Guía de objetivos de distancia focal fija: cómo elegir el objetivo adecuado para su aplicación paso a paso
Los objetivos de distancia focal fija se encuentran entre los componentes más importantes de un sistema de visión artificial. Determinan qué detalles son visibles, el tamaño del campo de imagen y la fiabilidad de la evaluación. Esta guía le muestra paso a paso los criterios más importantes que debe tener en cuenta al seleccionar un objetivo, desde el tamaño del sensor hasta la distancia focal y la montura, pasando por las condiciones especiales de aplicación.
1. Tamaño del sensor: la base de toda selección de objetivos
Antes de pensar en la distancia focal o la apertura, debe determinar el tamaño del sensor de su cámara. El objetivo debe proyectar un círculo de imagen que cubra completamente este sensor; de lo contrario, pueden producirse viñeteados o pérdidas de luz en las esquinas y, potencialmente, reducción de resolución en los bordes.
En el filtro de productos, puede elegir entre formatos como 1/3", 1/2", 2/3", 1", 4/3" o fotograma completo en «Tamaño del sensor». Elija siempre el sensor más grande que utilice o desee utilizar. Por ejemplo, un objetivo para 2/3" también funcionará en una cámara de 1/2", pero no al revés.
Consejo práctico:
Es mejor prever un pequeño margen. Si en el futuro utiliza una cámara de mayor resolución con un sensor más grande, el objetivo seguirá siendo compatible.
2. Distancia de trabajo y campo de imagen: cálculo de la distancia focal adecuada
El segundo paso es definir la distancia de trabajo y el tamaño del campo de imagen (el área del objeto que se desea capturar). Junto con el tamaño del sensor, estos factores determinan la distancia focal que necesita para capturar su objeto o área en su totalidad.
En el buscador de productos encontrará los campos «Distancia focal (mm)» y «Distancia de trabajo (mm)». Como regla general: cuanto mayor sea la distancia de trabajo o menor el campo de imagen deseado, mayor deberá ser la distancia focal, y viceversa.
Ejemplo:
Si desea capturar un área de 200 mm × 150 mm desde una distancia de 400 mm con un sensor de 1", la distancia focal ideal es de aproximadamente 25 mm. (Aproximación de primer orden: f = tamaño del sensor × distancia de trabajo / campo de imagen)..
Consejos prácticos:
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Las distancias focales cortas (gran angular) suelen ser ventajosas en espacios reducidos, pero aumentan la perspectiva.
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Las distancias focales más largas son adecuadas para distancias de trabajo mayores y reducen la perspectiva, lo que resulta útil para mediciones precisas.
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Si no está seguro entre dos valores, es mejor elegir la distancia focal ligeramente más corta, ya que así se mantiene flexible el campo de visión y permite ajustar posteriormente la distancia de trabajo o recortar la imagen.
3. Tipo de montura: la interfaz entre la cámara y el objetivo
La montura determina cómo se conectan mecánica y ópticamente el objetivo y la cámara. En visión industrial, la montura C es, con diferencia, la más común. Es adecuada para sensores de hasta aproximadamente 1,1 pulgadas y ofrece una conexión sólida y resistente a vibraciones.
En el filtro de productos, puede filtrar específicamente por «Tipo de montura», por ejemplo:
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Montura C: estándar para la mayoría de las cámaras industriales (distancia focal de brida de 17,526 mm).
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Montura CS: diseño compacto, especialmente para cámaras pequeñas (nota: distancia focal más corta, 12,5 mm; los objetivos con montura C requieren un anillo espaciador de 5 mm; los objetivos con montura CS no enfocan en cámaras con montura C).
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Montura F: para sensores más grandes; conexión de bayoneta robusta con bloqueo seguro.
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Montura M42 / T: para cámaras de barrido lineal o círculos de imagen grandes. ; tenga en cuenta las variantes de rosca (M42×1 industrial, M42×0,75).
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M58: para círculos de imagen muy grandes y NA alto, común en sensores de barrido lineal y de gran superficie.
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Montura S (M12): para sistemas mini o integrados con espacio limitado.
Consejo práctico:
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Elija siempre la montura que se adapte a la cámara.
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Si planea cambiar a un sensor más grande, considere usar una montura F.
4. Apertura y profundidad de campo: aprovechamiento óptimo de la luz
La apertura (iris) controla la cantidad de luz que incide sobre el sensor y afecta directamente a la profundidad de campo. Un número F bajo (por ejemplo, F1.4) deja pasar más luz, pero reduce la profundidad de campo. Los números F más altos (F8 o F11) aumentan la profundidad de campo, pero requieren más iluminación y pueden provocar un suavizado por difracción en píxeles pequeños o con un gran aumento.
En el filtro de productos, puede filtrar por «Apertura».
Consejo práctico:
Elija una apertura bloqueable para los sistemas en serie. Para aplicaciones de alta velocidad o con poca luz, es beneficioso utilizar un objetivo especialmente rápido (por ejemplo, F1,4), siempre que la profundidad de campo disponible siga siendo suficiente.
5. Resolución y tamaño de píxel: nitidez hasta el último detalle
Cuanto menor sea el tamaño de píxel del sensor, mayor será la capacidad de resolución óptica (MTF) que debe ofrecer la lente. Lo que importa es el tamaño de píxel, no solo el número de megapíxeles. Un sensor de 12 megapíxeles con un tamaño de píxel de 3 µm exige más a la óptica que un sensor de 2 megapíxeles con píxeles de 5 µm. Compruebe que el objetivo mantiene una MTF suficiente en las frecuencias espaciales que implica el tamaño de píxel (las especificaciones del fabricante se dan para un número F y una distancia de trabajo determinados).
En el filtro de productos, los filtros «Resolución» o «Tamaño mínimo de píxel» le ayudan a reducir las series adecuadas. Elija una lente cuyo tamaño mínimo de píxel sea ≤ al tamaño de píxel de su cámara. Un cierto margen le ayudará a evitar el desenfoque visible y a sacar el máximo partido a su cámara.
Consejos prácticos:
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Verifique la MTF con el número F y la distancia de trabajo elegidos, especialmente cerca de la frecuencia de Nyquist del sensor y hacia los bordes del campo.
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Equilibre la profundidad de campo y la difracción: a medida que los píxeles se hacen más pequeños, utilice números F más rápidos. Recuerde que el número F efectivo aumenta con el aumento, por lo que es posible que necesite aún más luz.
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Para píxeles muy pequeños o un uso espectral amplio, prefiera series apocromáticas/de alta resolución para mantener el MTF y controlar los errores cromáticos.
6. Espectro y longitud de onda: no toda la luz es igual
Las lentes suelen estar optimizadas para el rango visible (400-700 nm). Sin embargo, en la visión artificial, también son comunes el NIR (infrarrojo cercano) o el SWIR (infrarrojo de onda corta), que plantean diferentes exigencias al cristal, los recubrimientos y la corrección cromática.
En el filtro de productos, puede utilizar «Rango de longitud de onda» para filtrar específicamente lentes para espectros especiales:
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VIS (visible): recubrimiento estándar para imágenes en color y monocromáticas en 400-700 nm.
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VIS-NIR: Diseño/recubrimiento de banda ancha, para mantener el enfoque/MTF en todo el VIS y el NIR (normalmente 400-900/1000 nm), común en muchas lentes industriales.
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SWIR: diseños específicos con vidrio y recubrimientos especiales para 900-1700 nm (sensores InGaAs), por ejemplo, para la detección de materiales o humedad, inspección de silicio (>~1100 nm).
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UV: Materiales/recubrimientos aptos para UV (a menudo sílice fundida) para 200-400 nm, empleados en aplicaciones de fluorescencia o microscopía.
Consejo práctico:
Si utiliza iluminación NIR, elija siempre una lente compatible con VIS-NIR. Las lentes VIS estándar pueden presentar un desplazamiento del foco y una transmisión reducida en el NIR.
Para las cámaras SWIR o UV, necesita series diseñadas específicamente para este fin; la óptica estándar no transmitirá ni proporcionará imágenes nítidas en este caso.
7. Diseño mecánico e influencias ambientales
Además de las especificaciones ópticas, el diseño mecánico también es crucial para la estabilidad a largo plazo del sistema. Factores como vibraciones, cambios de temperatura, polvo o humedad pueden afectar al enfoque o a los ajustes del iris si la óptica no está preparada para estas condiciones.
En las especificaciones del producto, parámetros como «Dimensiones/peso», «Clase de protección IP» o «Índice de resistencia a golpes y vibraciones» le ayudarán a seleccionar los modelos adecuados.
Recomendaciones:
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Diseño compacto: cuando el espacio de instalación es limitado (por ejemplo, en robots o estaciones de prueba).
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Modelos resistentes: grupos de lentes unidos, enfoque/iris bloqueables, características antirrotación, ideales para vibraciones/impactos continuos.
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Variantes con clasificación IP: carcasas/ventanas frontales selladas para entornos húmedos, polvorientos o higiénicos (IP65/67, opciones aptas para uso alimentario).
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Serie con compensación de temperatura: diseños atérmicos para mantener el enfoque estable a pesar de los cambios de temperatura ambiente.
Consejo práctico:
Si el sistema funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana, o está expuesto a vibraciones, golpes o ciclos de temperatura, nunca escatime en la calidad de la construcción mecánica. Una lente resistente mantendrá un enfoque estable, una calibración precisa y un rendimiento constante durante años.
