Jsou plastové čočky fotoaparátů opravdu horší než skleněné?

Pokud se někoho zeptáte, který je lepší pro objektiv fotoaparátu – plastový nebo skleněný – pravděpodobně dostanete velmi sebevědomou odpověď.

Sklo. Samozřejmě.

Zní to rozumně.

Sklo působí prémiově.

Sklo působí těžce.

Sklo působí jako něco, co by mělo patřit do drahého optického systému.

Plast mezitím zní jako materiál použitý na jednorázový obědový box.

Ale optické inženýrství je zřídka tak jednoduché.

Pravda je taková:

Plastové čočky nejsou automaticky horší než čočky skleněné.

Jsou to různé materiály s různými výhodami a omezeními.

A v závislosti na fotoaparátu může být plast skutečně chytřejší inženýrskou volbou.

Za prvé, „plast“ neznamená obyčejný plast

Když lidé slyší „plastové čočky“, často si představí levný průhledný kus plastu.

Optické plasty jsou jiná kategorie.

Materiály, jako jsou polymery optické kvality, mohou být navrženy tak, aby poskytovaly řízené refrakční a mechanické vlastnosti vhodné pro zobrazovací aplikace.

Mohou být také vyrobeny se složitými optickými geometriemi.

To je zvláště důležité, protože mnoho moderních objektivů kompaktních fotoaparátů používá vysoce optimalizované tvarované optické prvky.

Takže skutečné srovnání není:

Sklo vs levný plast.

To je:

Optické sklo versus optické polymerní materiály.

To je mnohem zajímavější otázka.

Proč má sklo tak silnou pověst

Sklo se v optických systémech používá po staletí a má k tomu dobrý důvod.

Optické sklo nabízí několik důležitých výhod.

Může poskytnout vynikající optickou stabilitu a širokou škálu refrakčních vlastností.

Sklo je také relativně stabilní vůči teplotě ve srovnání s mnoha polymery.

Pro náročné zobrazovací aplikace, kde musí zůstat optický výkon vysoce předvídatelný v měnících se podmínkách prostředí, může být sklo extrémně cenné.

To je jeden z důvodů, proč vysoce výkonné fotografické, vědecké, průmyslové a určité automobilové optické systémy mohou používat značné množství skla.

Ale sklo má své nevýhody.

Je těžší.

Jeho zpracování může být dražší.

Složité tvary mohou vyžadovat náročnější výrobní procesy.

A výroba komplikovaných optických geometrií ve velkém objemu může být nákladná.

Plast má jednu velmi velkou výhodu: svobodu výroby

Jednou z největších předností optických plastů není pouze nízká cena.

Jde o flexibilitu výroby.

Optické plastové prvky lze často vyrábět přesným vstřikováním.

To znamená, že složité optické geometrie mohou být potenciálně vyráběny ve velkém objemu, jakmile bude nástroj vytvořen.

To je zvláště atraktivní pro kompaktní spotřebitelské a vestavěné fotoaparáty.

Pokud fotoaparát potřebuje statisíce nebo miliony čoček, na efektivitě výroby nesmírně záleží.

Malý rozdíl v jednotkových nákladech se po vynásobení milionem stává velmi velkým číslem.

Tady může mít plastová optika velký smysl.

Plast může také fotoaparáty lehčí

Na váze záleží víc, než si lidé někdy uvědomují.

U smartphonu záleží na každém gramu.

U dronu je to ještě důležitější.

U nositelného zařízení nebo kompaktního robota není příliš vítaná ani zbytečná hmotnost.

Optické polymery jsou obecně mnohem lehčí než sklo.

To vytváří zjevnou výhodu pro systémy, kde:

malá + světlá + vysoká hlasitost

je důležitější než absolutní optický výkon v extrémních podmínkách.

Například u kamery dronu může úspora hmotnosti optického modulu přispět k celkovému návrhu systému.

To neznamená, že plast je vždy správná odpověď.

To znamená, že výběr materiálu by měl brát v úvahu celý produkt.

Kde tedy sklo vítězí?

Sklo se stává obzvláště atraktivním, když jsou hlavními zájmy environmentální a optická stabilita.

Teplota je dobrým příkladem.

Každý materiál se rozměrově mění s teplotou.

Množství změn závisí na materiálu.

Protože optické systémy jsou vysoce citlivé na geometrii, změny související s teplotou mohou ovlivnit zaostření a optický výkon.

To je důležité pro kamery provozované venku, uvnitř vozidel, průmyslových prostředích nebo jiných aplikacích s výraznými teplotními výkyvy.

Sklo může v této oblasti nabídnout výhody v závislosti na konkrétním materiálu a optickém provedení.

Sklo může také poskytovat širší možnosti pro určité náročné optické požadavky.

Takže pokud vám někdo řekne:

"Plast je vždy lepší, protože je levnější."

To je stejně zavádějící jako tvrzení:

"Sklo je vždy lepší, protože je to sklo."

Plast může být také citlivější na stárnutí

Dalším aspektem je odolnost vůči životnímu prostředí.

Některé optické polymery mohou být citlivější než sklo na:

 Teplota

 Vlhkost

Vystavení UV záření

Chemické prostředí

Skutečné chování silně závisí na složení materiálu a aplikaci.

To je důvod, proč optický plast, který funguje perfektně uvnitř spotřebitelského zařízení, nemusí být nutně tou nejlepší volbou pro venkovní kameru vystavenou letům slunečního záření a teplotním cyklům.

Při výběru materiálu je třeba vzít v úvahu zamýšlenou životnost.

Objektiv, který vypadá skvěle v první den, nemusí být nutně dobrým objektivem, pokud se jeho výkon po letech působení životního prostředí výrazně změní.

Zajímavá část: Mnoho objektivů fotoaparátů používá oba

Zde se jednoduchá debata „plast vs sklo“ začíná rozpadat.

Mnoho optických systémů nemusí volit výhradně jeden materiál.

Objektiv může používat kombinaci skleněných a optických plastových prvků.

Proč?

Protože různé materiály mohou vyřešit různé optické problémy.

Návrhář může použít jeden materiál pro určitou refrakční charakteristiku a jiný pro jiný požadavek.

To může poskytnout užitečnou rovnováhu mezi:

Optický výkon

 Velikost

 Hmotnost

Náklady

 Vyrobitelnost

Stabilita prostředí

Jinými slovy, nejchytřejší čočka nemusí být celá ze skla nebo celá z plastu.

Může používat přesně to, co optický design potřebuje.

A co rozlišení?

To je další oblast, kde se konverzace často stává zavádějící.

Lidé někdy předpokládají:

Sklo = vysoké rozlišení

Plast = nízké rozlišení

Ne nutně.

Rozlišení závisí na kompletní optické konstrukci a kvalitě výroby.

Faktory jako:

 Geometrie čočky

 Přesnost povrchu

Vlastnosti materiálu

Přesnost montáže

Optické vyrovnání

Výkon MTF

Vlastnosti snímače

všechno záleží.

Špatně navržená skleněná čočka může fungovat špatně.

Dobře navržený tvarovaný optický plastový prvek může fungovat překvapivě dobře.

Důležitý je materiál.

Ale je to jen jedna část rovnice.

Proč je optický plast důležitý pro sériově vyráběné fotoaparáty

Zvažte modul kamery, který je třeba vyrábět ve velmi velkém množství.

Výrobce si může dát záležet na:

Cena + hmotnost + doba cyklu + opakovatelnost + optický výkon.

To je místo, kde se lisovaná plastová optika může stát extrémně atraktivní.

Jakmile byly vyvinuty přesné nástroje, může vstřikování podporovat velkoobjemovou výrobu s konzistentní geometrií.

To platí zejména pro aplikace, jako jsou:

Spotřebitelské fotoaparáty

 Bezpečnostní kamery

Automobilové moduly

 Drony

 Robotika

Chytrá zařízení

Kompaktní systémy strojového vidění

Výrobní technologie je proto jedním z hlavních důvodů, proč se plastová optika stala tak běžnou.

Jak by měli inženýři vlastně vybírat?

Místo dotazu:

"Je sklo lepší než plast?"

zeptal bych se:

"Který materiál je lepší pro tento optický systém?"

Pro kompaktní, lehký a velkoobjemový fotoaparát může být optický plast vynikající volbou.

Pro náročný venkovní systém pracující v extrémních teplotách může sklo nabídnout důležité výhody.

U některých produktů může dávat největší smysl hybridní design.

NaOptika BoshiVýběr materiálu je součástí širšího problému optického designu spíše než prostým rozhodnutím „sklo je prémiové, plast je levný“. Vhodné řešení závisí na požadavcích snímače, optickém výkonu, mechanických omezeních, podmínkách prostředí, objemu výroby a cílových nákladech.

Tak obvykle funguje optické inženýrství.

Málokdy existuje jeden materiál, který vyhraje každý argument.

Sečteno a podtrženo

Jsou tedy plastové čočky fotoaparátů opravdu horší než skleněné?

Žádný.

Sklo je výjimečný optický materiál a zůstává nepostradatelný v mnoha náročných aplikacích.

Ale optický plast má své vlastní silné stránky:

Lehký.

Vysoce vyrobitelné.

Vhodné pro složité tvarované geometrie.

Dobře se hodí pro velkosériovou výrobu.

Potenciálně nákladově efektivní.

Důležitou otázkou není, který materiál zní prémiověji.

Jde o to, zda materiál může poskytnout požadovaný optický výkon, stabilitu, vyrobitelnost a životnost skutečného fotoaparátu.

Protože objektiv fotoaparátu nedostává body navíc za to, že je vyroben ze skla.

Posuzuje se podle obrázku, který vytvoří – a podle toho, zda bude tento obrázek spolehlivě vyrábět i po prvním prototypu, sté výrobní dávce a milionté jednotce.