Lente zoom + objetivos metalográficos APO: la matriz de configuración

Cinco objetivos APO y cuatro tubos TV sobre un mismo cuerpo zoom de 6.5X cubren de 0.39X a 247.5X: esta es la cuadrícula de la lente zoom con objetivos APO que decide qué celda se pide.

Cada cifra de este artículo es una especificación publicada o un cálculo a partir de datos publicados, marcada como calculado cuando lo es. La profundidad de campo de la combinación está deliberadamente ausente: los valores de profundidad de campo pertenecen al objetivo, no al conjunto montado.

Por qué existe la ruta APO

Un cuerpo zoom es un sustituto capaz de un microscopio hasta su techo de resolución, y la tabla siguiente muestra ese techo para cada cuerpo de la gama.

Ese techo publicado es cómodo para defectos de 5 µm y suficiente para detalles de 10 µm. Deja de ser suficiente a 1 µm, donde ninguna posición de zoom crea una resolución que la óptica frontal no tiene.

Un objetivo metalográfico APO cambia el sistema óptico en lugar de añadirle un accesorio: el objetivo pasa a ser la óptica frontal de formación de imagen y el cuerpo zoom retransmite y escala lo que este entrega. Por eso sus 5 µm a 0.5 µm publicados se convierten en el nuevo techo. También por eso sube con él la NA (apertura numérica), de 0.055 a 2X hasta 0.55 a 50X. La parte "APO" tiene que ver con el color y se manifiesta como un menor fleco cromático en los bordes metálicos brillantes: APO frente a plan acromático y acromático cubre los grados de corrección.

Los objetivos usan una rosca M26 × 0.705; los adaptadores cubren las interfaces habituales, con el 75401 (adaptador APO de 20.3 mm) y el 75402 (adaptador APO de 26 mm) a la cabeza de la gama. Si aún no ha decidido si necesita un objetivo, la guía de configuración de cuatro rutas empieza un nivel antes.

La fórmula del aumento efectivo: TV × zoom × APO × 0.55

Tres multiplicadores y una constante. El tubo TV va detrás del cuerpo zoom, el cuerpo va detrás del objetivo y cada uno aporta un factor:

aumento efectivo = factor TV × posición de zoom × aumento APO × 0.55

El 0.55 es un factor de retransmisión de esta configuración: un dato confirmado, no un aumento medido. Omitirlo elimina el 45% del producto ingenuo (calculado) y es el error aritmético más común en esta ruta. Dos líneas resueltas sobre el cuerpo de 6.5X con un sensor de 2/3" (8.8 × 6.6 mm):

• APO de 5X + TV de 1X: 1 × 0.7 × 5 × 0.55 = 1.925X en el extremo angular y 1 × 4.5 × 5 × 0.55 = 12.375X en el extremo tele, así que 1.93X–12.38X (calculado), con un campo de visión horizontal de 4.6 mm hasta 0.7 mm (calculado).
• APO de 50X + TV de 2X: 2 × 0.7 × 50 × 0.55 = 38.5X hasta 2 × 4.5 × 50 × 0.55 = 247.5X (calculado), con la distancia de trabajo anclada en los 13 mm del objetivo en todo el recorrido.

Trabajar hacia atrás desde un campo de visión usa la misma aritmética: el recorrido de aumento a FOV y la herramienta calculadora de FOV.

La matriz completa: 5 objetivos APO × 4 tubos TV

Veinte celdas, una por cada par objetivo-tubo, todas calculadas sobre el cuerpo de 6.5X a lo largo de todo su recorrido de zoom de 0.7X–4.5X. Lea una fila para ver qué hace un objetivo al cambiar de tubo. Lea una columna para ver qué le hace un tubo a todos los objetivos.

Las 20 celdas calculadas como factor TV × posición de zoom (0.7X–4.5X) × aumento del objetivo × 0.55. El tubo de 0.67X aparece en parte de la documentación de POMEAS pero no tiene SKU en la tabla de selección, así que trate esa columna como SKU de TV por confirmar con POMEAS antes de pedir.

Lectura de las columnas. Los escalones entre columnas no son iguales. El paso de 0.5X a 0.67X multiplica el aumento por 1.34, el de 0.67X a 1X por 1.49 y el de 1X a 2X por 2 (calculado). Los escalones entre filas son mayores: de 2X a 5X es 2.5, de 5X a 10X es 2, de 10X a 20X es 2 y de 20X a 50X es 2.5 (calculado). La consecuencia importa mecánica y ópticamente: un escalón de TV compra aumento sin mover el objetivo, así que lo compra sin cambiar la distancia de trabajo, mientras que un escalón de objetivo reinicia ambas cosas. Si un objetivo de 10X ya está a los 34 mm de holgura previstos, un tubo de 2X lleva esa fila de 3.85X–24.75X a 7.7X–49.5X y los 34 mm siguen donde estaban.

La fila de 2X es la fila de barrido: los campos más amplios y el menor aumento. 0.39X con el tubo de 0.5X es el campo más amplio de toda la matriz, y 9.9X con el tubo de 2X es el máximo de la fila (calculado). Ninguna otra celda de la tabla queda por debajo de 0.77X.

A 5X se compra un compromiso: 0.96X–6.19X, 1.29X–8.29X, 1.93X–12.38X y 3.85X–24.75X con los cuatro tubos (calculado), todos a 35 mm, la distancia de trabajo más larga de los cinco objetivos.

La cobertura más amplia de los niveles intermedios corresponde a la fila de 10X: de 1.93X con el tubo de 0.5X hasta 49.5X con el tubo de 2X (calculado), y su separación de 34 mm es solo 1 mm más corta que la del objetivo de 5X.

La holgura empieza a apretar a 20X: 3.85X–99X con los cuatro tubos (calculado) a una distancia de trabajo de 20 mm. Por encima de 99X solo queda la fila de 50X.

Solo una fila supera 100X: la de 50X, con 9.63X en el mínimo con el tubo de 0.5X y 247.5X en el máximo con el tubo de 2X (calculado), a 13 mm, lo que condiciona más cómo se puede presentar la pieza que la propia óptica.

Las diagonales. Como la matriz multiplica, las celdas de una diagonal son numéricamente idénticas. Se llega a 1.93X–12.38X con 5X + TV de 1X o con 10X + TV de 0.5X. Se llega a 3.85X–24.75X de tres formas: 5X + TV de 2X, 10X + TV de 1X y 20X + TV de 0.5X. Se llega a 7.7X–49.5X de dos formas: 10X + TV de 2X y 20X + TV de 1X (todo calculado).

Esta es la propiedad más útil de la tabla: un aumento idéntico no significa un hardware idéntico. Misma posición de zoom, mismo campo de visión, y la distancia de trabajo, la NA, la resolución y la profundidad de campo pueden ser todas distintas. Una sección posterior desarrolla en detalle el triplete de 3.85X–24.75X.

La columna de 0.5X reduce a la mitad la banda de cada fila respecto a la celda de 1X de esa fila (calculado) y es donde vive el extremo angular de la matriz: 0.39X con el objetivo de 2X, 9.63X con el de 50X. Es también la columna más exigente ópticamente, porque el factor de retransmisión más pequeño deja el haz más cerca del borde de la abertura libre, y por eso el extremo angular de una configuración de 0.5X es lo primero que hay que comprobar sobre una pieza real.

Entre 0.5X y 1X se sitúa la columna de 0.67X, con ×1.34 sobre la celda de 0.5X (calculado). Aparece en parte de la documentación de POMEAS pero no tiene SKU en la tabla de selección de objetivos y tubos, así que cotícela como SKU de TV por confirmar y no como pieza suministrable, y esté preparado para rediseñar en torno a la columna de 0.5X o de 1X si no está disponible.

La referencia para toda la cuadrícula es la columna de 1X: no se añade aumento detrás del objetivo, así que la banda es simplemente el aumento del objetivo por el recorrido de zoom por 0.55. Por eso 1.93X–12.38X con el objetivo de 5X y 3.85X–24.75X con el de 10X son las dos bandas que le da un tubo de 1X (calculado), y las dos que más aparecen en los planos existentes.

Duplicar la banda de 1X es lo que hace la columna de 2X (calculado), y lo que hace alcanzable 247.5X con el objetivo de 50X. También pone fin a la vida útil de los objetivos bajos: el de 2X con un tubo de 2X llega como máximo a 9.9X (calculado), así que si el objetivo está por encima de 10X, el objetivo de 2X queda descartado sea cual sea el tubo que ya tenga.

Donde la matriz deja de ayudar. Tres celdas requieren cuidado antes de pasar a un plano:

• La fila de 50X necesita 13 mm de holgura y una repetibilidad de enfoque casi submicrométrica, así que suele llegar con un utillaje dedicado en lugar de como una adaptación posterior.
• La fila de 2X con TV de 0.5X es el campo más amplio y la celda más tolerante, pero también es la celda en la que un sensor de 1" resulta más tentador y más equivocado, porque el círculo de imagen del cuerpo es de 2/3".
• La columna de 0.67X arrastra un SKU sin resolver, lo que la convierte en la única columna en la que la óptica se conoce y la referencia no.

En milímetros. Las bandas de aumento son difíciles de visualizar en una revisión de diseño, así que aquí van cinco celdas como campo de visión horizontal sobre un sensor de 2/3" (8.8 mm de ancho), cada una calculada como 8.8 ÷ aumento efectivo.

Observe la dirección del intercambio: bajar una fila multiplica el aumento por 2 a 2.5 y divide el campo de visión por ese mismo factor (calculado), mientras que la distancia de trabajo cae de 35 mm a 5X a 13 mm a 50X. Un campo de visión de 4 mm sale de la celda de 5X + 1X a 35 mm; la celda de 20X + 1X da 1.1 mm a 20 mm. La misma tabla, otro trabajo.

Una fila, cuatro tubos. Los mismos números como corte vertical hacen concreta la decisión del tubo. Abajo está toda la fila de 5X en milímetros de campo horizontal sobre 2/3", con la distancia de trabajo que nunca se mueve; el campo horizontal se calcula como 8.8 ÷ aumento efectivo.

Lea juntas la segunda y la cuarta fila y el intercambio salta a la vista: el campo se reduce por un factor de cuatro a lo largo de la fila (calculado) y lo único que ha cambiado es un tubo detrás del objetivo. Si una pieza en movimiento necesita 8 mm de campo a 35 mm de separación, el objetivo de 5X lo cubre: en el extremo angular con el tubo de 0.5X y más arriba en el zoom con el tubo de 1X.

Si su cuerpo es un 12.5X, todas las celdas cambian. El recorrido de zoom pasa a 0.58X–7.5X, así que APO de 5X + TV de 1X pasa a 1.595X–20.625X en lugar de 1.93X–12.38X (calculado); todas las demás celdas se desplazan con las mismas dos razones: 0.829 en el extremo bajo (0.58X ÷ 0.7X) y 1.667 en el extremo alto (7.5X ÷ 4.5X) (calculado).

No copie un número de esta tabla a una cotización de 12.5X: recalcúlelo. El cuerpo de 12.5X se gana su lugar por la distorsión y por su resolución de 3.05 µm desde 4.5X, no por heredar esta cuadrícula; aumento y viñeteado con objetivos APO cubre el lado óptico de esa elección de cuerpo, y la guía de configuración sobre con qué cuerpo empezar cubre la comparación a nivel de cuerpo.

En la ruta APO, la distancia de trabajo la fija el objetivo

En una ruta de clase A, el objetivo frontal cambia a la vez la distancia de trabajo y el aumento. La ruta APO no: el objetivo es la óptica frontal y es dueño de la distancia de trabajo, mientras que el cuerpo y el tubo que van detrás solo escalan la imagen.

El objetivo de 5X lo demuestra con claridad: 0.96X–6.19X con un tubo de 0.5X y 3.85X–24.75X con un tubo de 2X (calculado). El aumento y el campo de visión se mueven ambos por un factor de 4; la distancia de trabajo se queda en 35 mm.

Especificaciones publicadas de los objetivos POMEAS. La columna DOF es la profundidad de campo publicada del objetivo; la profundidad de campo de una combinación de zoom más objetivo no está publicada y no debe inferirse escalando estas cifras.

Dos consecuencias: la holgura es una restricción física que no se puede resolver ópticamente, así que si el utillaje mantiene la pieza a 25 mm, los objetivos de 20X y 50X no son candidatos; y los 34 mm del 10X son solo 1 mm menos que los 35 mm del 5X, lo que suele hacer del 10X la mejor compra en aumentos medios. Las páginas del 2X, 5X, 10X, 20X y 50X llevan los planos; distancia de trabajo frente a profundidad de campo cubre el intercambio entre separación y calidad.

El mismo aumento, tres configuraciones distintas

Esta es la comparación para la que existe la matriz, y la que vale la pena memorizar: tres configuraciones sobre el cuerpo de 6.5X producen exactamente 3.85X–24.75X, y no son intercambiables.

La aritmética es trivial en cuanto se ve. El producto objetivo × TV es 10 en los tres casos: 5 × 2, 10 × 1, 20 × 0.5. Multiplique por el recorrido de zoom 0.7X–4.5X y por 0.55: 0.7 × 10 × 0.55 = 3.85X en el extremo angular, 4.5 × 10 × 0.55 = 24.75X en el extremo tele (calculado). Como el aumento coincide en todas las posiciones de zoom, el campo de visión también coincide: sobre 2/3" eso es de 2.3 mm hasta 0.36 mm (calculado) para las tres.

La banda de aumento es 3.85X–24.75X para las tres filas (calculado). La NA, la resolución y el DOF son las cifras publicadas del objetivo de cada fila; describen la óptica frontal, no el rendimiento medido del conjunto montado.

5X + tubo de 2X: la opción de holgura. Treinta y cinco milímetros es la distancia de trabajo más larga de la matriz, lo que importa cuando la pieza está caliente, en movimiento o montada de una forma que no permite acercarse más. Se paga en resolución (2 µm en lugar de 0.7 µm, un factor de casi tres, calculado) y se recupera con la profundidad de campo más holgada de las tres, 14 µm, a menudo la diferencia entre una imagen utilizable y una batalla permanente de reenfoque sobre una superficie no plana.

10X + tubo de 1X: la opción por defecto. Treinta y cuatro milímetros está a un milímetro del mejor caso, la resolución se reduce a la mitad, hasta 1 µm, y la profundidad de campo baja a 3.5 µm. Si el requisito no dice nada más concreto que "alto aumento", esta fila es la que menos restricciones incumple.

20X + tubo de 0.5X: la opción de detalle. Es la única de las tres que resuelve por debajo de 1 µm, comprada con una separación de 20 mm y una profundidad de campo de 1.6 µm, ocho veces más estrecha que la fila de 5X (calculado). Además pone el factor TV más pequeño detrás del objetivo, que es justo donde la caída de esquinas pasa de ser una nota a pie de página a un punto de revisión; ejecute las comprobaciones de viñeteado de esquinas a bajo aumento antes de comprometerse con un tubo de 0.5X en el extremo angular del zoom.

Vale la pena conocer un par de banda superior. 10X + TV de 2X y 20X + TV de 1X dan ambos 7.7X–49.5X (calculado). El primero tiene NA 0.28, 1 µm de resolución, 3.5 µm de DOF y 34 mm de separación; el segundo tiene NA 0.42, 0.7 µm de resolución, 1.6 µm de DOF y 20 mm. Si la especificación dice "ver detalle a unos 30X", ambos cumplen la cláusula de aumento y solo uno cumple la cláusula de resolución.

Cómo elegir entre las tres: primero la holgura, qué filas sobreviven a su utillaje. Después la resolución, qué superviviente alcanza su tamaño de detalle. Tercero la profundidad de campo, qué superviviente tolera la planitud de su superficie. Por último la iluminación, si al superviviente le queda suficiente luz en el extremo angular. Los equipos que empiezan por un número de aumento suelen acabar comprando un segundo objetivo.

Qué aporta el propio recorrido de zoom. Dentro de cualquier celda, el recorrido propio del cuerpo, 0.7X–4.5X, es una relación de 6.43:1 (calculado), así que un par objetivo-tubo ya cubre un factor de 6.4 sin cambiar de hardware. Por eso la matriz se lee como bandas y no como aumentos sueltos: el tubo fija el suelo de la banda y el zoom fija cuánto se puede subir desde ese suelo. Un requisito que abarque más de 6.43:1 necesita dos celdas, y en la práctica eso significa dos tubos, no dos objetivos.

Cómo redactarlo en una especificación. Nombre el objetivo y el tubo como un par, porque "3.85X–24.75X" no identifica a ninguno de los dos. Indique primero el objetivo con su NA y su distancia de trabajo (5X, NA 0.14, 35 mm), después el tubo (2X) y luego la banda y el campo que produce. La distancia de trabajo va en el mismo párrafo que la llamada al utillaje, ya que es la única cifra que sobrevive a todo cambio de tubo y el primer número que buscará un diseñador mecánico.

Si prevé cambiar de opinión. El tubo va detrás del objetivo y el objetivo es dueño de la distancia de trabajo, así que cambiar de tubo más adelante es el movimiento reversible: el utillaje se queda, la banda se mueve y un objetivo de 10X puede servir 1.93X–12.38X hoy y 7.7X–49.5X el próximo trimestre sin tocar la máquina.

Cambiar de objetivo no es reversible de la misma manera: pasar de 5X a 20X lleva la separación de 35 mm a 20 mm y devuelve el utillaje a la mesa de diseño. Cuando el aumento objetivo aún se está moviendo, elija el objetivo por la holgura y use los tubos para absorber la incertidumbre.

En la ruta APO, el aumento no es la resolución

Una matriz llena de números de aumento invita a un error: suponer que un número mayor ve un detalle más pequeño. El aumento escala la imagen; la resolución es el detalle más pequeño que la óptica frontal puede transferir, y ambos se publican por separado.

El objetivo de 50X es donde esto más importa. Su resolución publicada es de 0.5 µm: un límite óptico del objetivo, no la promesa de que un detalle de 0.5 µm vaya a ser visible. Ver algo tan pequeño exige además suficiente muestreo en el sensor, suficiente contraste con su entorno y suficiente luz para exponer el cuadro en un tiempo utilizable.

La misma precaución se aplica a 1 µm a 10X y 0.7 µm a 20X: indican lo que el objetivo puede transferir, y el resto de la cadena tiene que estar a la altura. Por qué el aumento no es la resolución desarrolla el argumento del muestreo, y la guía del microscopio a la visión artificial cubre el lado del sensor.

Dónde encaja cada nivel APO: de 2X a 50X

Léalo como una tabla de encaminamiento, no como una clasificación: cada objetivo es dueño de una banda con los cuatro tubos a una distancia de trabajo fija.

El M Plan Apo L 20X resuelve otro problema: 20× a una distancia de trabajo de 29.5 mm frente a los 20 mm del 20X estándar, con NA 0.34, 0.8 µm de resolución y ±2.38 µm de profundidad de campo, es decir, unos 9.5 mm más de holgura a cambio de algo de resolución y algo de profundidad (calculado). Elíjalo cuando sea el utillaje, y no la óptica, el que dicta el hueco; zoom frente a objetivo más autofoco láser cubre los casos de oblea y dado, y la página del M Plan Apo L 20X recoge la especificación.

Presupuesto de profundidad de campo: de 91 µm a 0.9 µm

La matriz abarca más de 600 veces de su celda más baja a la más alta (calculado); la profundidad de campo va en sentido contrario, por un factor de unas 100 veces.

Fíjese en lo que la tabla no contiene: una cifra de profundidad de campo para ninguna configuración montada. Ese número no está publicado y no debe fabricarse escalando estos valores. Trate la profundidad de campo del objetivo como su presupuesto de partida y confirme el resultado montado sobre su propia muestra; el caso real desarrollado muestra cuánto consumen la planitud de la pieza y el movimiento de la plataforma.

Zoom motorizado + APO: cuándo compensa la combinación

Un cuerpo motorizado permite recorrer una celda de la matriz sin tocar el hardware: el cuerpo de 6.5X se suministra como PMS-LZ-63100 / LZ-650104 a una distancia de trabajo de 82 ± 2 mm en la versión motorizada, 87 ± 2 mm en versión manual y con riel, con LZ-650105 como variante coaxial.

Compensa cuando una misma receta debe servir dos aumentos (una pasada de visión general y luego una pasada con zoom), porque la ruta APO mantiene constante la distancia de trabajo, de modo que un barrido motorizado nunca mueve el plano focal. No compensa cuando la receta trabaja siempre a un mismo aumento; selección manual frente a motorizada cubre ese caso, y zoom motorizado + APO para inspección de obleas semiconductoras muestra la combinación en funcionamiento. Cuando el enfoque debe cerrarse automáticamente en el extremo superior de la gama, combine la ruta con una unidad de autofoco en lugar de con un algoritmo del lado de la cámara: autofoco APO, guía de la lente zoom motorizada.

Comprobaciones de viñeteado e iluminación

Dos comprobaciones antes de que ninguna celda se convierta en un pedido. Primero el círculo de imagen: los cuerpos de 6.5X y 12.5X están especificados para 2/3", y un sensor mayor produce viñeteado sea cual sea la configuración de la matriz; véase emparejar el tamaño del sensor con el círculo de imagen.

Segundo, el brillo de las esquinas en el extremo angular: un factor TV pequeño empuja el haz hacia el borde de la abertura libre, así que el tubo de 0.5X a 0.7X de zoom es la celda menos tolerante de cada fila. Revísela sobre una pieza real; si las esquinas se oscurecen, normalmente lo corrige un tubo mayor con un objetivo menor: comportamiento del viñeteado de los objetivos APO sobre un cuerpo zoom explica por qué.

Selección paso a paso (tarjeta resumen)

FAQ: preguntas sobre la configuración APO

¿Cómo cubro de 2X a 50X con objetivos APO sobre un cuerpo zoom?

Trabaje a partir de la matriz: busque la fila cuya banda contiene su objetivo y luego elija la columna de TV que cae dentro de ella. En el cuerpo de 6.5X, el objetivo de 2X con un tubo de 0.5X empieza en 0.39X y el objetivo de 50X con un tubo de 2X llega a 247.5X (calculado).

¿Qué tubo TV debo emparejar con cada objetivo APO?

Elija el tubo de modo que el objetivo por el factor TV sea igual a la banda que necesita, porque ese producto fija todo el recorrido de zoom. Un objetivo de 5X con un tubo de 1X y un objetivo de 10X con un tubo de 0.5X dan ambos 1.93X–12.38X, a 35 mm y 34 mm de distancia de trabajo.

¿Por qué tres configuraciones distintas dan exactamente 3.85X–24.75X?

Porque el producto objetivo por TV es 10 en las tres: 5X con un tubo de 2X, 10X con un tubo de 1X y 20X con un tubo de 0.5X. Diez por el recorrido de zoom 0.7X–4.5X por 0.55 da 3.85X–24.75X (calculado), así que solo cambian la distancia de trabajo, la NA, la resolución y la profundidad de campo.

¿Cambia la distancia de trabajo al cambiar el tubo TV o el ajuste de zoom?

No. En la ruta APO, la distancia de trabajo pertenece al objetivo: 35 mm a 5X, 34 mm a 2X y 10X, 20 mm a 20X y 13 mm a 50X. Cambiar el tubo o la posición de zoom solo cambia el aumento y el campo de visión.

¿Por qué el aumento no es la resolución?

El aumento solo escala la imagen; la resolución es el detalle más pequeño que el objetivo puede transferir, publicada por separado como 2 µm a 5X hasta 0.5 µm a 50X. Ver un detalle así de pequeño exige también suficiente muestreo, contraste y luz, de modo que la cifra es un límite, no una garantía.

¿Cuándo debo elegir el M Plan Apo L 20X en lugar del 20X estándar?

Elíjalo cuando 20 mm de holgura no sean suficientes. El M Plan Apo L 20X da 20× a 29.5 mm con NA 0.34, 0.8 µm de resolución y ±2.38 µm de profundidad de campo, de modo que gana unos 9.5 mm de alcance a cambio de algo de resolución y de profundidad.