هل عدسات الكاميرا البلاستيكية أقل شأنا من الزجاج حقا؟

إذا سألت شخصًا ما هو الأفضل لعدسة الكاميرا - البلاستيك أم الزجاج - فمن المحتمل أن تحصل على إجابة واثقة جدًا.

زجاج. بوضوح.

يبدو معقولا.

الزجاج يشعر بالامتياز.

الزجاج يشعر بالثقل.

يبدو الزجاج وكأنه شيء يجب أن ينتمي إلى نظام بصري باهظ الثمن.

وفي الوقت نفسه، يبدو البلاستيك وكأنه المادة المستخدمة في صندوق الغداء القابل للتصرف.

لكن الهندسة البصرية نادراً ما تكون بهذه البساطة.

الحقيقة هي:

العدسات البلاستيكية ليست أقل شأنا من العدسات الزجاجية تلقائيا.

إنها مواد مختلفة لها مزايا وقيود مختلفة.

واعتمادًا على الكاميرا، قد يكون البلاستيك هو الاختيار الهندسي الأكثر ذكاءً.

أولاً، "البلاستيك" لا يعني البلاستيك العادي

عندما يسمع الناس عبارة "عدسة بلاستيكية"، فإنهم غالبًا ما يتخيلون قطعة بلاستيكية شفافة رخيصة الثمن.

البلاستيك البصري هي فئة مختلفة.

يمكن هندسة مواد مثل البوليمرات ذات الدرجة الضوئية لتوفير خصائص انكسارية وميكانيكية يمكن التحكم فيها ومناسبة لتطبيقات التصوير.

ويمكن أيضًا تصنيعها باستخدام أشكال هندسية بصرية معقدة.

وهذا مهم بشكل خاص لأن العديد من عدسات الكاميرا المدمجة الحديثة تستخدم عناصر بصرية مقولبة محسنة للغاية.

إذن المقارنة الحقيقية ليست:

الزجاج مقابل البلاستيك الرخيص.

إنها:

الزجاج البصري مقابل مواد البوليمر الضوئية.

هذا سؤال أكثر إثارة للاهتمام.

لماذا تتمتع شركة Glass بهذه السمعة القوية؟

لقد تم استخدام الزجاج في الأنظمة البصرية لعدة قرون، وهناك سبب وجيه لذلك.

يقدم الزجاج البصري العديد من المزايا المهمة.

يمكن أن يوفر استقرارًا بصريًا ممتازًا ومجموعة واسعة من خصائص الانكسار.

الزجاج أيضًا مستقر نسبيًا عند درجة الحرارة مقارنة بالعديد من البوليمرات.

بالنسبة لتطبيقات التصوير الصعبة حيث يجب أن يظل الأداء البصري قابلاً للتنبؤ به بدرجة كبيرة عبر الظروف البيئية المتغيرة، يمكن أن يكون الزجاج ذا قيمة كبيرة.

وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل الأنظمة البصرية عالية الأداء والعلمية والصناعية وبعض الأنظمة البصرية الخاصة بالسيارات تستخدم كميات كبيرة من الزجاج.

لكن الزجاج له عيوبه.

إنه أثقل.

يمكن أن تكون المعالجة أكثر تكلفة.

قد تتطلب الأشكال المعقدة عمليات تصنيع أكثر تعقيدًا.

وقد يصبح إنتاج أشكال هندسية بصرية معقدة بكميات كبيرة مكلفًا.

يتمتع البلاستيك بميزة كبيرة جدًا: حرية التصنيع

واحدة من أكبر نقاط القوة في المواد البلاستيكية البصرية ليست مجرد التكلفة المنخفضة.

إنها مرونة التصنيع.

غالبًا ما يمكن إنتاج العناصر البلاستيكية البصرية من خلال قولبة الحقن الدقيقة.

وهذا يعني أنه من الممكن تصنيع أشكال هندسية بصرية معقدة بكميات كبيرة بمجرد إنشاء الأدوات.

يعد هذا أمرًا جذابًا بشكل خاص للكاميرات الاستهلاكية المدمجة والكاميرات المدمجة.

إذا كانت الكاميرا تحتاج إلى مئات الآلاف أو الملايين من العدسات، فإن كفاءة التصنيع لها أهمية كبيرة.

الفرق البسيط في تكلفة الوحدة يصبح رقمًا كبيرًا جدًا عند ضربه بالمليون.

هذا هو المكان الذي يمكن أن يكون فيه للبصريات البلاستيكية معنى كبير.

يمكن للبلاستيك أيضًا أن يجعل الكاميرات أخف وزنًا

الوزن مهم أكثر مما يدركه الناس في بعض الأحيان.

بالنسبة للهاتف الذكي، كل جرام مهم.

بالنسبة للطائرة بدون طيار، الأمر أكثر أهمية.

بالنسبة لجهاز يمكن ارتداؤه أو روبوت صغير الحجم، فإن الوزن غير الضروري ليس موضع ترحيب أيضًا.

البوليمرات الضوئية عمومًا أخف بكثير من الزجاج.

وهذا يخلق ميزة واضحة للأنظمة حيث:

صغير + خفيف + حجم عالي

أكثر أهمية من الأداء البصري المطلق في ظل الظروف القاسية.

بالنسبة للكاميرات بدون طيار، على سبيل المثال، يمكن أن يساهم توفير الوزن من الوحدة البصرية في تصميم النظام بشكل عام.

هذا لا يعني أن البلاستيك هو الحل الصحيح دائمًا.

وهذا يعني أن اختيار المواد يجب أن يأخذ في الاعتبار المنتج بأكمله.

إذن، أين ينتصر الزجاج؟

يصبح الزجاج جذابًا بشكل خاص عندما يكون الاستقرار البيئي والبصري مصدر قلق كبير.

درجة الحرارة هي مثال جيد.

كل مادة تتغير أبعادها مع درجة الحرارة.

مقدار التغيير يعتمد على المادة.

نظرًا لأن الأنظمة البصرية حساسة للغاية للهندسة، فإن التغيرات المرتبطة بدرجات الحرارة يمكن أن تؤثر على التركيز والأداء البصري.

وهذا أمر مهم بالنسبة للكاميرات التي تعمل في الخارج، أو داخل المركبات، أو البيئات الصناعية، أو التطبيقات الأخرى ذات التباين الكبير في درجات الحرارة.

يمكن أن يقدم الزجاج مزايا في هذا المجال، اعتمادًا على المادة المحددة والتصميم البصري.

قد يوفر الزجاج أيضًا خيارات أوسع لبعض المتطلبات البصرية الصعبة.

لذلك إذا قال لك شخص ما:

"البلاستيك أفضل دائمًا لأنه أرخص."

وهذا مضلل مثل قوله:

"الزجاج دائمًا أفضل لأنه زجاج."

يمكن أن يكون البلاستيك أيضًا أكثر حساسية للشيخوخة

المتانة البيئية هي اعتبار آخر.

يمكن أن تكون بعض البوليمرات الضوئية أكثر حساسية من الزجاج لـ:

درجة الحرارة

الرطوبة

التعرض للأشعة فوق البنفسجية

البيئات الكيميائية

يعتمد السلوك الفعلي بشكل كبير على صياغة المادة وتطبيقها.

ولهذا السبب فإن البلاستيك البصري الذي يعمل بشكل مثالي داخل جهاز المستهلك قد لا يكون بالضرورة الخيار الأفضل للكاميرا الخارجية المعرضة لأشعة الشمس لسنوات ودرجات الحرارة.

يحتاج اختيار المواد إلى مراعاة العمر المقصود.

إن العدسة التي تبدو ممتازة في اليوم الأول ليست بالضرورة عدسة جيدة إذا تغير أدائها بشكل ملحوظ بعد سنوات من التعرض البيئي.

الجزء المثير للاهتمام: العديد من عدسات الكاميرا تستخدم كليهما

هذا هو المكان الذي يبدأ فيه الجدل البسيط حول "البلاستيك مقابل الزجاج" في الانهيار.

لا تحتاج العديد من الأنظمة البصرية إلى اختيار مادة واحدة على وجه الحصر.

يمكن للعدسة استخدام مزيج من العناصر الزجاجية والبلاستيكية البصرية.

لماذا؟

لأن المواد المختلفة يمكن أن تحل المشاكل البصرية المختلفة.

يجوز للمصمم أن يستخدم مادة واحدة لخاصية انكسار معينة وأخرى لمتطلبات مختلفة.

يمكن أن يوفر هذا توازنًا مفيدًا بين:

 الأداء البصري

الحجم

الوزن

التكلفة

قابلية التصنيع

الاستقرار البيئي

بمعنى آخر، قد لا تكون العدسة الذكية مصنوعة بالكامل من الزجاج أو من البلاستيك بالكامل.

قد يستخدم بالضبط ما يحتاجه التصميم البصري.

ماذا عن القرار؟

وهذا مجال آخر غالبًا ما تصبح فيه المحادثة مضللة.

يفترض الناس أحيانًا:

الزجاج = دقة عالية

البلاستيك = دقة منخفضة

ليس بالضرورة.

تعتمد الدقة على التصميم البصري الكامل وجودة التصنيع.

عوامل مثل:

هندسة العدسة

دقة السطح

خصائص المواد

دقة التجميع

المحاذاة البصرية

 أداء MTF

خصائص المستشعر

كل شيء مهم.

يمكن للعدسة الزجاجية ذات التصميم السيئ أن تؤدي أداءً سيئًا.

يمكن للعنصر البلاستيكي البصري المصبوب المصمم جيدًا أن يؤدي أداءً جيدًا بشكل مدهش.

المادة مهمة.

لكنه جزء واحد فقط من المعادلة.

لماذا يعتبر البلاستيك البصري مهمًا للكاميرات ذات الإنتاج الضخم؟

فكر في وحدة الكاميرا التي يجب إنتاجها بكميات كبيرة جدًا.

قد تهتم الشركة المصنعة بما يلي:

التكلفة + الوزن + زمن الدورة + التكرار + الأداء البصري.

هذا هو المكان الذي يمكن أن تصبح فيه البصريات البلاستيكية المقولبة جذابة للغاية.

بمجرد تطوير الأدوات الدقيقة، يمكن لقولبة الحقن أن تدعم الإنتاج بكميات كبيرة بهندسة متسقة.

وهذا مهم بشكل خاص لتطبيقات مثل:

الكاميرات الاستهلاكية

 كاميرات مراقبة

وحدات السيارات

 طائرات بدون طيار

الروبوتات

 الأجهزة الذكية

أنظمة رؤية الآلة المدمجة

لذلك تعد تكنولوجيا التصنيع أحد الأسباب الرئيسية التي جعلت البصريات البلاستيكية شائعة جدًا.

كيف ينبغي للمهندسين أن يختاروا فعليا؟

بدلاً من السؤال:

"هل الزجاج أفضل من البلاستيك؟"

أود أن أسأل:

"ما هي المادة الأفضل لهذا النظام البصري؟"

بالنسبة لكاميرا صغيرة الحجم وخفيفة الوزن وذات حجم كبير، قد يكون البلاستيك البصري خيارًا ممتازًا.

بالنسبة لنظام خارجي متطلب يعمل في درجات حرارة قصوى، قد يوفر الزجاج مزايا مهمة.

بالنسبة لبعض المنتجات، قد يكون التصميم الهجين هو الأكثر منطقية.

فيبصريات بوشي، يعد اختيار المواد جزءًا من مشكلة التصميم البصري الأوسع نطاقًا وليس قرارًا بسيطًا "الزجاج ممتاز، والبلاستيك رخيص". يعتمد الحل المناسب على متطلبات المستشعر والأداء البصري والقيود الميكانيكية والظروف البيئية وحجم الإنتاج والتكلفة المستهدفة.

هذه هي الطريقة التي تعمل بها الهندسة البصرية عادة.

نادرًا ما تكون هناك مادة واحدة تفوز بكل الحجج.

الخط السفلي

إذن، هل عدسات الكاميرا البلاستيكية أقل شأنا من العدسات الزجاجية؟

لا.

يعتبر الزجاج مادة بصرية استثنائية، ولا غنى عنها في العديد من التطبيقات الصعبة.

لكن البلاستيك البصري له نقاط قوة خاصة به:

خفيف الوزن.

قابلة للتصنيع بدرجة عالية.

مناسبة للهندسة المصبوبة المعقدة.

مناسبة تمامًا للإنتاج بكميات كبيرة.

يحتمل أن تكون فعالة من حيث التكلفة.

السؤال المهم ليس ما هي المواد التي تبدو أكثر تميزًا.

يتعلق الأمر بما إذا كانت المادة يمكنها تقديم الأداء البصري المطلوب والثبات وقابلية التصنيع وعمر الكاميرا الفعلي.

لأن عدسة الكاميرا لا تحصل على نقاط إضافية لكونها مصنوعة من الزجاج.

ويتم الحكم عليها من خلال الصورة التي تنتجها، وما إذا كانت ستستمر في إنتاج تلك الصورة بشكل موثوق بعد النموذج الأولي الأول، ودفعة الإنتاج المائة، والوحدة المليون.