Configuración de lente zoom con FOV de 30 mm: selección inversa

Un área de inspección de 30 mm, una cámara de 2/3" ya elegida y todavía sin lente: esta página trabaja a la inversa, desde el campo de visión hasta el hardware que lo produce.

Sabes que tu pieza mide 30 mm de ancho. ¿Y ahora qué?

Un plano te da un área de inspección de 30 mm, la cámara es un modelo de 2/3" ya montado en el soporte y la lente es el único elemento pendiente. Eso es selección inversa: el campo de visión es la entrada y el hardware, la salida.

Dos hábitos la complican más de lo necesario. Comprar por aumento compara cuerpos desnudos a "0.3X". Comprar por distancia de trabajo elige el mayor espacio libre y da por hecho que el FOV se adaptará. Ninguno funciona: 30 mm sobre un sensor de 2/3" es una petición amplia, y el encuadre amplio es justo la dirección para la que no está diseñado un cuerpo zoom de visión artificial.

¿Partes de una distancia de trabajo o de una cámara en lugar de un FOV? La guía de configuración en cuatro rutas es un mejor punto de entrada.

Las tres líneas de cálculo: del FOV al aumento

Tres líneas y esta página deja de hacer aritmética:

• Aumento efectivo = aumento del cuerpo zoom × factor del objetivo auxiliar × factor del tubo TV.
• HFOV = ancho del sensor dividido por el aumento efectivo.
• Para un objetivo de 30 mm sobre un sensor de 2/3" (8.8 mm de ancho), aumento ≈ 8.8 ÷ 30 ≈ 0.29X (calculado).

Ese 0.29X es toda la especificación óptica; lo que queda es hardware. Las derivaciones, otros formatos de sensor y la aritmética en vivo están en el recorrido por la calculadora de aumento y FOV y en la herramienta calculadora de FOV.

Por qué ningún cuerpo zoom desnudo alcanza 30 mm sobre un sensor de 2/3"

Una relación de 6.5:1 o 12.5:1 describe hasta dónde viaja el aumento, no cuán amplio se abre. Todos los cuerpos POMEAS se quedan muy por encima de 0.29X en su mínimo, así que su encuadre más amplio es mucho más estrecho que 30 mm.

El 12.5X se detiene en 15.2 mm sobre 2/3", aproximadamente la mitad de lo que necesitas; incluso el cuerpo 4K sobre un sensor de 1" más grande solo llega a 18.8 mm. ("14X" es una relación de zoom, no un aumento, y aquí no ayuda.)

Así que toda respuesta real adopta la misma forma: reducir el aumento a la mitad y después elegir en qué punto del conjunto recortarlo. Delante del cuerpo, un objetivo auxiliar cambia el aumento y la distancia de trabajo. Detrás, un tubo TV cambia solo el aumento y deja intacta la distancia de trabajo. Por eso aparece un 0.5X en las tres rutas siguientes: la mitad es lo que pide la aritmética.

Ruta A — Cuerpo 12.5X + objetivo auxiliar 0.5X (WD de 155 mm)

Un objetivo auxiliar 0.5X (SKU 75205) delante y un tubo TV 1X (75110) detrás. El cuerpo es la lente zoom continua coaxial 12.5X PMS-LZL-12101, con iluminación coaxial de serie: una ventaja que crece con el espacio libre, porque una luz anular pierde intensidad con la distancia.

El resultado es 0.29X–3.75X, de 30.3 mm a 2.3 mm en horizontal y de 22.8 mm a 1.8 mm en vertical, calculado sobre el sensor de 8.8 × 6.6 mm. Los treinta milímetros quedan en el extremo amplio: la pieza llena el encuadre con el zoom mínimo y todo el recorrido 12.5:1 queda disponible para inspeccionar dentro de ella. Si cambias el tubo TV a 0.5X, el mismo conjunto de 155 mm encuadra 60.7 mm; si lo cambias a 2X, encuadra 15.2 mm.

Qué aporta el objetivo. La distancia de trabajo queda bloqueada en 155 mm: no se mueve al hacer zoom ni al cambiar de tubo TV. La propiedad que define a un objetivo auxiliar es que reubica el plano focal frontal, de modo que todo el sistema se sitúa más lejos: el principio que hay detrás de qué cambia realmente una lente auxiliar. En la práctica, 155 mm es la diferencia entre una luz anular que cabe alrededor de la lente y otra que choca con ella.

Qué cuesta. Vidrio: los elementos y las superficies vidrio-aire delante del cuerpo implican un conjunto más largo, una interfaz de alineación más y algo menos de luz en el sensor. Muestreo: con un encuadre de 30 mm el conjunto trabaja a 0.29X, la mitad del mínimo del cuerpo desnudo, así que cada píxel cubre el doble de objeto (calculado; el muestreo se duplica aproximadamente hasta unos 26 µm). Luz: una luz anular o de barra a 155 mm entrega menos sobre el blanco, así que hay que subir la exposición o la potencia.

Por qué 155 mm es un nivel propio, y por qué se puede obtener el mismo FOV a 297 mm, está en cómo se construye el nivel de 155 mm (12.5X + 0.5X).

Ruta B — Cuerpo 12.5X + tubo TV 0.5X (la WD se mantiene en 77.4 mm)

La ruta B recorta el aumento en la misma proporción, pero al otro lado: un tubo TV 0.5X (75105) entre el cuerpo y la cámara, nada delante. El cuerpo desnudo va de 0.58X a 7.5X a 77.4 ± 2 mm; reducirlo a la mitad detrás de la lente da 0.29X–3.75X, de 30.3 mm a 2.3 mm en horizontal y de 22.8 mm a 1.8 mm en vertical (calculado). Puesta junto a la ruta A, la columna óptica es idéntica, dígito por dígito.

Lo que cambia es dónde se sitúa la lente. Un tubo TV es un adaptador de cámara: actúa sobre el cono del lado de la imagen, detrás del último grupo de lentes, y no puede mover el plano focal del lado del objeto. La distancia de trabajo se mantiene en 77.4 mm, tolerancia incluida: unos 78 mm menos de espacio libre que la ruta A (calculado).

Qué aporta la ruta B. El conjunto más simple: cuerpo, tubo, cámara. Sin vidrio frontal, sin longitud extra delante de la lente, sin nueva interfaz de alineación, y la envolvente delante de la pieza es exactamente la misma que con el cuerpo desnudo, así que un utillaje diseñado para un 12.5X simple sigue sirviendo. Además conservas todo el recorrido 12.5:1 con un solo adaptador y sin cambios de hardware.

Qué cuesta. Espacio libre, y solo espacio libre, pero es real. Los 77.4 mm tienen que cubrir la luz anular, la altura de la pieza, el palpador y el recorrido en Z, más ±2 mm de tolerancia del cuerpo; sobre un eje móvil eso se convierte en un cálculo de colisión.

Hay dos costes secundarios. Esquinas: el extremo más amplio es el de menor aumento, donde la iluminación de esquinas y el viñeteado son más críticos, así que verifica el brillo a 0.29X. Profundidad de campo: la familia 12.5X no publica profundidad de campo por aumento, así que nada de la cifra del cuerpo desnudo se hereda por suposición.

Un detalle que sirve para ambas rutas 12.5X: la distorsión TV —la distorsión del lado de la imagen en el sensor— se mantiene en apenas 0.001%, y eso es lo que hace que un encuadre de 30.3 mm sea un 30.3 mm fiable hasta los bordes.

Ruta C — Cuerpo 4K de 1" con TV 0.5X (margen para crecer)

La ruta C cambia el cuerpo en lugar de la óptica frontal. La lente zoom industrial 4K PMS-LZH-7505W va de 0.68X a 5.0X a 80 mm sobre un sensor de 1", con una resolución publicada de 10.17 µm a 0.68X que mejora hasta 2.8 µm, profundidad de campo de 1.78–0.07 mm y NA de 0.033–0.12. Con un tubo TV 0.5X detrás, el rango efectivo es 0.34X–2.5X: de 37.6 mm a 5.1 mm en horizontal y de 28.2 mm a 3.8 mm en vertical (calculado sobre el sensor de 12.8 × 9.6 mm).

El carácter es distinto. En las rutas A y B, 30 mm es el borde del rango: la pieza llena el encuadre y cualquier ajuste hace zoom hacia dentro. En la ruta C es un punto interior, con el encuadre abriéndose hasta 37.6 mm: margen para el contorno de un utillaje, para la deriva pieza a pieza en un transportador o para una marca de referencia —el punto por el que el programa localiza la pieza— que debe permanecer en vista.

Qué cuesta. Cuatro cosas:

• Cuerpo y cámara, no adaptador: el 12.5X admite sensores de hasta 2/3" y un sensor de 1" detrás presenta viñeteado, así que una cámara mayor sobre un 12.5X no puede alcanzar estas cifras: el círculo de imagen es la restricción (véanse las reglas de correspondencia entre sensor y círculo de imagen).
• Muestreo: con el tubo 0.5X cada píxel cubre aproximadamente el doble de objeto que en el cuerpo 4K desnudo en la misma posición de zoom (calculado), lo que consume parte de la resolución más fina de la línea 4K.
• Profundidad de campo: la profundidad de campo de 1.78–0.07 mm pertenece al cuerpo desnudo; la profundidad de campo combinada no se publica y no se transfiere a través del tubo.
• Techo: 37.6 mm es donde se detiene esta ruta, así que una pieza de 60 mm queda fuera de alcance por mucho que ajustes el zoom.

Comparación de rutas: el mismo FOV de 30 mm, física distinta

Las tres encuadran una pieza de 30 mm sobre su propio sensor. La tabla es el resumen honesto más corto; los párrafos que siguen cubren lo que una tabla no puede mostrar.

La profundidad de campo falta a propósito. La familia 12.5X no publica ninguna por aumento, y la profundidad de campo combinada no se hereda de una lente base. La ruta C es la única con una envolvente publicada —1.78–0.07 mm— y esa describe el cuerpo 4K desnudo. Si tu restricción vinculante es la profundidad de campo y no el FOV, examina el compromiso en la comparación entre zoom y focal fija.

El espacio libre es el único divisor real entre A y B. Su óptica es la misma cifra. A es vidrio frontal y unos 78 mm más de holgura; B es una punta desnuda y un utillaje ajustado. Nada en la calidad de imagen las separa con este encuadre.

El margen de la ruta C cuesta rango en el extremo alto. Se estrecha hasta 5.1 mm con el zoom máximo, mientras que A y B llegan a 2.3 mm. Si un detalle de 2 mm dentro del área de 30 mm importa, las rutas 12.5X conservan más aumento en reserva.

Si la pieza crece a 60 mm o se reduce a 15 mm el próximo trimestre

Los tamaños de campo cambian, y una configuración que solo hace 30 mm es la forma en que un proyecto compra una segunda lente seis meses después.

La ruta A es la flexible: el objetivo se queda fijo y solo cambia el tubo TV —un objetivo, tres tubos, tres niveles de campo, una distancia de trabajo—. La ruta B ofrece dos niveles, 30.3 y 15.2 mm, porque 0.5X ya es el factor TV más bajo. La ruta C tiene la forma opuesta: el ajuste único más amplio, con un techo duro en 37.6 mm.

Si la pieza de 60 mm también necesita un espacio libre largo, ninguna de las tres sirve: ese es el nivel 0.25X, que sitúa el cuerpo 12.5X a 297 mm y encuadra 60.7 mm con un tubo TV 1X (calculado). Véase la opción de 297 mm de distancia de trabajo larga. Para un barrido de 10 mm a 4 mm, la lógica es completamente distinta: un caso resuelto de FOV de 10–4 mm.

Qué resuelve realmente 0.29X

El aumento no es la resolución, y a 0.29X la distinción deja de ser académica. Ambas rutas 12.5X alcanzan el encuadre de 30 mm reduciendo el aumento a la mitad, así que cada píxel cubre el doble de objeto que con el cuerpo desnudo en la misma posición de zoom. Las cifras publicadas siguen describiendo el cuerpo; el muestreo sobre la pieza ha cambiado por debajo de ellas.

Lee esa columna como un límite, no como una promesa. Un intervalo de muestreo cercano a 26 µm sitúa los detalles de esa escala en el borde de lo que el sistema separa; el contraste, el ángulo de iluminación y el acabado superficial deciden el resto. Un encuadre de 30 mm es una vista de barrido: sirve para encontrar un defecto, localizar una pieza o leer un dato de referencia, y no para juzgar un arañazo de 10 µm. Haz zoom a 3.75X y el encuadre pasa a 2.3 mm, mientras la resolución del cuerpo mejora a 3.05 µm desde 4.5X.

Una advertencia válida para todas las rutas de esta página: no se publica profundidad de campo por aumento, así que nunca extrapoles una cifra del cuerpo desnudo a través de un objetivo o de un tubo TV.

Cuatro errores al seleccionar solo por FOV

1. Mejorar la cámara para ampliar el campo. Un sensor mayor no amplía el encuadre si el círculo de imagen no puede cubrirlo. Detrás de un 12.5X, un sensor de 1" presenta viñeteado; el campo está limitado por la lente, no por el número de píxeles. Si de verdad necesitas 1", el cuerpo cambia también: eso es la ruta C, no una mejora.

2. Leer la relación de zoom como rango de FOV. Un cuerpo 12.5:1 no empieza amplio. Su encuadre más ancho sobre 2/3" es de 15.2 mm (calculado) y hacer zoom hacia fuera no puede superarlo. La relación es recorrido, no alcance.

3. Tratar un objetivo auxiliar y un tubo TV como intercambiables. Ambos reducen el aumento a la mitad, así que en el papel parecen la misma compra. En hardware difieren en el eje que normalmente decide el proyecto: un objetivo cambia la distancia de trabajo y un tubo TV nunca lo hace. Elige el objetivo por espacio libre.

4. Especificar FOV sin una cifra de muestreo al lado. "FOV de 30 mm" no dice nada sobre si el sistema ve lo que te importa. Dos rutas con FOV idéntico pueden diferir en espacio libre, envolvente, iluminación de esquinas y comportamiento de la profundidad de campo: nada de ello visible en el titular de una hoja de datos, y el lado del espacio libre de ese compromiso es exactamente distancia de trabajo frente a profundidad de campo.

FAQ: preguntas sobre el FOV de 30 mm

¿Qué lente proporciona un campo de visión de 30 mm?

Tres configuraciones de catálogo alcanzan 30 mm en horizontal: un cuerpo 12.5X con un objetivo auxiliar 0.5X y un tubo TV 1X a 155 mm; el mismo cuerpo con un tubo TV 0.5X a 77.4 mm; o el cuerpo 4K de 1" con un tubo TV 0.5X a 80 mm, donde 30 mm cae dentro de un rango de 37.6 a 5.1 mm (calculado).

¿Cómo convierto un FOV de 30 mm en un requisito de aumento?

Divide el ancho del sensor entre el campo objetivo. En un sensor de 2/3" eso es 8.8 mm dividido entre 30 mm, aproximadamente 0.29X (calculado). La derivación completa y la aritmética en vivo están en la página de la calculadora de aumento y FOV y en la herramienta calculadora de FOV.

¿Puede un cuerpo zoom desnudo alcanzar 30 mm sobre un sensor de 2/3"?

No. Cada cuerpo está limitado por su aumento mínimo: el 6.5X se detiene en 12.6 mm, el 12.5X en 15.2 mm y el 14X en 16.0 mm sobre 2/3", todos calculados. Alcanzar 30 mm implica reducir el aumento a la mitad, con un objetivo 0.5X delante o un tubo TV 0.5X detrás.

¿Debo usar un tubo TV o un objetivo auxiliar?

Usa un tubo TV cuando 77.4 mm de espacio libre sean suficientes: reduce el aumento a la mitad sin tocar la distancia de trabajo. Usa un objetivo auxiliar cuando necesites el nivel de 155 mm para iluminación, palpadores o holgura del utillaje. Ambos dan el mismo encuadre de 30 mm, así que la decisión es de espacio libre, no de óptica.

¿Qué distancia de trabajo da cada ruta?

La ruta A da 155 mm, fijada por el objetivo 0.5X e inalterada por el zoom o los cambios de tubo TV. La ruta B conserva la cifra del 12.5X desnudo, 77.4 mm más o menos 2 mm. La ruta C usa el cuerpo 4K a 80 mm. Las tres encuadran 30 mm en horizontal sobre sus propios sensores.

¿Y si la pieza crece a 60 mm el próximo trimestre?

En la ruta A, cambia el tubo TV 1X por un tubo TV 0.5X y la misma configuración de 155 mm encuadra 60.7 mm (calculado). La ruta B no puede seguirlo: 0.5X ya es el factor TV más bajo, así que 30.3 mm es su techo. La ruta C se detiene en 37.6 mm.