Нынешние тенденции на увеличение физических размеров и разрешения оптических сенсоров происходят благодаря возросшему уровню требований к качеству получаемого изображения в системах машинного зрения и промышленной автоматизации.
На сегодняшний день существует три метода увеличения разрешения сенсоров:
- увеличение физического размера сенсора, размер пикселя остается прежним;
- уменьшение размера пикселя с сохранением физического размера сенсора;
- совмещение двух вышеописанных методов (рис.1).
Рис. 1. Сенсоры становятся больше в размере за счет добавления большего количества
пикселей, а также увеличения разрешения за счет уменьшения размера пикселей.
До сих пор, большая часть камер и объективов, используемых в системах машинного зрения разработаны и спроектированы со стандартным резьбовым креплением типа C-mount (резьба имеет диаметр 25,4 мм., шаг 0,794 мм. и расстояние до опорной плоскости матрицы 17,526 мм.). Префикс «С», который используется в обозначении этого типа крепления, является сокращением от английского понятия “cine”, которое означает принадлежность к кинематографии, ведь впервые подобное крепление применялось еще в телевизионных камерах для съемок кинолент.
Однако теперь, когда оптические сенсоры продолжают развиваться и совершенствоваться, крепление типа C-mount достигает своего физического предела по отношению к крупноформатным сенсорам (типа APS-C или Micro Four Thirds, популярных в цифровых фотоаппаратах). Традиционно для сенсоров такого размера использовались широкоформатные объективы с байонетом Nikon F или резьбой M42. Но, к сожалению, оба этих формата далеки от оптимальных, когда речь идет о точных приложениях машинного зрения, из-за проблем со стандартизацией, стабильностью и общим размером системы. С целью заполнить образовавшийся зазор появилось новое крепление, которое имеет название TFL.
TFL крепление было официально стандартизировано Japan Industrial Imaging Association (JIIA) в 2017 году. Крепление TFL имеет диаметр 35 мм с шагом 0,75 мм и расстоянием до опорной плоскости матрицы 17,526 мм (также как и C-mount).
Несмотря на то, что объективы Nikon F и M42 предназначены для покрытия гораздо более крупных сенсоров (до 43,3 мм по диагонали против 27,9 мм у TFL) объективы с TFL креплением имеют ряд неоспоримых преимуществ, заключающихся в меньшей стоимости и в меньшем рабочем отрезке (17,526 мм против 46.5 мм Nikon F, 45.5 мм M42). Кроме того, объективы с байонетом F и M42 являются более габаритными по сравнению с объективами с байонетом TFL, что ведет к общему увеличению размеров используемой системы.
Небольшой рабочий отрезок и больший внутренний диаметр (по сравнению с C-mount), который используется в объективах с TFL креплением дает инженерам-оптикам гораздо больше свободы при проектировании оптической схемы с целью максимального увеличения оптического разрешения объектива (лин/мм), в то время как большое расстояние до плоскости матрицы ограничивает тип оптической конструкции, что особенно важно при проектировании объективов с более коротким задним фокусным расстоянием (расстоянием от последнего оптического элемента до плоскости матрицы).
Рис. 2. Влияние на размер камеры различного расстояния до опорной плоскости матрицы.
Стоит также отметить, что резьбовое соединение, используемое в TFL креплении является более надежным решением по сравнению с байонетным типом крепления, так как обеспечивает оптимальное соединение объектива с камерой (зажимное усилие резьбовых винтов намного выше, чем у байонетных).
Рис. 3. По мере того, как сенсоры увеличиваются в размерах с уменьшением пикселей, строгое соблюдение
допусков становится обязательным. Байонетное крепление объектива обеспечивает более слабое соединение
с камерой по сравнению с резьбовым соединением TFL. Это может привести к расфокусированному изображению.
Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, что в ближайшей перспективе объективы с креплением TFL будут являться лучшим выбором в системах машинного зрения и промышленной автоматизации для крупноформатных сенсоров. Хотя данный стандарт все еще набирает популярность на рынке машинного зрения, он представляет собой новый многообещающий подход в оптикостроении.
Для получения дополнительной информации рекомендуем ознакомиться с TFL объективами, представленными на нашем сайте:
