Dobór soczewki lub obiektywu do liniowego czujnika CCD

Witam, na początku zaznaczę, że nie jestem specem w dziedzinie optyki, znam i rozumiem podstawy z podręczników do fizyki w związku z czym chciałbym się poradzić jak podejść do pewnego zagadnienia. Posiadam sensor CCD o rozdzielczości 2048x1, w którym długość na której umieszczone są fotodiody wynosi 35mm. Chciałbym skanować obiekty o szerokości około 40mm z odległości kilku cm (odległość stała). Czy wystarczy do tego zwykła pojedyncza soczewka? Czy powinienem poszukać obiektywu składającego się z kilku soczewek? Jak czegoś takiego szukać? Wydaje mi się, że obiektywy od cyfrowych aparatów, modułów kamer USB, mikroskopów cyfrowych nie nadadzą się do tej aplikacji bo są przystosowane do tego, aby światło po przejściu przez cały tor optyczny "dawało" ostry, niezniekształcony obraz na matrycy kilka na kilka mm (mój sensor ma 35mm) w konkretnej odległości. Robiłem eksperymenty z posiadanymi przeze mnie obiektywami (kamery USB, mikroskopy cyfrowe) ale skutecznie udało mi się skupić obraz na maksymalnie 5-6mm mojego sensora...
Będę wdzięczny za wszelkie wskazówki.

Zależy od pochodzenia obiektywu. Obiektywy FF kryją 35mm w pełni. APSC po skosie nie okłamię cię, że w praktyce też.
Mala odległosc pracy może być lekkim problemem, ale do rozwiązania

Postaw kawę jakiemuś napalonemu fotografującemu ze swojego otoczenia (smartfonów nie nazywam fotografowaniem)

Twoja matryca ma wymiar klatki fotograficznej (24x36) - więc naprościej użyj obiektywu od aparatu fotograficznego, wystarczy umieścić martycę w odpowiedniej odległośc od soczewki, w osi obiektywu.

Przy mniejszej matrycy, np. 1/3 cala mógłbyś użyć obiektywu od kamery (np. Video8) z takim CCD, obiektyw z opcją Zoom i Macro nie wymaga już żadnych przeróbek, po prostu matrycę swojej kamery umieszczasz w miejscu oryginalnej.

JacekCz napisał:

Mala odległosc pracy może być lekkim problemem, ale do rozwiązania

Można dopowiedzieć, że w pracy makro obiektyw APSC i tak umieścisz dalej od "matrycy" niż przy pracy na nieskończoność, co poszerzy jego obszar roboczy do pełnej klatki.

Wspólcześnie nieliczne, bardzo proste obiektywy mają klasyczną naprawdę stałą ogniskową, większość przy wyostrzaniu bliżej robi zarówno ruch zewnętrzny, jak i zmianę ogniskowej wewnątrz. Wobec czego szkolne wzory optyczne nie są dokładne.

Trzeba dodać, że w pracy makro zakres głębi ostrości radykalnie się zmneijsza. Ten skanowany przedmiot musiałby się pojawiac zawsze w identycznej odległosci. Można użyć przysłony do zwiększenia głębi ostrości, co wydłuża czas naświetlania.

Obiektyw

mycodename47 napisał:

Chciałbym skanować obiekty o szerokości około 40mm z odległości kilku cm (odległość stała).

Ta odległość jest bardzo ważna.
Przykładowo dla niedrogiego obiektywu od powiększalnika:

a teraz w zależności od wysunięcia obiektywu:

Kalkulator jest tu:
https://darekk.com/kalkulator/glebia-ostrosci
Obiektyw może być dowolny ale musi odwzorowywać na płaszczyznę, czyli wszystkie fotograficzne.
Najtaniej zastosować obiektyw powiększalnikowy.
Wieczorem będę miał trochę czasu.

@Staszek_Staszek

Kalkulator upada dla większości wspólczesnych obiektywów (powyżej), to tylko dla klasycznych projektów

Panowie, dziękuję bardzo za zaangażowanie trochę już jestem nakierowany. Jeśli chodzi o odległość między soczewką obiektywu a obiektem to te kilka cm nie jest krytyczne, do około 10cm też będzie ok, jeśli to uprości sprawę.

Już jestem.
Tak więc dla obiektywu o ogniskowej 55 mm przedmiot z odległości 10 cm będzie odwzorowany jako powiększony 1,2 razy.
Czyli jeżeli ma np. 3 cm to na matrycy będzie jego obraz o wymiarze 3,6 cm.
Obiektyw musi być odsunięty od matrycy (w fotografii używa się do tego celu pierścieni pośrednich albo mieszków).
Dzisiaj dostępne są np. takie:

Obiektyw specjalnie projektowany do odwzorowania na płaszczyźnie. Ma mocowanie M42 i dostępne są pierścienie pośrednie:

Jakoś to trzeba sczepić do kupy z sensorem. Nie wiem jaka będzie odległość (flange distance) do matrycy, to może być i 15 cm. Mogę to zmierzyć.
Jeżeli odległość obiektywu od matrycy ma być jak najmniejsza to należy kupić obiektyw od aparatu fotograficznego.
Pod ręką mam Heliosa 44-M i dla niego ta odległość to ok. 8 cm.
Tak na oko. Mogę zmierzyć to dokładniej jak będzie potrzeba.
Pozdrawiam

Dodano po 1 [minuty]:

JacekCz napisał:

@Staszek_Staszek

Kalkulator upada dla większości wspólczesnych obiektywów (powyżej), to tylko dla klasycznych projektów

Nie upada.
Kalkulator działa na podstawie praw fizyki a te się nie zmieniły, przynajmniej ja o tym nic nie wiem.

Dzięki Staszek_Staszek za pomoc ogólnie to chciałbym aby flange distance i odległość obiektu obserwowanego były w miarę możliwości jak najmniejsze. Czy mógłbyś zaproponować jakiś obiektyw?
Jeśli chodzi o montaż mechaniczny to najmniejszy problem, prototyp wydrukuję na drukarce 3D.

Staszek_Staszek napisał:

JacekCz napisał:

@Staszek_Staszek

Kalkulator upada dla większości wspólczesnych obiektywów (powyżej), to tylko dla klasycznych projektów

Nie upada.
Kalkulator działa na podstawie praw fizyki a te się nie zmieniły, przynajmniej ja o tym nic nie wiem.

Ale uproszczenia upadają.
Szkolny wzór soczewki takim jest (żeby nie było: używam go wielokrotnie, ale z taką właśnie świadomością)
Podobnie jak założenie że nowoczesna nawet tzw stałka ma jedną ogniskową

mycodename47 napisał:

ogólnie to chciałbym aby flange distance i odległość obiektu obserwowanego były w miarę możliwości jak najmniejsze.

To w takiej sytuacji tanie jak barszcz obiektywy powiększalnikowe odpadają.
Myślę że przysłona może się przydać więc raczej tylko obiektywy od aparatów fotograficznych wchodzą w grę.
Są dość dostępne i niedrogie obiektywy o ogniskowej 28 mm.
Wówczas z odległości 5,5 cm dadzą odwzorowanie 1:1.
Tu jest spis "Flange focal distance".
https://en.wikipedia.org/wiki/Flange_focal_distance
I tak jeżeli kupimy np. najtańszy dzisiaj:

To ten z prawej. Ma mocowanie M-42 więc flange distance jest 45.46 mm i odległość od mocowania obiektywu do sensora: 45,46 mm + 29,04 mm ( te 29,04 z kalkulatora dla odwzorowania 1:1).
Natomiast pytanie mi się nasuwa, jak duży jest przedmiot?
Bo jeżeli np. 70 mm to wystarczyłoby odwzorowanie 0.5. Wówczas odległość od mocowania obiektywu do sensora: 45,46 mm + 14 mm.
Są też obiektywy o krótszym flange distance np. Canon EF-M.
Wówczas mielibyśmy 18mm + 14 mm czyli łącznie 32 mm.
No ale to trzeba by mieć szczęście aby trafić albo dużo kasy.

Flange distance w moim rozumieniu jest sztuczną, zbędną tu liczbą. To nie jest ogniskowa, nie jest też nadmiernie zwiazana z długością mechaniczną obiektywu.
Wprowadziłeś ten parametr by strzelić kulą w płot.
Wiele obiektywyów rodzin z bardzo małym flange distance i tak jest długich.
@mycodename47 kolega ci ściągnął wątek w manowce.

Staszek_Staszek napisał:

Są dość dostępne i niedrogie obiektywy o ogniskowej 28 mm.
Wówczas z odległości 5,5 cm dadzą odwzorowanie 1:1.

Broniąc swojego ujęcia "matematycznego" wyartykułuj rzetelnie - odległosć od czego. Bo z całą pewnością nie od końca konstrukcji mechanicznej.
Wiele (wszystkie?) obiektywy 28mm FF mają swoją mityczną "płaszczyznę idealnej szkolnej soczewki" głęboko w środku, albo za sobą, i makro jest niemożliwe.

Staszek_Staszek napisał:

Są też obiektywy o krótszym flange distance np. Canon EF-M.

Odradzam. We wszystkich rodzinach o pochodzeniu bezlusterkowym NIE MA żadnego wpływu na przysłonę.
Niektóre "wyjęte z pudełka" maja ja otwartą, inne w połowie ...

Staszek_Staszek napisał:

Wówczas mielibyśmy 18mm + 14 mm czyli łącznie 32 mm.

Zaczynasz odjeżdżać wierząc w swoje obliczenia.

Industar ze Smieny 40/4, inne idustary. Wiele z nich jest krewniakami powiększalnikowych, mają ręczną przysłonę.
Właściwie wyłącznie w tessarach / trioplanach hipotetyczna płaszczyzna jest wewnątrz układu optycznego (a i uklad jest zwarty).
W żadnym szerokim kacie.

Przyjmijmy że mamy szanse z obiektywami 40 do 50mm, co daje pełną długość twojego stanowiska 160mm (hehe wyłącznie teoretycznie) do trochę ponad 200mm. MOZE sie trafi jakaś 35-ka.


@mycodename47 powtórzę;z najdź lokalnie napaleńca fotografii, wykręćcie obiektyw, utwórzcie obraz np na pergaminie.

Obiektyw ma dwa ogniska: z przodu i z tyłu. Odległość tych ognisk na ogół jest większa, niż dwie ogniskowe (są dwie płaszczyzny "idealnej soczewki", osobna dla ogniska z każdej strony) - różnica powoduje wydłużenie całego układu optycznego. Im jaśniejszy obiektyw, tym ta różnica będzie większa, więc jeśli duża jasność nie jest potrzebna, to może wypada ograniczyć się do prostego trypletu.

Osobna sprawa: płaszczyzna, na której tworzy się obraz - a raczej powierzchnia, która niekoniecznie jest płaska. Dla prostej soczewki jest ona od strony soczewki wklęsła. W obiektywach dąży się do skorygowania tej wady, i uzyskania płaskiej powierzchni obrazu. Ale to się robi dla obrazu przedmiotu, który jest daleko od obiektywu. Nie wiem, jak to wychodzi, gdy odległości przedmiot-obiektyw i obiektyw-obraz są zbliżone - czy obraz płaszczyzny umieszczonej blisko przed obiektywem będzie płaski, czy wygięty.

_jta_ napisał:

Nie wiem, jak to wychodzi, gdy odległości przedmiot-obiektyw i obiektyw-obraz są zbliżone - czy obraz płaszczyzny umieszczonej blisko przed obiektywem będzie płaski, czy wygięty.

Ja wiem to z praktyki. Odwzorowanie na płaszczyźnie przy sali odwzorowania 1:1 nadal jest przyzwoite.


Wykresy dla trypletu. Dla double gaus są znacznie lepsze.
Autor tematu jeszcze nie napisał czy akurat takie odwzorowanie jest mu potrzebne.
Nie wiemy też jaką rozdzielczość ma sensor.

A rozdzielczość sensora jest o tyle istotna, że przy niskiej można ograniczyć średnicę obiektywu przysłoną nie tracąc na rozdzielczości - np. przy 100 liniach / mm może być przysłona 1:8; a przy 200 powinna być 1:4 (dla światła czerwonego, bo niebieskie da lepszą rozdzielczość).

Te starsze obiektywy np. heliosy to o ile pamięć mnie myli coś ok. 40 lppm.
Niektóre nowe np. Tokina Fírin 20 mm f/2 FE MF :

Nadal jednak w Polsce kosztuje ponad 3 koła.
Ale mus poczekać na autora aby się dowiedzieć więcej o oczekiwaniach..

Staszek_Staszek napisał:

Natomiast pytanie mi się nasuwa, jak duży jest przedmiot?

Tak jak pisałem w pierwszym poście, maksymalnie 40mm.

Staszek_Staszek napisał:

Autor tematu jeszcze nie napisał czy akurat takie odwzorowanie jest mu potrzebne.

W temacie napisałem, że matryca ma około 36mm szerokości a obserwowany obiekt 40mm, więc blisko 1:1.

Staszek_Staszek napisał:

Nie wiemy też jaką rozdzielczość ma sensor.

To też było w temacie rozdzielczość 2048x1, mam też drugi 5400x1, ale na początek chciałbym się pobawić tym pierwszym.

_jta_ napisał:

A rozdzielczość sensora jest o tyle istotna, że przy niskiej można ograniczyć średnicę obiektywu przysłoną nie tracąc na rozdzielczości - np. przy 100 liniach / mm może być przysłona 1:8; a przy 200 powinna być 1:4 (dla światła czerwonego, bo niebieskie da lepszą rozdzielczość).

Rozdzielczość to 2048x1, a więc jedna linia po środku. Skanowany obiekt będzie się przesuwał i będę sczytywał linia po linii, aż do uzyskania całego "skanu".

Staszek_Staszek napisał:

Ale mus poczekać na autora aby się dowiedzieć więcej o oczekiwaniach..

W dużym skrócie, chciałbym aby zbudowany zestaw był w miarę możliwości jak najmniejszy. Amatorsko od kilku lat po godzinach buduję maszynę typu Pick&Place. W celu uzyskania jak największej prędkości rozpoznawania obiektów chciałabym zbudować skaner składający się z sensora liniowego. Maszyna przejeżdżałaby z pobranym elementem nad sensorem i sczytywała linia po linii obraz, wyliczając na bieżąco korekty kąta i przesunięcia pobranego elementu (nigdy nie pobierze się idealnie).
Modelowo chodzi o coś takiego:

Na pewno każdy obiektyw fotograficzny od pełnej klatki i APSC pokryje sensor.
Do 100 złotych można kupić obiektyw o ogniskowej 28 mm i odległość przedmiotu do obiektywu to kilka centymetrów.
Odległość od mocowania obiektywu do sensora ok. 7 cm.
Szkła "krótsze" będą kilka razy droższe. Do tysiąca złotych można kupić coś krótszego.
Przyznam się że skanowaniem nie zajmowałem się.
Jutro jeszcze zapytam o parę rzeczy. Dzisiaj późno już dla mnie.
Pozdrawiam.