Objectif zoom + objectifs métallographiques APO : la matrice de configuration

Cinq objectifs APO et quatre tubes TV sur un même corps zoom 6.5X couvrent 0.39X à 247.5X — voici la grille objectif zoom + objectifs APO qui décide de la cellule que vous commanderez.

Chaque chiffre présenté ici est une spécification publiée ou un calcul à partir de données publiées, marqué calculé lorsqu'il s'agit d'un calcul. La profondeur de champ des combinaisons est délibérément absente : les valeurs de DOF appartiennent à l'objectif, pas à l'ensemble assemblé.

Pourquoi la voie APO existe

Un corps zoom est un substitut de microscope compétent jusqu'à son plafond de résolution, et le tableau ci-dessous donne ce plafond pour chaque corps de la gamme.

Ce plafond publié est confortable pour des défauts de 5 µm et suffisant pour des détails de 10 µm. Il cesse de l'être à 1 µm, où aucune position zoom ne crée une résolution que l'optique frontale ne possède pas.

Un objectif métallographique APO change le système optique au lieu d'y ajouter un accessoire : l'objectif devient l'optique frontale d'imagerie et le corps zoom relaie et met à l'échelle ce qu'il délivre. C'est pourquoi ses 5 µm publiés jusqu'à 0.5 µm deviennent votre nouveau plafond. C'est aussi pourquoi la NA (ouverture numérique) monte avec lui, de 0.055 à 2X à 0.55 à 50X. Le "APO" concerne la couleur et se manifeste par un liseré réduit sur les bords de métal brillants — APO vs plan apochromatique vs achromatique couvre les grades de correction.

Les objectifs utilisent un filetage M26 × 0.705 ; les adaptateurs couvrent les interfaces habituelles, avec 75401 l'adaptateur APO 20.3 mm et 75402 l'adaptateur APO 26 mm en tête de gamme. Si vous n'avez pas encore décidé qu'il vous fallait un objectif, le guide de configuration en quatre voies commence un niveau plus tôt.

La formule du grossissement effectif : TV × zoom × APO × 0.55

Trois multiplicateurs et une constante. Le tube TV se place derrière le corps zoom, le corps derrière l'objectif, et chacun apporte un facteur :

grossissement effectif = facteur TV × position zoom × grossissement APO × 0.55

Le 0.55 est un facteur de relais pour cette configuration — une donnée confirmée, pas un grossissement mesuré. L'omettre retire 45% du produit naïf (calculé) et c'est l'erreur d'arithmétique la plus courante sur cette voie. Deux lignes de calcul sur le corps 6.5X avec un capteur 2/3" (8.8 × 6.6 mm) :

• APO 5X + TV 1X : 1 × 0.7 × 5 × 0.55 = 1.925X au grand angle et 1 × 4.5 × 5 × 0.55 = 12.375X au téléobjectif, soit 1.93X–12.38X (calculé), avec un HFOV passant de 4.6 mm à 0.7 mm (calculé).
• APO 50X + TV 2X : 2 × 0.7 × 50 × 0.55 = 38.5X à 2 × 4.5 × 50 × 0.55 = 247.5X (calculé), avec la distance de travail bloquée aux 13 mm de l'objectif sur toute la plage.

Remonter depuis un champ de vision relève de la même arithmétique : la démonstration pas à pas du grossissement vers le FOV et l'outil de calcul de FOV.

La matrice complète : 5 objectifs APO × 4 tubes TV

Vingt cellules, une par paire objectif-tube, toutes calculées sur le corps 6.5X sur toute sa plage zoom 0.7X–4.5X. Lisez une ligne pour voir ce que fait un objectif quand vous changez de tube. Lisez une colonne pour voir ce qu'un tube fait à chaque objectif.

Les 20 cellules sont calculées comme facteur TV × position zoom (0.7X–4.5X) × grossissement de l'objectif × 0.55. Le tube 0.67X apparaît dans certaines documentations POMEAS mais n'a pas de SKU dans le tableau de sélection, donc traitez cette colonne comme un SKU TV à confirmer auprès de POMEAS avant toute commande.

Lire les colonnes. Les pas entre colonnes ne sont pas égaux. Le pas de 0.5X à 0.67X multiplie le grossissement par 1.34, celui de 0.67X à 1X par 1.49, et celui de 1X à 2X par 2 (calculé). Les pas entre lignes sont plus grands : de 2X à 5X c'est 2.5, de 5X à 10X c'est 2, de 10X à 20X c'est 2, et de 20X à 50X c'est 2.5 (calculé). La conséquence compte autant en mécanique qu'en optique : un pas de TV achète du grossissement sans déplacer l'objectif, donc sans changer la distance de travail, tandis qu'un pas d'objectif réinitialise les deux. Si un objectif 10X est déjà à un dégagement conçu de 34 mm, un tube 2X fait passer cette ligne de 3.85X–24.75X à 7.7X–49.5X et les 34 mm restent où ils étaient.

La ligne 2X est la ligne de vue d'ensemble — champs les plus larges, grossissement le plus faible : 0.39X avec le tube 0.5X est le champ le plus large de toute la matrice, et 9.9X avec le tube 2X est le sommet de la ligne (calculé). Rien d'autre dans le tableau ne descend sous 0.77X.

À 5X, vous achetez un compromis : 0.96X–6.19X, 1.29X–8.29X, 1.93X–12.38X et 3.85X–24.75X selon les quatre tubes (calculé), le tout à 35 mm, la plus longue distance de travail des cinq objectifs.

La couverture la plus large des paliers intermédiaires revient à la ligne 10X : de 1.93X avec le tube 0.5X à 49.5X avec le tube 2X (calculé), et son dégagement de 34 mm n'est que de 1 mm inférieur à celui de l'objectif 5X.

Le dégagement commence à compter à 20X : 3.85X–99X sur les quatre tubes (calculé) à une distance de travail de 20 mm. Au-dessus de 99X, seule la ligne 50X reste.

Une seule ligne dépasse 100X : la 50X, de 9.63X en bas avec le tube 0.5X à 247.5X en haut avec le tube 2X (calculé), à 13 mm — ce qui contraint davantage la présentation de la pièce que l'optique.

Les diagonales. Parce que la matrice multiplie, les cellules d'une même diagonale sont numériquement identiques. 1.93X–12.38X est atteignable par 5X + TV 1X ou 10X + TV 0.5X. 3.85X–24.75X est atteignable de trois façons : 5X + TV 2X, 10X + TV 1X, 20X + TV 0.5X. 7.7X–49.5X est atteignable de deux façons : 10X + TV 2X et 20X + TV 1X (tous calculés).

C'est la propriété la plus utile du tableau : un grossissement identique ne signifie pas un matériel identique. Même position zoom, même champ de vision, et la distance de travail, la NA, la résolution et la profondeur de champ peuvent toutes différer. Une section ultérieure détaille le trio 3.85X–24.75X.

La colonne 0.5X divise par deux la bande de chaque ligne par rapport à la cellule 1X de cette ligne (calculé) et abrite l'extrémité grand champ de la matrice : 0.39X sur l'objectif 2X, 9.63X sur le 50X. C'est aussi la colonne la plus exigeante optiquement, car le plus petit facteur de relais laisse le faisceau au plus près du bord de l'ouverture claire — voilà pourquoi l'extrémité grand champ d'une configuration 0.5X est la première chose à vérifier sur une cible réelle.

Entre 0.5X et 1X se situe la colonne 0.67X, à ×1.34 au-dessus de la cellule 0.5X (calculé). Elle apparaît dans certaines documentations POMEAS mais n'a pas de SKU dans le tableau de sélection objectifs et tubes, donc citez-la comme un SKU TV à confirmer plutôt que comme une pièce livrée, et prévoyez de reconcevoir autour de la colonne 0.5X ou 1X si elle n'est pas disponible.

La référence pour toute la grille est la colonne 1X : aucun grossissement n'est ajouté derrière l'objectif, donc la bande est simplement le grossissement de l'objectif multiplié par la plage zoom multiplié par 0.55. Voilà pourquoi 1.93X–12.38X sur l'objectif 5X et 3.85X–24.75X sur l'objectif 10X sont les deux bandes qu'un tube 1X vous donne (calculé) — et les deux qui apparaissent le plus souvent dans les plans existants.

Doubler la bande 1X est ce que fait la colonne 2X (calculé), et ce qui rend 247.5X atteignable sur l'objectif 50X. Elle met aussi fin à la vie utile des petits objectifs : 2X avec un tube 2X culmine à 9.9X (calculé), donc si la cible se situe au-dessus de 10X, l'objectif 2X est hors course quel que soit le tube que vous possédez déjà.

Là où la matrice cesse d'aider. Trois cellules exigent de l'attention avant d'aller sur un plan :

• La ligne 50X exige 13 mm de dégagement et une répétabilité de mise au point presque sub-micronique, donc elle arrive généralement avec un montage dédié plutôt qu'en rétrofit.
• La ligne 2X avec TV 0.5X est le champ le plus large et la cellule la plus tolérante, mais c'est aussi celle où un capteur 1" est le plus tentant et le plus erroné, parce que le cercle d'image du corps est 2/3".
• La colonne 0.67X porte un SKU non résolu, ce qui en fait la seule colonne où l'optique est connue et pas la référence.

En millimètres. Les plages de grossissement sont difficiles à ressentir en revue de conception, donc voici cinq cellules en champ de vision horizontal sur un capteur 2/3" (8.8 mm de large), chacune calculée comme 8.8 ÷ grossissement effectif.

Notez le sens de l'arbitrage : une ligne vers le bas multiplie le grossissement par 2 à 2.5 et divise le champ de vision par le même facteur (calculé), tandis que la distance de travail tombe de 35 mm à 5X à 13 mm à 50X. Un champ de vision de 4 mm vient de la cellule 5X + 1X à 35 mm ; la cellule 20X + 1X donne 1.1 mm à 20 mm. Même tableau, autre tâche.

Une ligne, quatre tubes. Les mêmes chiffres en tranche verticale rendent la décision de tube concrète. Voici la ligne 5X entière en millimètres de champ horizontal sur 2/3", avec la distance de travail qui ne bouge jamais ; le HFOV est calculé comme 8.8 ÷ grossissement effectif.

Lisez ensemble les deuxième et quatrième lignes et l'arbitrage est évident : le champ se réduit d'un facteur quatre sur la ligne (calculé) et la seule chose qui a changé est un tube derrière l'objectif. Si une pièce mobile a besoin de 8 mm de champ à 35 mm de dégagement, l'objectif 5X le couvre — au grand angle avec le tube 0.5X, et plus haut dans le zoom avec le tube 1X.

Si votre corps est un 12.5X, chaque cellule se décale. La plage zoom devient 0.58X–7.5X, donc APO 5X + TV 1X devient 1.595X–20.625X au lieu de 1.93X–12.38X (calculé) ; chaque autre cellule bouge selon les deux mêmes rapports — 0.829 à l'extrémité basse (0.58X ÷ 0.7X) et 1.667 à l'extrémité haute (7.5X ÷ 4.5X) (calculé).

Ne copiez pas un chiffre de ce tableau dans un devis 12.5X — recalculez-le. Le corps 12.5X gagne sa place par sa distorsion et par sa résolution de 3.05 µm à partir de 4.5X, pas en héritant de cette grille ; grossissement APO et vignettage couvre le côté optique de ce choix de corps, et le guide de configuration pour le choix du corps de départ couvre la comparaison au niveau des corps.

Sur la voie APO, la distance de travail est fixée par l'objectif

Sur une voie de classe A, l'objectif frontal fait varier ensemble distance de travail et grossissement. La voie APO ne le fait pas : l'objectif est l'optique frontale et possède la distance de travail, tandis que le corps et le tube derrière lui ne font que mettre l'image à l'échelle.

L'objectif 5X le démontre clairement : 0.96X–6.19X avec un tube 0.5X, 3.85X–24.75X avec un tube 2X (calculé). Grossissement et champ de vision bougent tous deux d'un facteur 4 ; la distance de travail reste à 35 mm.

Spécifications publiées des objectifs POMEAS. La colonne DOF est la profondeur de champ publiée de l'objectif ; la profondeur de champ d'une combinaison zoom plus objectif n'est pas publiée et ne doit pas être déduite en mettant ces valeurs à l'échelle.

Deux conséquences : le dégagement est une contrainte physique qu'on ne peut pas résoudre optiquement, donc si le montage tient la pièce à 25 mm, les objectifs 20X et 50X ne sont pas candidats ; et les 34 mm du 10X ne font que 1 mm de moins que les 35 mm du 5X, ce qui fait généralement du 10X le meilleur achat en grossissement intermédiaire. Les pages 2X, 5X, 10X, 20X et 50X portent les plans ; distance de travail contre profondeur de champ couvre l'arbitrage dégagement contre qualité.

Même grossissement, trois configurations différentes

C'est la comparaison pour laquelle la matrice existe, et c'est celle qu'il vaut la peine de mémoriser : trois configurations sur le corps 6.5X produisent exactement 3.85X–24.75X, et elles ne sont pas interchangeables.

L'arithmétique est triviale une fois qu'on la voit. Le produit objectif × TV vaut 10 dans les trois cas : 5 × 2, 10 × 1, 20 × 0.5. Multipliez par la plage zoom 0.7X–4.5X et par 0.55 : 0.7 × 10 × 0.55 = 3.85X au grand angle, 4.5 × 10 × 0.55 = 24.75X au téléobjectif (calculé). Comme le grossissement coïncide à chaque position zoom, le champ de vision coïncide aussi — sur 2/3", cela fait de 2.3 mm à 0.36 mm (calculé) pour les trois.

La bande de grossissement est 3.85X–24.75X pour les trois lignes (calculé). NA, résolution et DOF sont les valeurs publiées de l'objectif de chaque ligne ; elles décrivent l'optique frontale, pas la performance mesurée de l'ensemble assemblé.

5X + tube 2X : l'option dégagement. Trente-cinq millimètres est la plus grande distance de travail de la matrice, ce qui compte quand la pièce est chaude, mobile ou montée d'une façon qu'on ne peut pas rapprocher. Vous payez en résolution — 2 µm au lieu de 0.7 µm, un facteur de près de trois (calculé) — et vous êtes remboursé par la profondeur de champ la plus généreuse des trois à 14 µm, souvent la différence entre une image exploitable et une bataille permanente de remise au point sur une surface non plane.

10X + tube 1X : l'option par défaut. Trente-quatre millimètres est à un millimètre du meilleur cas, la résolution tombe de moitié à 1 µm et la profondeur de champ chute à 3.5 µm. Si l'exigence ne dit rien de plus précis que « fort grossissement », cette ligne offense le moins de contraintes.

20X + tube 0.5X : l'option détail. C'est la seule des trois qui résout en dessous de 1 µm, acquise avec un dégagement de 20 mm et une profondeur de champ de 1.6 µm — huit fois plus faible que la ligne 5X (calculé). Elle place aussi le plus petit facteur TV derrière l'objectif, ce qui est exactement là où la chute de lumière en coin devient un point de revue plutôt qu'une note de bas de page ; exécutez les vérifications de vignettage en coin à faible grossissement avant de vous engager sur un tube 0.5X au grand angle du zoom.

Une paire en bande supérieure mérite d'être connue. 10X + TV 2X et 20X + TV 1X donnent toutes deux 7.7X–49.5X (calculé). La première a une NA de 0.28, 1 µm de résolution, 3.5 µm de DOF et 34 mm de dégagement ; la seconde une NA de 0.42, 0.7 µm de résolution, 1.6 µm de DOF et 20 mm. Si la spécification dit « voir le détail vers 30X », les deux satisfont la clause de grossissement et une seule satisfait la clause de résolution.

Comment choisir entre les trois : d'abord le dégagement — quelles lignes survivent à votre montage. Ensuite la résolution — quelle survivante atteint votre taille de défaut. Puis la profondeur de champ — quelle survivante tolère votre planéité de surface. Enfin l'éclairage — si la survivante laisse encore assez de lumière au grand angle. Les équipes qui partent d'un chiffre de grossissement finissent généralement par acheter un deuxième objectif.

Ce que la plage zoom elle-même apporte. Dans toute cellule, la course propre de 0.7X–4.5X du corps est un rapport de 6.43:1 (calculé), donc une paire objectif-tube couvre déjà un facteur de 6.4 sans changer de matériel. Voilà pourquoi la matrice se lit en bandes plutôt qu'en grossissements isolés : le tube fixe le plancher de la bande et le zoom fixe jusqu'où au-dessus de ce plancher vous pouvez monter. Une exigence couvrant plus de 6.43:1 demande deux cellules — et en pratique cela signifie deux tubes, pas deux objectifs.

L'écrire dans une spécification. Nommez l'objectif et le tube comme une paire, car « 3.85X–24.75X » n'identifie ni l'un ni l'autre. Indiquez d'abord l'objectif avec sa NA et sa distance de travail (5X, NA 0.14, 35 mm), puis le tube (2X), puis la bande et le champ qu'il produit. La distance de travail appartient au même paragraphe que le repère du montage, car c'est le seul chiffre qui survit à chaque changement de tube et le premier nombre qu'un concepteur mécanique cherchera.

Si vous prévoyez de changer d'avis. Le tube est derrière l'objectif et l'objectif possède la distance de travail, donc échanger les tubes plus tard est le geste réversible : le montage reste, la bande bouge, et un objectif 10X peut servir 1.93X–12.38X aujourd'hui et 7.7X–49.5X le trimestre prochain sans toucher à la machine.

Échanger les objectifs n'est pas réversible de la même façon — de 5X à 20X le dégagement passe de 35 mm à 20 mm et renvoie le montage sur la planche à dessin. Quand le grossissement cible bouge encore, choisissez l'objectif par le dégagement et utilisez les tubes pour absorber l'incertitude.

Sur la voie APO, le grossissement n'est pas la résolution

Une matrice pleine de chiffres de grossissement invite à une erreur : supposer qu'un chiffre plus grand voit un détail plus petit. Le grossissement met l'image à l'échelle ; la résolution est le plus petit détail que l'optique frontale peut transférer, et les deux sont publiés séparément.

L'objectif 50X est là où cela compte le plus. Sa résolution publiée est de 0.5 µm — une limite optique de l'objectif, pas une promesse qu'un détail de 0.5 µm sera visible. Voir quelque chose d'aussi petit exige aussi un échantillonnage suffisant sur le capteur, un contraste suffisant vis-à-vis de son environnement et assez de lumière pour exposer l'image en un temps exploitable.

La même prudence s'applique à 1 µm à 10X et à 0.7 µm à 20X : elles disent ce que l'objectif peut transférer, et le reste de la chaîne doit suivre. Pourquoi le grossissement n'est pas la résolution déroule l'argument de l'échantillonnage, et le guide du microscope à la vision industrielle couvre le côté capteur.

Où chaque palier APO a sa place : de 2X à 50X

Lisez ceci comme une table de routage, pas un classement : chaque objectif possède une bande sur les quatre tubes à une distance de travail fixe.

Le M Plan Apo L 20X résout un autre problème : 20× à une distance de travail de 29.5 mm contre 20 mm pour le 20X standard, avec une NA de 0.34, 0.8 µm de résolution et ±2.38 µm de profondeur de champ — environ 9.5 mm de dégagement en plus contre un peu de résolution et de profondeur (calculé). Choisissez-le quand c'est le montage, et non l'optique, qui dicte l'écart ; zoom contre objectif plus autofocus laser couvre les cas de plaquettes et de puces, et la page M Plan Apo L 20X porte la spécification.

Budget de DOF : de 91 µm à 0.9 µm

La matrice couvre plus de 600 fois de sa cellule la plus basse à sa plus haute (calculé) ; la profondeur de champ va dans l'autre sens, d'un facteur d'environ 100.

Remarquez ce que le tableau ne contient pas : un chiffre de profondeur de champ pour une configuration assemblée. Ce nombre n'est pas publié et ne doit pas être fabriqué en mettant ces valeurs à l'échelle. Traitez la DOF de l'objectif comme votre budget de départ et confirmez le résultat assemblé sur votre propre échantillon ; la démonstration sur cas réel montre combien la planéité de la pièce et le mouvement de la platine consomment.

Zoom motorisé + APO : quand la combinaison se justifie

Un corps motorisé permet de traverser une cellule de la matrice sans toucher au matériel : le corps 6.5X est fourni en PMS-LZ-63100 / LZ-650104 avec 82 ± 2 mm de distance de travail en version motorisée, 87 ± 2 mm en version manuelle et sur rail, avec LZ-650105 comme variante coaxiale.

Elle se justifie quand une recette doit servir deux grossissements — un passage de vue d'ensemble, puis un passage zoomé — parce que la voie APO maintient la distance de travail constante, donc un balayage motorisé ne déplace jamais le plan focal. Elle ne se justifie pas quand la recette tourne toujours à un seul grossissement ; choix entre manuel et motorisé couvre ce cas, et zoom motorisé + APO pour l'inspection des plaquettes de semi-conducteur montre la combinaison à l'œuvre. Quand la mise au point doit se fermer automatiquement en haut de la plage, associez la voie à une unité d'autofocus plutôt qu'à un algorithme côté caméra : autofocus APO, guide de l'objectif zoom motorisé.

Vérifications de vignettage et d'éclairage

Deux vérifications avant qu'une cellule devienne un bon de commande. D'abord le cercle d'image : les corps 6.5X et 12.5X sont spécifiés pour 2/3", et un capteur plus grand vignette quelle que soit la configuration de la matrice — voir l'appariement de la taille du capteur au cercle d'image.

Ensuite, la luminosité en coin au grand angle : un petit facteur TV pousse le faisceau vers le bord de l'ouverture claire, donc le tube 0.5X à 0.7X de zoom est la cellule la moins tolérante de chaque ligne. Vérifiez-la sur une cible réelle ; si les coins s'assombrissent, un tube plus grand avec un objectif plus petit corrige généralement — comportement de vignettage des objectifs APO sur un corps zoom explique pourquoi.

Sélection pas à pas (carte récapitulative)

FAQ : questions de configuration APO

Comment couvrir de 2X à 50X avec des objectifs APO sur un corps zoom ?

Partez de la matrice : trouvez la ligne dont la bande contient votre cible, puis choisissez la colonne TV qui y atterrit. Sur le corps 6.5X, l'objectif 2X avec un tube 0.5X commence à 0.39X et l'objectif 50X avec un tube 2X atteint 247.5X (calculé).

Quel tube TV associer à chaque objectif APO ?

Choisissez le tube pour que objectif fois facteur TV égale la bande dont vous avez besoin, car ce produit fixe toute la plage zoom. Un objectif 5X avec un tube 1X et un objectif 10X avec un tube 0.5X donnent tous deux 1.93X–12.38X, à 35 mm et 34 mm de distance de travail.

Pourquoi trois configurations différentes donnent-elles exactement 3.85X–24.75X ?

Parce que le produit objectif fois TV vaut 10 dans les trois cas : 5X avec un tube 2X, 10X avec un tube 1X, 20X avec un tube 0.5X. Dix fois la plage zoom 0.7X–4.5X fois 0.55 donne 3.85X–24.75X (calculé), donc seules la distance de travail, la NA, la résolution et la profondeur de champ diffèrent.

La distance de travail change-t-elle quand je change de tube TV ou de position zoom ?

Non. Sur la voie APO, la distance de travail appartient à l'objectif : 35 mm à 5X, 34 mm à 2X et 10X, 20 mm à 20X et 13 mm à 50X. Changer de tube ou de position zoom ne change que le grossissement et le champ de vision.

Pourquoi le grossissement n'est-il pas la résolution ?

Le grossissement ne fait que mettre l'image à l'échelle ; la résolution est le plus petit détail que l'objectif peut transférer, publiée séparément de 2 µm à 5X jusqu'à 0.5 µm à 50X. Voir un détail aussi petit exige aussi assez d'échantillonnage, de contraste et de lumière, donc le chiffre est une limite, pas une garantie.

Quand choisir le M Plan Apo L 20X plutôt que le 20X standard ?

Choisissez-le quand 20 mm de dégagement ne suffisent pas. Le M Plan Apo L 20X donne 20× à 29.5 mm avec une NA de 0.34, 0.8 µm de résolution et ±2.38 µm de profondeur de champ, donc vous gagnez environ 9.5 mm de portée en échange d'un peu de résolution et de profondeur.