Lens Calculator
Herstellerunabhängiger Lens Calculator für Bildverarbeitungskameras
Der STEMMER IMAGING Lens Calculator übersetzt Anwendungsanforderungen in eine konkrete Empfehlung passender Objektive. Sie definieren den gewünschten Sensor, das benötigte Bildfeld und Arbeitsabstand. Das Tool liefert daraufhin eine gefilterte Auswahl geeigneter Objektivmodelle mit der vollständigen optischen Spezifikation des resultierenden Kamera-Objektiv-Systems.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Auswahl aus über 190 entozentrischen Objektivmodellen von sieben renommierten Herstellern: Computar, Fujinon, Kowa, Optowl (vormals Ricoh bzw. Pentax), Schneider-Kreuznach, Tamron und VICO imaging, laufend um neue Modelle erweitert
- Der freie Arbeitsabstand (FWD) wird von der Objektivfront aus berechnet, ergänzt durch den Abstand von der objektseitigen Hauptebene [OH] und den gesamten Objekt-Bild-Abstand [OO']
- Die Ergebnisse basieren auf geometrischer Optik, angewendet auf objektivspezifische optische Daten, einschließlich des Verhaltens von Floating-Linsengruppen, sofern zutreffend
- Vollständige Systemspezifikation: Schärfentiefe, Airy-Disk-Durchmesser, Abbildungsmaßstab, Öffnungswinkel, maximal empfohlene Blendenzahl sowie die erforderliche Modulationsübertragungsfunktion (MTF) des Objektivs
- Berechnet die benötigten Zwischen- oder Distanzringe, wenn der geforderte Arbeitsabstand unter der kleinsten Einstellentfernung (MOD) des Objektivs liegt
- Verfügbar für registrierte Kunden über das STEMMER IMAGING Kundenportal
Was ein Lens Calculator tatsächlich berechnet
Ein Lens Calculator bestimmt den Zusammenhang zwischen vier Größen, die sich nicht unabhängig voneinander wählen lassen: Sensorgröße, Bildfeld, Arbeitsabstand und Brennweite. Legt man drei davon fest, ergibt sich die vierte daraus. Ein Tool, das diesen Zusammenhang korrekt abbildet, berücksichtigt zusätzlich die optischen Eigenschaften des jeweiligen Objektivs, denn zwei Modelle mit derselben nominalen Brennweite können sich im realen Aufbau unterschiedlich verhalten.
Der STEMMER IMAGING Lens Calculator arbeitet von der Anwendungsseite her. Sie geben ein, was die Inspektionsaufgabe leisten muss, und das Tool ermittelt die dafür geeigneten Objektivmodelle sowie die tatsächlichen Kenndaten des resultierenden Systems.
Die Brennweite allein legt den Aufbau nicht fest
Eine Anfrage wie „Wir benötigen ein 12-mm-Objektiv“ lässt wichtige Fragen offen.
- Mit welchem Sensor wird das Objektiv eingesetzt, und deckt sein Bildkreis die Sensordiagonale ab?
- Wird der Arbeitsabstand von der Objektivfront oder von der Sensorebene aus gemessen?
- Reicht die Schärfentiefe für ein Bauteil mit variierender Höhe?
- Liefert das Objektiv ausreichend Auflösung für die Pixelgröße des Kamerasensors?
Diese Eigenschaften sind nicht allein dem Objektiv zuzuschreiben, sondern dem gesamten Kamera-Objektiv-System und seiner Anwendung. Sensorgröße und Pixelgröße bestimmen, ob das Objektiv ausreichende Bildabdeckung und Auflösung liefert; ein für einen kleineren Sensor ausgelegtes Objektiv kann beispielsweise bei einem größeren Sensor vignettieren. Auch die Schärfentiefe hängt vom Aufbau ab, einschließlich Abbildungsmaßstab, Blende und zulässigem Zerstreuungskreis (Circle of Confusion).
Besonders der Begriff Arbeitsabstand sorgt für Verwirrung. Für manche Anwender bezeichnet er den freien Arbeitsabstand von der mechanischen Objektivfront bis zum Objekt. In manchen Anwendungen ist jedoch der Abstand von der Sensorebene zum Objekt relevant. Viele andere optische Tools berechnen keinen von beiden, sondern einen Abstand ab der objektseitigen Hauptebene. Diese Werte können erheblich voneinander abweichen, und die Verwendung des falschen Werts kann nach der Lieferung eines ungeeigneten Objektivs eine mechanische Neukonstruktion erforderlich machen.
Der Lens Calculator macht all diese Kriterien in einer einzigen Ansicht sichtbar.
Diagramm eines Kamera-Objektiv-Systems mit Bildfeld und Schärfentiefe am Objekt, dem Objektiv mit Brennweite, Blende und Hauptebenen sowie der Sensorebene der Kamera; freier Arbeitsabstand, objektseitiger Arbeitsabstand und gesamter Objekt-Bild-Abstand sind als separate Messgrößen gekennzeichnet.
So funktioniert es
Die Konfiguration erfolgt in drei Schritten.
- Bildsensor aus der Liste wählen oder eigene Werte für Pixelanzahl und Pixelgröße eingeben. Das Tool berechnet daraus die horizontalen und vertikalen Sensorabmessungen sowie den Bildkreis (d. h. die Sensordiagonale).
- Benötigtes Bildfeld auf der horizontalen Achse festlegen. Der Calculator liefert daraufhin das vertikale und diagonale Bildfeld sowie die laterale Auflösung in µm pro Pixel.
- Gewünschten Arbeitsabstand eingeben. Daraus wird eine empfohlene Brennweite ermittelt. Anschließend eine Toleranz um diese Brennweite festlegen, sodass die Objektivliste auf die passenden Modelle gefiltert wird.
Die Auswahl eines Modells liefert anschließend die vollständige Spezifikation des konfigurierten Systems:
- Freier Arbeitsabstand (FWD), gemessen von der Objektivfront
- Abstand von der objektseitigen Hauptebene [OH] und gesamter Objekt-Bild-Abstand [OO']
- Schärfentiefe für einen selbst wählbaren Zerstreuungskreis (CoC)
- Abbildungsmaßstab, Öffnungswinkel und Airy-Disk-Durchmesser
- Maximal empfohlene Blendenzahl, bevor Beugung den Kontrast begrenzt
- Die MTF, die das Objektiv über den gesamten Sensor erreichen muss
- Die benötigten Zwischen- oder Distanzringe, sofern erforderlich (d. h. FWD < MOD)
Wichtige Funktionen
Herstellerunabhängige Objektivdatenbank
Die Datenbank umfasst mehr als 190 Objektivmodelle von sieben renommierten Herstellern aus dem STEMMER IMAGING Optikportfolio, die kontinuierlich wächst, sobald neue Modelle hinzugefügt und validiert werden. Da sie nicht an einen einzelnen Hersteller gebunden ist, kann die Auswahl für eine gegebene Anwendung mehrere Marken umfassen. Der Vergleich erfolgt allein nach optischer Eignung.
Optische Daten direkt vom Hersteller
Die Objektivspezifikationen stammen direkt von den Herstellern und werden von unseren Optikspezialisten gepflegt. Dadurch kann der Lens Calculator den freien Arbeitsabstand ab der Objektivfront angeben, statt ab einer Referenzebene im Objektivinneren, und auch Modelle berücksichtigen, deren interner Linsenabstand sich beim Fokussieren verändert (Floating-Design).
Vollständige Systemspezifikation
Die Ausgabe beschreibt das Kamera-Objektiv-System in der Anwendung, nicht das Objektiv isoliert betrachtet. Schärfentiefe, Abbildungsmaßstab, Öffnungswinkel und erforderliche MTF richten sich alle nach dem konfigurierten Sensor und der gewählten Blende. Das ist genau ist es, was ein Ingenieur benötigt, um zu prüfen, ob eine Station funktioniert.
Einstellbarer Zerstreuungskreis
Die Schärfentiefe hängt davon ab, wie viel Unschärfe die Anwendung toleriert. Deshalb lässt sich der Zerstreuungskreis (Circle of Confusion, CoC) frei einstellen, statt fest vorgegeben zu sein. Farbsensoren mit Bayer-Filter benötigen aufgrund der Interpolation einen größeren Wert als Monochromsensoren; das Tool schlägt für beide einen praxisgerechten Ausgangswert vor.
Berechnung der Zwischenringe
Liegt der geforderte freie Arbeitsabstand (FWD) unter der kleinsten Einstellentfernung (MOD) des Objektivs, ermittelt der Lens Calculator die erforderliche Mindestlänge des Zwischenrings zwischen Objektiv und Kameraflansch. Der freie Arbeitsabstand wird automatisch angepasst, sodass Montageprobleme vermieden werden, die sonst erst beim Aufbau auf der Werkbank auffallen.
Warnhinweise bei suboptimaler Konfiguration
Führt eine Einstellung das System in einen Bereich, in dem die Abbildungsqualität nachlässt, etwa weil die Blende so weit geschlossen ist, dass Beugung dominiert, weist das Tool aktiv darauf hin, statt nur einen Zahlenwert ohne Kontext zurückzugeben.
Integriertes optisches Glossar
Jeder berechnete Wert ist mit einem Glossareintrag verknüpft, der erklärt, was er bedeutet und wie er sich herleitet. Damit ist das Tool auch für Ingenieure nutzbar, die nur gelegentlich und nicht täglich mit Optik arbeiten.
Anwendungsbereich
Der Lens Calculator deckt entozentrische Objektive mit einem standardisierten Auflagemaß von 17,526 mm ab, wozu die gängigen C-Mount- und TFL-Mount-Optiken der industriellen Bildverarbeitung zählen. Telezentrische Objektive, SWIR-Optiken, Prismen- und 3CMOS-Objektive, Mikroskopoptiken und Zoomobjektive liegen derzeit außerhalb des Funktionsumfangs.
Noch nicht jedes Objektiv aus dem STEMMER IMAGING Portfolio ist in der Datenbank enthalten. Weitere Modelle werden ergänzt, sobald ihre optischen Daten validiert sind..
Die Ergebnisse unterliegen den Toleranzen, die jeder optischen Berechnung innewohnen. Fertigungsbedingte Schwankungen verändern die effektive Brennweite zwischen einzelnen Objektivexemplaren, und die geometrische Optik ist eine Näherung, die bei kurzen Brennweiten ungenauer wird. Das aufgebaute System kann daher geringfügig von den berechneten Werten abweichen.
Das Objektiv muss einen Bildkreis erzeugen, der mindestens so groß ist wie die Sensordiagonale, um den gesamten Sensor auszuleuchten. Ist der Bildkreis kleiner, können die Sensorecken abgedunkelt oder gar nicht abgedeckt sein. Aus diesem Grund dient der Bildkreis als erstes Filterkriterium bei der Auswahl geeigneter Objektive.
Einsatzbereiche
Auslegung einer neuen Inspektionsstation
Sensor, Bildfeld und verfügbarer Bauraum stehen meist schon fest, bevor die Optik ausgewählt wird. Der Lens Calculator übersetzt diese Vorgaben in eine engere Objektivauswahl und zeigt, ob die berechnete Schärfentiefe die geforderte Bauteiltoleranz abdeckt, noch bevor Hardware bestellt wird.
Prüfung einer vorhandenen Kamera gegen eine neue Anforderung
Muss eine Linie ein größeres Bauteil verarbeiten oder eine höhere Auflösungsanforderung erfüllen, stellt sich die Frage, ob die installierte Kamera das noch leistet. Die Konfiguration des vorhandenen Sensors mit dem neuen Bildfeld beantwortet dies in wenigen Minuten, einschließlich der Frage, welches neue Objektivmodell zu wählen ist und ob Zwischenringe erforderlich wären.
Schnelle Beantwortung technischer Fragen
Die Konfiguration im Tool liefert einen verifizierten Arbeitsabstand sowie eine Objektivauswahl um bestimmen zu können, ob ein bestimmter Sensor mit gegebenem Bildfeld und Arbeitsabstand realisierbar ist.
Auflösungsplanung für OEM-Maschinenbauer
Die laterale Auflösung in µm pro Pixel definiert die Abtastauflösung, während die MTF des Objektivs bestimmt, wie viel Bildkontrast bei der geforderten Ortsfrequenz erhalten bleibt. Auch die Blende beeinflusst optische Auflösung und Schärfentiefe. Zusammen helfen diese Parameter zu beurteilen, ob ein Design die geforderte Abbildungsqualität erreichen kann.
STEMMER IMAGING
Unterstützung bei Ihrer Optikauswahl
Der Lens Calculator grenzt die Auswahl ein. Unsere Optikspezialisten und das Technical Competence Centre führen Sie von der Objektivauswahl zu einem getesteten, anwendungsbereiten System.
Operational Services
Kamera-Objektiv-Montage, Fokussierung auf den konfigurierten Arbeitsabstand, Sensorreinigung und intrinsische Kalibrierung, montagefertig geliefert inklusive Dokumentation.
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Engineering Services
Machbarkeitstests mit Musterteilen, Beleuchtungskonzepte für den erforderlichen Bildkontrast und die Belichtung unter Berücksichtigung der für die Ziel-Schärfentiefe benötigten Blende, sowie individuelles Coaching zur Auslegung optischer Systeme.
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Special Solutions & Applications
Kundenspezifische optische Subsysteme für Anforderungen, die das Standardportfolio nicht abdeckt, gemeinsam mit Ihnen entwickelt von der Qualifizierung bis zur serienreifen Lösung.
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist der STEMMER IMAGING Lens Calculator?
Es handelt sich um ein webbasiertes Tool, das ermittelt, welche Machine-Vision-Objektive zu einer gegebenen Kombination aus Sensor, Bildfeld und Arbeitsabstand passen. Es liefert eine gefilterte Liste geeigneter Objektivmodelle sowie die vollständige optische Spezifikation des resultierenden Kamera-Objektiv-Systems, einschließlich freiem Arbeitsabstand, Schärfentiefe und erforderlicher MTF (Modulationsübertragungsfunktion).
Welche Objektivhersteller werden abgedeckt?
Die Datenbank ist herstellerunabhängig und umfasst derzeit mehr als 190 entozentrische Modelle von sieben renommierten Herstellern aus unserem Optikportfolio, darunter Computar, Fujinon, Kowa, Optowl (vormals Ricoh bzw. Pentax), Schneider-Kreuznach, Tamron und VICO imaging.
Benötige ich ein Konto zur Nutzung?
Ja. Der Lens Calculator steht registrierten Kunden über das STEMMER IMAGING Kundenportal zur Verfügung.
Welche Objektivtypen und Anschlüsse werden unterstützt?
TDer Calculator unterstützt derzeit entozentrische Objektive mit einem Auflagemaß von 17,526 mm, darunter C-Mount, TFL-Mount und ausgewählte M42-Mount-Objektive. Telezentrische, SWIR-, Prismen-, Mikroskop- und Zoomobjektive sind derzeit nicht enthalten. Die unterstützten Anschlüsse und der Bildkreisbereich werden direkt im Tool angezeigt. Die Unterstützung telezentrischer Objektive ist geplant.
Wie genau sind die Ergebnisse?
Die Berechnungen folgen den etablierten Prinzipien der geometrischen Optik, angewendet auf die gemessenen Spezifikationen jedes Objektivmodells. Deshalb wird der freie Arbeitsabstand ab der Objektivfront angegeben und nicht ab einer internen Referenzebene. Ein auf der Werkbank aufgebautes System weicht geringfügig von den berechneten Werten ab, hauptsächlich aufgrund von Fertigungstoleranzen der Objektive und der Grenzen des optischen Modells, insbesondere bei Weitwinkel- oder stark nicht-paraxialen Aufbauten.
Berechnet das Tool Schärfentiefe und Zwischenringe?
Beides. Die Schärfentiefe wird für einen von Ihnen festgelegten Zerstreuungskreis berechnet. Liegt der geforderte Arbeitsabstand unter der kleinsten Einstellentfernung des Objektivs, berechnet das Tool die benötigte Verlängerung und unterscheidet dabei zwischen Zwischenringen mit Gewinde und dünnen Distanzringen.
Kann ich ein Objektiv verwenden, das nicht in der STEMMER IMAGING Datenbank enthalten ist?
Nein, derzeit nicht. Diese Funktion könnte in einer späteren Version des Tools ergänzt werden.
Was, wenn meine Anwendung Zeilenkamera- oder telezentrische Optiken benötigt?
Diese liegen derzeit außerhalb des Funktionsumfangs der aktuellen Version des Lens Calculators. Wir erweitern die Funktionen laufend, und unsere Optikspezialisten klären solche Anforderungen gerne direkt mit Ihnen. Rufen Sie uns einfach an oder füllen Sie das Support-/Kontaktformular aus.