Нынешняя тенденция к увеличению физических размеров и разрешения оптических сенсоров объясняется возросшими требованиями 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:
