Действительно ли пластиковые объективы для фотоаппаратов уступают стеклу?

Если вы спросите кого-нибудь, какой объектив для фотоаппарата лучше — пластиковый или стеклянный, — вы, вероятно, получите очень уверенный ответ.

Стекло. Очевидно.

Это звучит разумно.

Стекло выглядит премиально.

Стекло кажется тяжелым.

Стекло кажется чем-то, что должно быть внутри дорогой оптической системы.

Между тем, пластик напоминает материал, используемый для изготовления одноразовой коробки для завтрака.

Но оптическая инженерия редко бывает такой простой.

Правда в том:

Пластиковые линзы не уступают автоматически стеклянным линзам.

Это разные материалы с разными преимуществами и ограничениями.

И в зависимости от камеры пластик может оказаться более разумным инженерным выбором.

Во-первых, «пластик» не означает обычный пластик.

Когда люди слышат «пластиковая линза», они часто представляют себе дешевый прозрачный кусок пластика.

Оптические пластики относятся к другой категории.

Такие материалы, как полимеры оптического класса, могут быть разработаны для обеспечения контролируемых преломляющих и механических свойств, подходящих для приложений визуализации.

Они также могут быть изготовлены со сложной оптической геометрией.

Это особенно важно, поскольку во многих современных объективах для компактных камер используются высокооптимизированные литые оптические элементы.

Итак, настоящее сравнение не в следующем:

Стекло против дешевого пластика.

Это:

Оптическое стекло против оптических полимерных материалов.

Это гораздо более интересный вопрос.

Почему стекло имеет такую ​​сильную репутацию

Стекло использовалось в оптических системах на протяжении веков, и на это есть веская причина.

Оптическое стекло имеет несколько важных преимуществ.

Он может обеспечить превосходную оптическую стабильность и широкий диапазон преломляющих свойств.

Стекло также относительно стабильно при температуре по сравнению со многими полимерами.

Для требовательных приложений обработки изображений, где оптические характеристики должны оставаться высоко предсказуемыми в изменяющихся условиях окружающей среды, стекло может оказаться чрезвычайно ценным.

Это одна из причин, по которой в высокопроизводительных фотографических, научных, промышленных и некоторых автомобильных оптических системах может использоваться значительное количество стекла.

Но у стекла есть свои недостатки.

Это тяжелее.

Обработка может оказаться дороже.

Сложные формы могут потребовать более сложных производственных процессов.

А производство сложной оптической геометрии в больших объемах может стать дорогостоящим.

У пластика есть одно очень большое преимущество: свобода производства

Одной из самых сильных сторон оптических пластиков является не просто низкая стоимость.

Это гибкость производства.

Оптические пластиковые элементы часто можно производить методом прецизионного литья под давлением.

Это означает, что изделия со сложной оптической геометрией потенциально могут производиться в больших объемах после того, как будет установлено необходимое оборудование.

Это особенно привлекательно для компактных бытовых и встраиваемых камер.

Если камере нужны сотни тысяч или миллионы объективов, эффективность производства имеет огромное значение.

Небольшая разница в стоимости единицы продукции становится очень большой, если ее умножить на миллион.

Именно здесь пластиковая оптика может иметь большой смысл.

Пластик также может сделать камеру легче

Вес имеет большее значение, чем люди иногда думают.

Для смартфона важен каждый грамм.

Для дрона это имеет еще большее значение.

Для носимого устройства или компактного робота лишний вес тоже не особо приветствуется.

Оптические полимеры обычно намного легче стекла.

Это создает очевидное преимущество для систем, где:

маленький + легкий + большой объем

важнее, чем абсолютные оптические характеристики в экстремальных условиях.

Например, для камеры дрона снижение веса оптического модуля может способствовать улучшению общей конструкции системы.

Это не значит, что пластик – всегда правильный ответ.

Это означает, что при выборе материала следует учитывать все изделие.

Так где же выигрывает стекло?

Стекло становится особенно привлекательным, когда основными проблемами являются экологическая и оптическая стабильность.

Температура является хорошим примером.

Каждый материал изменяется в размерах в зависимости от температуры.

Сумма изменений зависит от материала.

Поскольку оптические системы очень чувствительны к геометрии, изменения, связанные с температурой, могут повлиять на фокусировку и оптические характеристики.

Это важно для камер, работающих на открытом воздухе, внутри транспортных средств, в промышленных условиях или в других местах со значительными перепадами температур.

Стекло может предложить преимущества в этой области в зависимости от конкретного материала и оптической конструкции.

Стекло также может предоставить более широкие возможности для удовлетворения определенных высоких оптических требований.

Итак, если кто-то скажет вам:

«Пластик всегда лучше, потому что он дешевле».

Это так же неверно, как и высказывание:

«Стекло всегда лучше, потому что это стекло».

Пластик также может быть более чувствительным к старению

Экологическая устойчивость является еще одним фактором.

Некоторые оптические полимеры могут быть более чувствительными, чем стекло, к:

Температура

Влажность

УФ-облучение

Химическая среда.

Фактическое поведение во многом зависит от состава материала и его применения.

Вот почему оптический пластик, который отлично работает внутри потребительского устройства, не обязательно может быть лучшим выбором для уличной камеры, подвергающейся многолетнему солнечному свету и циклическим изменениям температуры.

При выборе материала необходимо учитывать предполагаемый срок службы.

Объектив, который выглядит превосходно в первый же день, не обязательно является хорошим, если его характеристики значительно меняются после многих лет воздействия окружающей среды.

Интересная часть: многие объективы для фотоаппаратов используют оба

Именно здесь простые дебаты «пластик против стекла» начинают разваливаться.

Многие оптические системы не требуют выбора исключительно одного материала.

В объективе может использоваться комбинация стеклянных и оптических пластиковых элементов.

Почему?

Потому что разные материалы могут решать разные оптические проблемы.

Дизайнер может использовать один материал для определенной характеристики преломления, а другой — для других требований.

Это может обеспечить полезный баланс между:

Оптические характеристики

Размер

Вес

Стоимость

Технологичность

Экологическая стабильность

Другими словами, самая умная линза не может быть сделана полностью из стекла или полностью из пластика.

Он может использовать именно то, что нужно оптической схеме.

А что насчет разрешения?

Это еще одна область, где разговор часто вводит в заблуждение.

Иногда люди предполагают:

Стекло = высокое разрешение

Пластик = низкое разрешение

Не обязательно.

Разрешение зависит от полной оптической конструкции и качества изготовления.

Такие факторы, как:

Геометрия линзы

Точность поверхности

Свойства материала

Точность сборки

Оптическое выравнивание

Производительность MTF

Характеристики датчика

все имеет значение.

Плохо спроектированная стеклянная линза может работать плохо.

Хорошо спроектированный формованный оптический пластиковый элемент может работать на удивление хорошо.

Материал важен.

Но это только одна часть уравнения.

Почему оптический пластик важен для камер массового производства

Рассмотрим модуль камеры, который необходимо производить в очень больших количествах.

Производитель может позаботиться о:

Стоимость + вес + время цикла + повторяемость + оптические характеристики.

Именно здесь оптика из формованного пластика может стать чрезвычайно привлекательной.

После разработки прецизионных инструментов литье под давлением может обеспечить крупносерийное производство с постоянной геометрией.

Это особенно актуально для таких приложений, как:

Бытовые камеры

Камеры видеонаблюдения

Автомобильные модули

Дроны

Робототехника

Умные устройства

Компактные системы машинного зрения

Таким образом, технология производства является одной из основных причин, по которой пластиковая оптика стала настолько распространенной.

Как на самом деле следует выбирать инженерам?

Вместо того, чтобы спрашивать:

«Стекло лучше пластика?»

Я бы спросил:

«Какой материал лучше для этой оптической системы?»

Для компактной, легкой и объемной камеры оптический пластик может стать отличным выбором.

Для требовательной наружной системы, работающей в условиях экстремальных температур, стекло может предложить важные преимущества.

Для некоторых продуктов гибридная конструкция может иметь наибольший смысл.

ВБоши ОптикаВыбор материала является частью более широкой проблемы оптического проектирования, а не простым решением «стекло — премиум, пластик — дешево». Подходящее решение зависит от требований к датчику, оптических характеристик, механических ограничений, условий окружающей среды, объема производства и целевой стоимости.

Так обычно работает оптическая инженерия.

Редко бывает один материал, который выигрывает в каждом споре.

Итог

Итак, действительно ли пластиковые объективы фотоаппаратов уступают стеклянным?

Нет.

Стекло является исключительным оптическим материалом и остается незаменимым во многих требовательных приложениях.

Но у оптического пластика есть свои сильные стороны:

Легкий.

Высокая технологичность.

Подходит для формованных изделий сложной геометрии.

Хорошо подходит для крупносерийного производства.

Потенциально рентабельно.

Важный вопрос не в том, какой материал звучит более премиально.

Вопрос в том, сможет ли материал обеспечить необходимые оптические характеристики, стабильность, технологичность и срок службы реальной камеры.

Потому что объектив фотоаппарата не получает дополнительных баллов за то, что он сделан из стекла.

О нем судят по образу, который он создает, и по тому, продолжает ли он надежно создавать этот образ после первого прототипа, сотой производственной партии и миллионной единицы продукции.