Lentilele din plastic sunt cu adevărat inferioare sticlei?

Dacă întrebați pe cineva care este mai bun pentru un obiectiv de cameră - plastic sau sticlă - veți primi probabil un răspuns foarte sigur.

Sticlă. Evident.

Sună rezonabil.

Sticla se simte premium.

Sticla se simte grea.

Sticla se simte ca ceva care ar trebui să aparțină unui sistem optic scump.

Plasticul, între timp, sună ca materialul folosit pentru o cutie de prânz de unică folosință.

Dar ingineria optică este rareori atât de simplă.

Adevarul este:

Lentilele din plastic nu sunt automat inferioare lentilelor din sticlă.

Sunt materiale diferite cu avantaje și limitări diferite.

Și, în funcție de cameră, plasticul poate fi de fapt alegerea inginerească mai inteligentă.

În primul rând, „plastic” nu înseamnă plastic obișnuit

Când oamenii aud „lentila de plastic”, adesea își imaginează o bucată ieftină de plastic transparent.

Materialele plastice optice sunt o categorie diferită.

Materiale precum polimerii de calitate optică pot fi proiectați pentru a oferi proprietăți de refracție și mecanice controlate adecvate pentru aplicațiile de imagistică.

De asemenea, pot fi fabricate cu geometrii optice complexe.

Acest lucru este deosebit de important deoarece multe obiective moderne de camere compacte folosesc elemente optice turnate extrem de optimizate.

Deci, comparația reală nu este:

Sticla vs plastic ieftin.

Este:

Sticla optică vs materiale polimerice optice.

Aceasta este o întrebare mult mai interesantă.

De ce sticla are o reputație atât de puternică

Sticla a fost folosită în sisteme optice de secole și există un motiv întemeiat.

Sticla optică oferă câteva avantaje importante.

Poate oferi o stabilitate optică excelentă și o gamă largă de proprietăți de refracție.

Sticla este, de asemenea, relativ stabilă la temperatură în comparație cu mulți polimeri.

Pentru aplicațiile de imagistică solicitante în care performanța optică trebuie să rămână foarte previzibilă în condiții de mediu în schimbare, sticla poate fi extrem de valoroasă.

Acesta este unul dintre motivele pentru care sistemele optice foto, științifice, industriale și anumite auto de înaltă performanță pot utiliza cantități substanțiale de sticlă.

Dar sticla are propriile sale dezavantaje.

Este mai greu.

Poate fi mai costisitor de procesat.

Formele complexe pot necesita procese de fabricație mai implicate.

Și producerea de geometrii optice complicate la volum mare poate deveni costisitoare.

Plasticul are un avantaj foarte mare: libertatea de fabricație

Unul dintre cele mai mari puncte forte ale materialelor plastice optice nu este doar costul redus.

Este flexibilitatea de fabricație.

Elementele optice din plastic pot fi adesea produse prin turnare prin injecție de precizie.

Aceasta înseamnă că geometriile optice complexe pot fi fabricate la volum mare odată ce sculele sunt stabilite.

Acest lucru este deosebit de atractiv pentru camere compacte de consum și încorporate.

Dacă o cameră are nevoie de sute de mii sau milioane de obiective, eficiența în fabricație contează enorm.

O mică diferență de cost unitar devine un număr foarte mare atunci când este înmulțită cu un milion.

Aici optica din plastic poate avea mult sens.

De asemenea, plasticul poate face camerele mai ușoare

Greutatea contează mai mult decât își dau seama uneori oamenii.

Pentru un smartphone, fiecare gram contează.

Pentru o dronă, contează și mai mult.

Pentru un dispozitiv portabil sau robot compact, nici greutatea inutilă nu este deosebit de binevenită.

Polimerii optici sunt în general mult mai ușori decât sticla.

Acest lucru creează un avantaj evident pentru sistemele în care:

mic + ușor + volum mare

este mai importantă decât performanța optică absolută în condiții extreme.

Pentru o cameră de dronă, de exemplu, reducerea greutății de la modulul optic poate contribui la proiectarea generală a sistemului.

Asta nu înseamnă că plasticul este întotdeauna răspunsul corect.

Înseamnă că selecția materialului ar trebui să ia în considerare întregul produs.

Deci, unde câștigă Glass?

Sticla devine deosebit de atractivă atunci când stabilitatea mediului și stabilitatea optică sunt preocupări majore.

Temperatura este un bun exemplu.

Fiecare material se modifică dimensional cu temperatura.

Cantitatea de modificare depinde de material.

Deoarece sistemele optice sunt foarte sensibile la geometrie, schimbările legate de temperatură pot influența focalizarea și performanța optică.

Acest lucru este important pentru camerele care funcționează în aer liber, în interiorul vehiculelor, medii industriale sau alte aplicații cu variații semnificative de temperatură.

Sticla poate oferi avantaje în acest domeniu, în funcție de materialul specific și designul optic.

Sticla poate oferi, de asemenea, opțiuni mai largi pentru anumite cerințe optice exigente.

Deci, dacă cineva vă spune:

„Plasticul este întotdeauna mai bun pentru că este mai ieftin.”

Este la fel de înșelător ca și a spune:

„Sticlă este întotdeauna mai bună pentru că este sticlă.”

Plasticul poate fi, de asemenea, mai sensibil la îmbătrânire

Durabilitatea mediului este un alt aspect.

Unii polimeri optici pot fi mai sensibili decât sticla la:

Temperatura

 Umiditatea

 Expunerea la UV

 Medii chimice

Comportamentul real depinde în mare măsură de formularea și aplicarea materialului.

Acesta este motivul pentru care un plastic optic care funcționează perfect în interiorul unui dispozitiv de consum poate să nu fie neapărat cea mai bună alegere pentru o cameră de exterior expusă la ani de zile la lumina soarelui și la cicluri de temperatură.

Selectarea materialului trebuie să ia în considerare durata de viață prevăzută.

Un obiectiv care arată excelent în prima zi nu este neapărat un obiectiv bun dacă performanța sa se schimbă semnificativ după ani de expunere la mediu.

Partea interesantă: multe obiective ale camerei le folosesc pe ambele

Aici începe să se destrame dezbaterea simplă „plastic vs sticlă”.

Multe sisteme optice nu trebuie să aleagă un singur material.

O lentilă poate folosi o combinație de elemente din sticlă și plastic optice.

De ce?

Pentru că diferite materiale pot rezolva diferite probleme optice.

Un proiectant poate folosi un material pentru o anumită caracteristică de refracție și altul pentru o cerință diferită.

Acest lucru poate oferi un echilibru util între:

Performanță optică

 Dimensiune

 Greutate

 Costul

 Fabricabilitatea

 Stabilitatea mediului

Cu alte cuvinte, este posibil ca cea mai inteligentă lentilă să nu fie făcută în întregime din sticlă sau în întregime din plastic.

Poate folosi exact ceea ce are nevoie designul optic.

Dar rezoluție?

Acesta este un alt domeniu în care conversația devine adesea înșelătoare.

Oamenii presupun uneori:

Sticla = rezolutie mare

Plastic = rezoluție scăzută

Nu neapărat.

Rezoluția depinde de designul optic complet și de calitatea producției.

Factori precum:

 Geometria lentilelor

 Precizia suprafeței

Proprietățile materialelor

 Precizie de asamblare

Alinierea optică

Performanța MTF

 Caracteristicile senzorului

toată contează.

O lentilă de sticlă proiectată prost poate funcționa prost.

Un element din plastic optic turnat bine proiectat poate funcționa surprinzător de bine.

Materialul este important.

Dar este doar o parte a ecuației.

De ce plasticul optic este important pentru camerele produse în masă

Luați în considerare un modul de cameră care trebuie produs în cantități foarte mari.

Producătorul poate să-i pese de:

Cost + greutate + durata ciclului + repetabilitate + performanță optică.

Aici optica din plastic turnat poate deveni extrem de atractivă.

Odată ce sculele de precizie au fost dezvoltate, turnarea prin injecție poate susține producția de volum mare cu geometrie consecventă.

Acest lucru este deosebit de relevant pentru aplicații precum:

Camere pentru consumatori

Camere de securitate

Module auto

 Drone

Robotica

 Dispozitive inteligente

Sisteme compacte de viziune automată

Tehnologia de fabricație este, prin urmare, unul dintre motivele majore pentru care optica din plastic a devenit atât de comună.

Cum ar trebui să aleagă de fapt inginerii?

In loc sa intrebi:

„Este sticla mai bună decât plasticul?”

as intreba:

„Ce material este mai bun pentru acest sistem optic?”

Pentru o cameră compactă, ușoară, cu volum mare, plasticul optic poate fi o alegere excelentă.

Pentru un sistem exterior exigent care funcționează la temperaturi extreme, sticla poate oferi avantaje importante.

Pentru unele produse, un design hibrid poate avea cel mai mult sens.

LaOptica Boshi, selecția materialelor face parte din problema mai largă a designului optic, mai degrabă decât o simplă decizie „sticlă este premium, plasticul este ieftin”. Soluția adecvată depinde de cerințele senzorului, performanța optică, constrângerile mecanice, condițiile de mediu, volumul de producție și costul țintă.

Așa funcționează de obicei ingineria optică.

Rareori există un material care să câștige fiecare argument.

Concluzia

Deci, sunt obiectivele din plastic ale camerei cu adevărat inferioare sticlei?

Nu.

Sticla este un material optic excepțional și rămâne indispensabilă în multe aplicații solicitante.

Dar plasticul optic are propriile sale puncte forte:

Ușoare.

Foarte fabricabil.

Potrivit pentru geometrii turnate complexe.

Potrivit pentru producția de mare volum.

Potenţial rentabil.

Întrebarea importantă nu este ce material sună mai premium.

Este dacă materialul poate oferi performanța optică, stabilitatea, fabricabilitatea și durata de viață necesare pentru camera reală.

Pentru că un obiectiv de cameră nu primește puncte în plus pentru că este fabricat din sticlă.

Este judecat după imaginea pe care o produce - și dacă continuă să producă acea imagine în mod fiabil după primul prototip, al suta serie de producție și a milionului de unitate.