5 Leistungsstärken von 1.1inch Large Format Optik für industrielle Bildverarbeitung-Jinyuan

Für Systemintegratoren, Kamerahersteller und Hersteller von Inspektionsgeräten hat der Übergang zu hochauflösenden Sensoren (12 MP bis 20 MP und darüber hinaus) neue Anforderungen an optische Systeme gestellt. Das 1.1inch Large Format (diagonal ≈ 17,6 mm) ist keine Nischen-Spezifikation mehr – es ist zu einer Basislinie für Anwendungen geworden, die eine breite Abdeckung, geringes Rauschen und außergewöhnliche Schärfe von Rand zu Rand erfordern. Das Design von Linsen für dieses Format bringt jedoch spezifische ingenieurtechnische Kompromisse mit sich: Größere Bildkreise intensivieren Aberrationen, die relative Beleuchtung nimmt an den Rändern ab, und mechanische Schnittstellen müssen neu bewertet werden. Dieser Artikel analysiert die Leistungsmerkmale, reale Übernahmehindernisse und maßgeschneiderte Lösungen für 1.1inch Large Format-Optik und stützt sich auf etablierte optische Prinzipien und Fertigungspraktiken von Jinyuan.

Was definiert 1.1inch Large Format in der optischen Technik?

Der Begriff "optisches Format" stammt von den Durchmessern von Legacy-Video-Röhren und nicht von der tatsächlichen Diagonale des Sensors. Ein 1.1inch Large Format-Sensor hat eine physische Diagonale von etwa 17,6 mm (aktive Fläche typischerweise 14,1 mm × 10,4 mm, abhängig vom Seitenverhältnis). Zum Vergleich: Eine 2/3"-Sensor-Diagonale beträgt 11 mm, und ein 1"-Format hat 15,9 mm. Der Wechsel zu 1.1inch Large Format bietet ungefähr 60 % mehr lichtempfindliche Fläche als 1"-Sensoren, was das Signal-Rausch-Verhältnis und den Dynamikbereich direkt verbessert. Der Objektiv muss jedoch einen Bildkreis mit einem Durchmesser von mindestens 18 mm projizieren, um Vignettierung zu vermeiden. Dieser größere Bildkreis zwingt den optischen Designer, off-axis Aberrationen (Astigmatismus, Feldkrümmung, laterale Farbe) strenger zu kontrollieren als bei kleineren Formaten. Folglich sind viele Standard-C-Mount-Objektive, die auf einen maximalen Bildkreis von 16 mm beschränkt sind, mit 1.1inch-Sensoren inkompatibel. Ingenieure müssen Montagen wie M35, M42 oder F-Mount auswählen oder maßgeschneiderte Gewinde-Schnittstellen anfordern.

Ingenieuranforderungen und Lösungen für 1.1inch Large Format-Objektive

Auflösung und MTF-Anpassung

Mit Pixelabständen, die auf modernen 1.1inch-Sensoren (z. B. Sony IMX-Serie, GMAX-Serie) auf 2,0 µm bis 3,45 µm schrumpfen, übersteigt die erforderliche Objektivauflösung 150 lp/mm bei MTF > 0,3. Um dies zu erreichen, muss ein 1.1inch Large Format-Objektiv niedrigdispersioniertes Glas (z. B. S-FPL51, S-FPL53) und geformte asphärische Elemente enthalten, um sphärische Aberrationen zu korrigieren und die Anzahl der Luft-zu-Glas-Oberflächen zu reduzieren. Sphärische Aberration wird ausgeprägter, wenn die Blendenöffnung vergrößert wird, um die Beleuchtung aufrechtzuerhalten. Asphärische Oberflächen helfen auch, Koma und Verzerrung über das gesamte Feld zu steuern. Für maßgeschneiderte Projekte verwendet Jinyuan einen hybriden Designansatz: zwei oder drei asphärische Elemente kombiniert mit apochromatischem Glas, um >0,4 Kontrast bei 150 lp/mm über einen 17,6 mm Bildkreis zu erreichen.

Beleuchtungsuniformität und Kontrolle der relativen Beleuchtung

Eine häufige Beschwerde bei Großformat-Optiken ist die Abdunkelung in den Ecken (cos⁴-Gesetz-Abfall). Für ein 1.1inch Large Format-Objektiv mit einer 25 mm Brennweite und f/2.8-Blende kann die relative Beleuchtung in der Ecke unter 35 % im Vergleich zur Mitte fallen. Lösungen umfassen:

• Telezentrische oder quasi-telezentrische Designs: Der Hauptstrahlwinkel (CRA) an der Bildebene wird nahe 0° gehalten, was den Abfall reduziert und die Messgenauigkeit für Messtechniksysteme verbessert.

• Graduierte Neutraldichte-Beschichtungen oder digitale Schattierungs-Korrektur: Während Softwarekorrekturen existieren, sorgt hardwarebasierte Uniformität für ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis bei schwachem Licht industrieller Inspektion.

Mechanische Integration und Montageselektion

Der Standard-C-Mount-Rückbrennweitenabstand (17,526 mm) schränkt die Verwendung von 1,1-Zoll-Sensoren ein, da das hintere Element sehr nah an der Bildebene sein muss, was zu mechanischen Interferenzen führt. Alternative Schnittstellen wie M35-P0,75, M42 × 1 oder maßgeschneiderte Bajonettanschlüsse sind bevorzugt. Für Nachrüstungen bietet Jinyuan Adapterringe und maßgeschneiderte Flanschrohre an, die die parfokalen Eigenschaften beibehalten und Verriegelungsmechanismen bieten. Darüber hinaus erfordern die größeren Objektivgehäusedimensionen (typischerweise 50 mm–65 mm Durchmesser) verstärkte Filtergewinde und Wärmeableitungsstrukturen für den kontinuierlichen Betrieb bei erhöhten Umgebungstemperaturen (40 °C bis 70 °C).

Wichtige industrielle Anwendungen, die von 1,1-Zoll-Großformat profitieren

Das 1,1-Zoll-Großformat wird nicht willkürlich gewählt – es löst konkrete Probleme in hochdurchsatz- und hochpräzisen Umgebungen:

• Flachbildschirmdisplay (FPD) und OLED-Inspektion: Um Sub-Pixel-Defekte auf 8K-Displays zu erkennen, ermöglicht ein großer Bildkreis einer einzelnen Kamera, ein Objektfeld von 63 mm × 47 mm bei 2,5 µm/Pixellösung abzudecken, wodurch die Scandurchgänge im Vergleich zu 1"-Sensoren um 40 % reduziert werden.

• Halbleiter-Wafer-Metrologie: Für die Dunkelfeldinspektion von 300 mm-Wafern erfassen 1,1-Zoll-Großformat-Flächen-Scan-Kameras mehr Chips pro Bild, was den Durchsatz verbessert. Das Großformat reduziert auch das Pixelübersprechen, was entscheidend für die Erkennung von Defekten unter 100 nm ist.

• Medizinische Ganzschnittbildgebung (WSI): Digitale Pathologiescanner erfordern sowohl hohe Auflösung als auch großes Sichtfeld. Ein 1,1-Zoll-Sensor in Verbindung mit einem hoch-NA-Objektiv liefert 0,25 µm/Pixellösung über eine 15 mm × 15 mm Gewebeprobe ohne Nahtartefakte.

• Intelligente Transportsysteme (ITS): Die Verkehrsüberwachung an Kreuzungen erfordert einen hohen Dynamikbereich und eine breite Abdeckung. Mit 1,1-Zoll-Großformat-Objektiven und 12 MP-Sensoren ersetzt eine Kamera zwei kleinere Einheiten, was die Installation und Wartung vereinfacht.

• 3D-Laser-Profilierung: In Triangulationssystemen erhöht ein größeres Bildformat den Messbereich der Basislinie und reduziert Schatteneffekte auf spiegelnden Oberflächen.

Überwindung häufiger Hindernisse bei der Einführung von Großformatoptik

Ingenieure zögern oft, 1,1-Zoll-Großformat zu spezifizieren, aufgrund wahrgenommener Kosten, Größe und Designkomplexität. Im Folgenden sind die tatsächlichen Herausforderungen und bewährten Methoden zu deren Bewältigung aufgeführt:

• Hindernis 1 – Höhere optische Elemente Kosten: Präzisionsgeformte asphärische Linsen und ED-Glas erhöhen den Stückpreis. Durch die Verwendung hybrider Kombinationen (glasgeformte Asphären mit sphärischen Linsen) kann jedoch die Gesamtzahl der Elemente von 9 auf 6 Stück gesenkt werden, was die Materialkosten ausgleicht. Das Designteam von Jinyuan verwendet diese Methode, um f/2,4-Designs in wettbewerbsfähigen Stückzahlen (500–5000 Einheiten/Jahr) zu erreichen.

• Hindernis 2 – Großer Durchmesser und Gewicht der Frontlinse: Ein 1,1-Zoll-Großformat-Objektiv für eine Brennweite von 35 mm erfordert eine freie Öffnung von ca. 25 mm. Durch die Reduzierung der Anzahl der Gruppen und die Verwendung von Hochindex-Gläsern kann die Gesamtlänge unter 65 mm gehalten werden, was es mit vielen bestehenden Portal-Systemen kompatibel macht.

• Barrier 3 – Thermischer Fokusdrift: Kunststofffässer oder gemischte Materialauswahl (Aluminium + Invar) verursachen Fokusverschiebungen im Bereich von 10 °C–50 °C. Ein passives athermalisiertes Design—das die Ausdehnungskoeffizienten des Objektivgehäuses und der Linsenelemente anpasst—kann die Bildebene innerhalb der Schärfentiefe halten. Jinyuans athermalisierte 1,1-Zoll-Großformat-Module sind für industrielle Umgebungen validiert.

Warum maßgeschneiderte Technik besser ist als von der Stange für 1,1-Zoll-Großformat

Standard-Großformatobjektive sind für die allgemeine Fotografie oder Weitwinkelüberwachung konzipiert, nicht für die spezifischen Arbeitsabstände, Spektralbereiche oder Vergrößerungsbedürfnisse industrieller Maschinen. Ein maßgeschneidertes 1,1-Zoll-Großformatobjektiv bietet:

• Spektrale Optimierung: Beschichtungen für 450 nm–700 nm (Farbinspektion) oder 850 nm–950 nm (nahe IR-Sortierung).

• Fester Arbeitsabstand mit minimaler Verzerrung: Verzerrung unter 0,05 % für Metrologie, im Vergleich zu 1 %–2 % für Katalogobjektive.

• Robuste mechanische Wiederholbarkeit: Harte Stopps, verriegelbare Fokusringe und geschlossene Gehäuse (IP5X oder IP6X) für staubige Produktionsumgebungen.

Jinyuan hat über 40 maßgeschneiderte 1,1-Zoll-Großformat-Optikmodule für die Halbleiterausrichtung, automatisierte optische Inspektion (AOI) und Fernerkundungsanwendungen geliefert. Ihr Prozess umfasst optische Gestaltung (Zemax oder Code V), Toleranzanalyse, Prototyping (3–4 Wochen) und Serienproduktion mit MTF-Tests an Trioptics-Systemen.

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zu 1,1-Zoll-Großformat-Optik

Q1: Kann ein Standard-C-Mount-Objektiv einen 1,1-Zoll-Sensor ohne Vignettierung abdecken?
A1: Die meisten C-Mount-Objektive sind für einen maximalen Bildkreis von 16 mm (für 1"-Sensoren) oder kleiner konzipiert. Ein 1,1-Zoll-Großformatsensor benötigt einen Bildkreis von mindestens 18 mm. Die Verwendung eines Standard-C-Mount-Objektivs führt zu starker Eckenabschattung (Vignettierung) und Verlust der effektiven Auflösung. Sie benötigen Objektive, die speziell als „1,1“ kompatibel gekennzeichnet sind, oder maßgeschneiderte Montagen wie M35 oder M42 mit einem größeren Gehäuse.

Q2: Was ist die typische MTF-Spezifikation für ein hochwertiges 1,1-Zoll-Großformatobjektiv?
A2: Für industrielle Inspektionen (12 MP-Sensor, 3,45 µm Pixelabstand) sollte ein kompetentes Objektiv über 40 % Kontrast bei 145 lp/mm über 80 % des Bildfeldes hinaus erreichen. Premium-Designs erreichen >50 % Kontrast. Wir messen MTF an drei Feldern: Zentrum, 70 % Diagonal und volles Eck. Jinyuan stellt vollständige MTF-Testberichte für jede Produktionscharge zur Verfügung.

Q3: Reduziert die Verwendung von 1,1-Zoll-Großformat die Schärfentiefe im Vergleich zu kleineren Sensoren?
A3: Bei gleichem Bildfeld, Blendenzahl und Arbeitsabstand ist die Schärfentiefe tatsächlich ähnlich. Da Sie jedoch mit einer größeren Format ein längeres Brennweite verwenden können, um die gleiche Objektabdeckung zu erreichen, kann die Schärfentiefe leicht abnehmen. Dies ist oft ein Vorteil, um Defekte vom Hintergrundrauschen zu trennen. Wenn eine große Schärfentiefe erforderlich ist, empfehlen wir telezentrische Designs oder Fokus-Stacking.

Q4: Wie lange dauert ein maßgeschneidertes 1,1-Zoll-Großformatobjektivprojekt von der Spezifikation bis zur Musterlieferung?
A4: Typischer Zeitrahmen: 1–2 Wochen für Machbarkeit und erste Gestaltung, 3–4 Wochen für mechanische Layout- und Toleranzanalyse, 5–6 Wochen für Prototypenwerkzeuge und Montage. Die Lieferung von 5–10 Mustern erfolgt etwa 10–12 Wochen nach endgültiger Genehmigung. Die Serienproduktion (100+ Einheiten) benötigt weitere 4 Wochen. Jinyuan arbeitet mit beschleunigten Zeitplänen für dringende Maschinenvisionsprojekte.

Q5: Kann ich ein 1,1-Zoll Großformatobjektiv mit einem 1"-Sensor verwenden, um eine bessere Schärfe am Rand zu erzielen?
A5: Ja, das Überformatieren (Verwendung eines größeren Bildkreises als erforderlich) verbessert oft die Schärfe am Rand, da Sie nur den zentralen, besser korrigierten Teil des Feldes verwenden. Dies reduziert auch den relativen Abfall der Beleuchtung. Viele Systemdesigner kombinieren absichtlich ein 1,1-Zoll Großformatobjektiv mit einem 1"-Sensor, um eine sehr einheitliche Leistung und geringere Verzerrungen zu erreichen.

Q6: Welche Art von Beschichtung wird für 1,1-Zoll Großformatobjektive in rauen Umgebungen empfohlen?
A6: Für Fabriken mit Ölspritzern oder abrasivem Staub werden Anti-Reflexionsbeschichtungen (AR) mit einer Härte von > 3H (Bleistifthärte) und hydrophoben Eigenschaften empfohlen. Breitband-AR (400 nm–1000 nm) mit einer durchschnittlichen Reflektivität von <0,5% reduziert Streulicht. Jinyuan bietet DLC (diamantähnliche Kohlenstoff) Beschichtungen auf äußeren Oberflächen für Kratzerbeständigkeit an.

Q7: Gibt es leichte 1,1-Zoll Großformatdesigns für drohnenbasierte Bildgebung?
A7: Ja, durch den Austausch von Metall Zylindern gegen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFRP) und die Verwendung von hybriden Glas-Kunststoff-Elementen kann das Gewicht eines 25 mm Brennweiten 1,1-Zoll Großformatobjektivs unter 90 g gehalten werden. Kontaktieren Sie unser Ingenieurteam für gewichtsoptimierte Designs.

Benötigen Sie ein maßgeschneidertes 1,1-Zoll Großformatobjektiv für Ihren spezifischen Arbeitsabstand, spektralen Bereich oder mechanischen Rahmen? Jinyuan bietet vollständige optische Design-, Prototyping- und Serienfertigung mit MTF- Überprüfung an. Teilen Sie unserm optischen Ingenieuren Ihr Sensormodell und Ihre Leistungsziele für eine Machbarkeitsstudie und ein Angebot mit.

Anfrage stellen: Senden Sie Ihre optischen Anforderungen an Jinyuans B2B-Support-Team per E-Mail oder Online-Formular. Wir werden innerhalb von 24 Stunden mit ersten Spezifikationen und einem Designvorschlag antworten.