De ce optica asferică este peste tot în camerele moderne
Dacă demontați un obiectiv modern de cameră, există șanse mari să găsiți ceva care arată ușor diferit de celelalte elemente optice.
Poate fi mai gros în centru.
Poate avea o curbură neobișnuită.
Și spre deosebire de suprafața unei lentile sferice convenționale, curbura sa nu urmează o sferă simplă.
Acesta este unelement de lentilă asferică.
Optica asferică se găsește acum în orice, de la camerele pentru smartphone-uri și camerele compacte de securitate până la sistemele de imagistică auto, drone, camerele de viziune artificială și lentilele fotografice profesionale.
Nu a fost întotdeauna cazul.
Deci ce s-a schimbat?
Răspunsul scurt este că camerele moderne cer obiectivelor să facă mult mai mult în timp ce devin mai mici.
Și fizica, din păcate, nu a fost de acord să facă asta ușor.
O lentilă sferică este de fapt un compromis convenabil
Să începem cu abordarea tradițională.
O suprafață de lentilă sferică se bazează pe o sferă.
Acest lucru face ca suprafața să fie relativ simplă de fabricat.
Dar există o problemă.
Razele de lumină care trec prin diferite părți ale unei lentile sferice nu converg întotdeauna exact în același punct.
Razele din apropierea axei optice și razele care trec prin porțiunea exterioară a lentilei se pot focaliza diferit.
Aceasta produceaberație sferică.
Imaginea devine mai puțin clară, mai ales atunci când obiectivul este folosit la o deschidere mare.
Puteți adăuga mai multe elemente optice pentru a compensa problema.
Și din punct de vedere istoric, exact asta au făcut designerii de lentile.
Dar acum ai o altă problemă:
Mai multe elemente înseamnă mai mult spațiu, mai multă greutate, mai multe suprafețe, mai multă complexitate de producție și, potențial, mai multe costuri.
În cele din urmă, cineva pune întrebarea evidentă:
De ce nu schimbați forma suprafeței lentilei în sine?
Acolo devine utilă optica asferică.
Ce face o suprafață asferică diferită?
O suprafață sferică are o rază de curbură constantă.
O suprafață asferică nu.
Curbura sa se schimbă treptat de la centru spre margine.
Poate suna ca o mică diferență geometrică.
Din punct de vedere optic, este extrem de util.
Controlând cu atenție forma suprafeței, designerii pot face razele de lumină să convergă într-un mod mult mai controlat.
Acest lucru permite unui element asferic să corecteze aberațiile optice care altfel ar necesita mai multe elemente sferice convenționale.
În termeni simpli:
În loc să adăugați mai multă sticlă pentru a rezolva o problemă, uneori puteți schimba forma sticlei.
Acesta este unul dintre motivele majore pentru care optica asferică a devenit atât de importantă.
Adevăratul avantaj nu este doar „mai clar”
Oamenii descriu adesea lentilele asferice ca pe o modalitate de a îmbunătăți claritatea.
Este adevărat, dar incomplet.
Cel mai mare avantaj estelibertate de proiectare optică.
O suprafață asferică poate ajuta inginerii să gestioneze mai multe caracteristici optice, în funcție de design.
Acestea pot include:
Aberația sferică
comă
Astigmatism
Distorsiuni
Performanța pe teren
Dimensiunea totală a lentilei
Acest lucru contează enorm în camerele compacte.
Modulele moderne de camere trebuie adesea să se potrivească în spații mecanice foarte înguste, oferind în același timp:
Câmpuri largi de vedere
deschideri mari
Rezoluție înaltă
Performanță bună
Încercarea de a realiza toate acestea folosind doar elemente sferice convenționale poate deveni extrem de dificilă.
Optica asferică oferă designerului un alt instrument.
Și uneori, o suprafață asferică bine proiectată poate face munca pe care mai multe suprafețe convenționale ar trebui să o îndeplinească altfel.
De ce camerele cu unghi larg iubesc optica asferică
Lentilele cu unghi larg sunt deosebit de provocatoare.
Pe măsură ce câmpul vizual devine mai mare, lumina pătrunde în sistemul optic din unghiuri din ce în ce mai diferite.
Menținerea acestor raze sub control devine mai greu.
Distorsiunea devine mai dificil de gestionat.
Performanța Edge devine mai dificil de menținut.
Acesta este unul dintre motivele pentru care elementele asferice apar atât de frecvent în modelele de camere cu unghi larg.
Luați în considerare o cameră de securitate compactă.
Producătorul poate dori un câmp vizual larg, dimensiuni reduse ale lentilelor, rezoluție înaltă și performanțe bune la lumină scăzută.
Aceste cerințe atrag designul optic în direcții diferite.
O deschidere mai mare ajută la colectarea luminii.
Un câmp vizual mai larg mărește acoperirea.
Un pachet mai mic ajută la integrarea produsului.
Dar fiecare dintre aceste decizii creează provocări optice.
Suprafețele asferice îi pot ajuta pe designeri să găsească un echilibru viabil.
De ce telefoanele inteligente au făcut optica asferică și mai importantă
Smartphone-urile sunt probabil cel mai ușor exemplu de înțeles.
Camera unui smartphone este mică.
Cu toate acestea, producătorii se așteaptă ca acesta să producă imagini care ar fi părut remarcabile de la o cameră mult mai mare în urmă cu douăzeci de ani.
Pur și simplu nu există suficient spațiu fizic pentru a rezolva orice problemă optică prin adăugarea unui număr mare de elemente convenționale din sticlă.
Soluția este un design optic extrem de optimizat.
Suprafețele asferice pot oferi o corecție substanțială într-un pachet foarte compact.
Același principiu se aplică și altor sisteme de imagini miniaturale.
Camerele de securitate, modulele de viziune încorporate, camerele auto, dronele, roboții și dispozitivele inteligente se confruntă cu o presiune similară:
Mai multă performanță optică într-un spațiu fizic mai mic.
Dar asferic nu înseamnă „automat mai bun”
Acesta este un punct important.
Un element de lentilă asferică nu este automat superior unui element sferic.
Este un instrument de proiectare.
O suprafață asferică prost proiectată poate produce încă performanțe optice slabe.
Și utilizarea unui element asferic nu elimină necesitatea de a gestiona:
Aberația cromatică
Distorsiuni
Toleranțe de fabricație
Alinierea
Performanța acoperirii
Comportament termic
Întregul sistem optic mai trebuie să lucreze împreună.
De fapt, suprafețele asferice pot face uneori producția și controlul calității mai exigente, deoarece geometria suprafeței este mai complexă.
Deci reala realizare nu este doar:
„Am folosit o lentilă asferică.”
Este:
„Am folosit geometria optică potrivită pentru a rezolva problema potrivită.”
În producție, teoria devine interesantă
Există o mare diferență între proiectarea unei suprafețe asferice pe un computer și fabricarea a mii de ele în mod constant.
Profilul de suprafață necesar trebuie realizat cu precizie.
Elementul trebuie apoi asamblat corect.
Chiar și un design optic bun poate pierde performanța dacă toleranțele de fabricație sunt prost controlate.
Acesta este motivul pentru care producătorii de optice precumOptica Boshitrebuie să luăm în considerare proiectarea și producția împreună.
Producția optică modernă poate implica turnare de precizie, procesare a componentelor optice, asamblare, inspecție dimensională și testare a performanței optice.
Cu cât suprafața optică este mai pretențioasă, cu atât controlul procesului devine mai important.
Cel mai mare motiv pentru care optica asferică este peste tot
Deci, de ce vedem optică asferică în atâtea camere moderne?
Pentru că camerele au evoluat.
Sunt mai mici.
Senzorii sunt mai capabili.
Câmpurile vizuale sunt mai largi.
Diafragmele sunt mai mari.
Cerințele de rezoluție sunt mai mari.
Iar camerele sunt plasate în medii din ce în ce mai restrânse.
O dronă nu poate transporta o lentilă uriașă.
Un robot are nevoie de module de viziune compacte.
Un vehicul are nevoie de camere care se potrivesc în carcase proiectate cu grijă.
Un smartphone aproape că nu are loc de liber.
Optica asferică oferă inginerilor optici un alt grad de libertate pentru a rezolva aceste probleme.
Nu sunt un ingredient magic.
Sunt pur și simplu unul dintre cele mai utile instrumente de care dispun designerii optici moderni.
Și având în vedere cât de mult cerem acum de la camere atât de mici, probabil că ar trebui să fim recunoscători pentru ele.
