los datos oficiales atan cada formato de sensor a un factor mínimo de tubo.

La tabla oficial de fronteras

Para sensores mayores que 2/3 de pulgada, la tabla de la serie 4K fija un aumento mínimo de tubo TV o adaptador de cámara.

La tabla se lee como regla dura, no como preferencia. Emparejar un sensor grande con un tubo demasiado pequeño y la documentación marca la combinación como no soportada, es decir que el círculo no cubrirá el sensor. Entonces fallan dos cosas a la vez: las esquinas se oscurecen y el área extra de sensor que se pagó no registra nada. Ningún ajuste lo recupera, porque es una frontera óptica y no un límite de firmware.

Por qué 1/3 de pulgada nunca marca viñeteo

En la tabla oficial de selección de 6,5X —que cubre lentes de aproximación de 0,25X a 2X combinados con adaptadores de 0,5X, 1X y 2X sobre sensores de 1/3, 1/2 y 2/3 de pulgada— la columna de 1/3 de pulgada no lleva ninguna marca de viñeteo. Es la única columna de la tabla con cero marcas. La misma tabla contiene alrededor de dieciocho notas que advierten que habrá viñeteo en uso real, y todas están en las columnas de formato mayor, concentradas en el extremo de bajo aumento: lentes de aproximación de 0,25X a 0,75X sobre sensores grandes, por ejemplo un sensor de 2/3 de pulgada detrás de un adaptador de 0,5X.

La razón es geometría simple: una diagonal de 1/3 de pulgada es lo bastante pequeña para quedar dentro del círculo de imagen que proporciona un camino óptico de clase 1/3 en todos los emparejamientos documentados. Para visión general, alineación y verificación de pick and place, eso convierte al formato pequeño en una opción de bajo riesgo. El precio es el número de píxeles: un sensor pequeño tiene menos, así que para medición submicrométrica hay que subir de formato y entonces respetar las fronteras de tubo de arriba.

Las dos formas en que aparece un desajuste

La primera es el sensor mayor que el círculo. Una medición interna de POMEAS (2448 × 2048, cámara de clase 2/3 de pulgada, abril de 2026) capturó el fallo en el extremo de bajo aumento de una combinación ensayada: el campo iluminado formaba un círculo limpio de 1774 píxeles de diámetro, el 72,5 por ciento del ancho del sensor y el 78,6 por ciento de su diagonal, mientras las cuatro esquinas medían brillo cero, una diferencia esquina a centro del −100 por ciento. El borde del círculo era duro y su centro caía a menos de 50 píxeles del centro del sensor, de modo que la causa es geometría óptica y no desalineación ni sombreado. Al subir el aumento en la misma muestra, el brillo de esquina se recuperó, el borde circular duro desapareció y la diferencia esquina a centro se estrechó hasta cerca de −82 por ciento.

La segunda forma es más silenciosa: el sensor cabe, pero el sistema trabaja en el borde del círculo y la caída de iluminación se confunde con falta de luz. Aquí no hay esquinas negras, hay esquinas grises, y el operador sube la exposición hasta quemar el centro. El diagnóstico correcto es medir el perfil de brillo a lo ancho del sensor antes de tocar la iluminación, y comparar el resultado con el patrón de caída esperado.

Qué hacer si la combinación no cierra

Hay cuatro salidas, en orden de costo. Subir el multiplicador de tubo, que ensancha el círculo y además aumenta la ampliación, con lo que el campo se reduce. Bajar de formato de sensor, que es la salida más económica cuando el requisito de resolución lo permite. Cambiar de cuerpo zoom por uno de formato nativo mayor. O pasar a otra familia óptica: si el requisito dimensional es estricto y el formato grande es obligatorio, la ruta telecéntrica con objetivos de formato nativo propio resuelve el círculo desde el diseño, y el criterio de emparejamiento es distinto porque el telecéntrico no depende de un tubo intermedio para cubrir. Ese caso está tratado en sensor y círculo de imagen en lentes telecéntricas y en lente telecéntrica para cámara de 1 pulgada.

Cuando la pérdida aparece solo en las esquinas y con el aumento bajo, el origen puede ser otro: la caída natural del coseno a la cuarta o una apertura física insuficiente en el frontal. El diagnóstico por síntoma está en viñeteo en lentes industriales: tres causas y soluciones. Si además los bordes salen mal definidos y no solo oscuros, el problema es de definición y no de iluminación: el procedimiento está en bordes mal definidos en lente telecéntrica, aplicable al mismo tipo de síntoma en zoom.

Resumen

Comparar diagonal con círculo, no ancho con ancho. Respetar las tres fronteras de tubo de la tabla oficial: 1X para 1 pulgada, 1,5X para 4/3 y 2X para Φ32 mm. Tratar la columna de 1/3 de pulgada como la opción de bajo riesgo y no como una excepción del catálogo. Y cuando el sensor no cabe, decidir entre tubo, formato y familia óptica antes de pedir el lente, porque el error no se corrige después.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el aumento mínimo de tubo para un sensor de 4/3 de pulgada?

1,5X o mayor, según la tabla de la serie 4K. Por debajo de ese valor la combinación aparece marcada como no soportada, lo que en la práctica significa que el círculo de imagen no cubrirá la diagonal del sensor. Un sensor de 4/3 de pulgada tiene una diagonal de aproximadamente 22 mm, de modo que el círculo proyectado tiene que superar esa cifra antes de que el tubo empiece a ampliarlo.

¿Por qué una cámara de 1/3 de pulgada no muestra viñeteo en ninguna combinación?

Porque su diagonal es lo bastante pequeña para quedar dentro del círculo de imagen que entrega un camino óptico de clase 1/3 en todos los emparejamientos documentados. En la tabla oficial de 6,5X, que cruza lentes de aproximación de 0,25X a 2X con adaptadores de 0,5X, 1X y 2X, la columna de 1/3 de pulgada es la única sin ninguna marca de viñeteo, mientras las advertencias se concentran en las columnas de formato mayor y en el extremo de bajo aumento.

¿Qué implica que una combinación de sensor y tubo esté marcada como no soportada?

Que es una frontera óptica, no un límite de configuración. Con un sensor mayor que el círculo, las esquinas quedan fuera de la zona iluminada y registran negro, y el área adicional de sensor que se pagó no aporta información. Ningún ajuste de exposición, ganancia o firmware recupera esos píxeles: la única salida es subir el multiplicador de tubo, bajar de formato o cambiar de familia óptica.

¿Subir el aumento del zoom corrige las esquinas oscuras?

En muchos casos sí, y esa es precisamente la señal de que el problema es de círculo de imagen. En la medición interna citada, al subir el aumento sobre la misma muestra el brillo de esquina se recuperó y el borde circular duro desapareció. Pero subir el aumento también reduce el campo, así que la corrección no es gratuita: si el campo amplio era un requisito, el arreglo correcto es el tubo o el formato, no el aumento.