Les objectifs d’appareil photo en plastique sont-ils vraiment inférieurs au verre ?

Si vous demandez à quelqu’un quel est le meilleur objectif pour un appareil photo – en plastique ou en verre – vous obtiendrez probablement une réponse très confiante.

Verre. Évidemment.

Cela semble raisonnable.

Le verre semble de qualité supérieure.

Le verre semble lourd.

Le verre ressemble à quelque chose qui devrait appartenir à un système optique coûteux.

Le plastique, quant à lui, ressemble au matériau utilisé pour une boîte à lunch jetable.

Mais l’ingénierie optique est rarement aussi simple.

La vérité est :

Les verres en plastique ne sont pas automatiquement inférieurs aux verres en verre.

Ce sont des matériaux différents avec des avantages et des limites différents.

Et selon l'appareil photo, le plastique peut en fait être le choix technique le plus judicieux.

Premièrement, « plastique » ne signifie pas du plastique ordinaire

Lorsque les gens entendent « lentille en plastique », ils imaginent souvent un morceau de plastique transparent bon marché.

Les plastiques optiques constituent une catégorie différente.

Des matériaux tels que des polymères de qualité optique peuvent être conçus pour fournir des propriétés réfractives et mécaniques contrôlées adaptées aux applications d'imagerie.

Ils peuvent également être fabriqués avec des géométries optiques complexes.

Ceci est particulièrement important car de nombreux objectifs d’appareils photo compacts modernes utilisent des éléments optiques moulés hautement optimisés.

La vraie comparaison n’est donc pas :

Verre contre plastique bon marché.

C'est:

Verre optique vs matériaux polymères optiques.

C'est une question beaucoup plus intéressante.

Pourquoi le verre a une si forte réputation

Le verre est utilisé dans les systèmes optiques depuis des siècles, et ce pour une bonne raison.

Le verre optique offre plusieurs avantages importants.

Il peut fournir une excellente stabilité optique et une large gamme de propriétés réfractives.

Le verre est également relativement stable en température par rapport à de nombreux polymères.

Pour les applications d’imagerie exigeantes où les performances optiques doivent rester hautement prévisibles dans des conditions environnementales changeantes, le verre peut s’avérer extrêmement précieux.

C’est l’une des raisons pour lesquelles les systèmes optiques photographiques, scientifiques, industriels et automobiles de haute performance peuvent utiliser des quantités importantes de verre.

Mais le verre a ses propres inconvénients.

C'est plus lourd.

Le traitement peut être plus coûteux.

Les formes complexes peuvent nécessiter des processus de fabrication plus complexes.

Et produire des géométries optiques complexes en grand volume peut devenir coûteux.

Le plastique présente un très gros avantage : la liberté de fabrication

L’un des plus grands atouts des plastiques optiques n’est pas simplement leur faible coût.

C’est la flexibilité de fabrication.

Les éléments optiques en plastique peuvent souvent être produits par moulage par injection de précision.

Cela signifie que des géométries optiques complexes peuvent potentiellement être fabriquées en grand volume une fois l’outillage établi.

Ceci est particulièrement intéressant pour les caméras compactes grand public et embarquées.

Si un appareil photo a besoin de centaines de milliers ou de millions d’objectifs, l’efficacité de la fabrication est extrêmement importante.

Une petite différence de coût unitaire devient un très grand nombre lorsqu’elle est multipliée par un million.

C’est là que l’optique plastique peut prendre tout son sens.

Le plastique peut également rendre les appareils photo plus légers

Le poids compte plus que ce que les gens pensent parfois.

Pour un smartphone, chaque gramme compte.

Pour un drone, c’est encore plus important.

Pour un appareil portable ou un robot compact, un poids inutile n’est pas non plus particulièrement bienvenu.

Les polymères optiques sont généralement beaucoup plus légers que le verre.

Cela crée un avantage évident pour les systèmes où :

petit + léger + volume élevé

est plus important que les performances optiques absolues dans des conditions extrêmes.

Pour une caméra de drone, par exemple, la réduction du poids du module optique peut contribuer à la conception globale du système.

Cela ne veut pas dire que le plastique est toujours la bonne réponse.

Cela signifie que la sélection des matériaux doit prendre en compte l’ensemble du produit.

Alors, où le verre gagne-t-il ?

Le verre devient particulièrement attrayant lorsque la stabilité environnementale et optique est une préoccupation majeure.

La température est un bon exemple.

Chaque matériau change dimensionnellement avec la température.

L'ampleur du changement dépend du matériau.

Les systèmes optiques étant très sensibles à la géométrie, les changements liés à la température peuvent influencer la mise au point et les performances optiques.

Cela est important pour les caméras fonctionnant à l’extérieur, à l’intérieur des véhicules, dans les environnements industriels ou dans d’autres applications présentant des variations de température importantes.

Le verre peut offrir des avantages dans ce domaine, en fonction du matériau spécifique et de la conception optique.

Le verre peut également offrir des options plus larges pour certaines exigences optiques exigeantes.

Alors si quelqu'un vous dit :

"Le plastique est toujours meilleur parce qu'il est moins cher."

C'est tout aussi trompeur que de dire :

"Le verre est toujours meilleur parce que c'est du verre."

Le plastique peut également être plus sensible au vieillissement

La durabilité environnementale est une autre considération.

Certains polymères optiques peuvent être plus sensibles que le verre à :

Température

Humidité

Exposition aux UV

Environnements chimiques

Le comportement réel dépend fortement de la formulation du matériau et de son application.

C'est pourquoi un plastique optique qui fonctionne parfaitement à l'intérieur d'un appareil grand public n'est pas nécessairement le meilleur choix pour une caméra extérieure exposée à des années d'ensoleillement et à des cycles de température.

La sélection des matériaux doit tenir compte de la durée de vie prévue.

Un objectif qui semble excellent au premier jour n’est pas nécessairement un bon objectif si ses performances changent de manière significative après des années d’exposition environnementale.

La partie intéressante : de nombreux objectifs d’appareil photo utilisent les deux

C’est là que le simple débat « plastique contre verre » commence à s’effondrer.

De nombreux systèmes optiques n’ont pas besoin de choisir exclusivement un seul matériau.

Un objectif peut utiliser une combinaison d’éléments en verre et en plastique optique.

Pourquoi?

Parce que différents matériaux peuvent résoudre différents problèmes optiques.

Un concepteur peut utiliser un matériau pour une caractéristique réfractive particulière et un autre pour une exigence différente.

Cela peut fournir un équilibre utile entre :

Performances optiques

Taille

Poids

Coût

Fabricabilité

Stabilité environnementale

En d’autres termes, l’objectif le plus intelligent n’est peut-être pas entièrement fabriqué en verre ou entièrement en plastique.

Il peut utiliser exactement ce dont la conception optique a besoin.

Qu’en est-il de la résolution ?

C’est un autre domaine dans lequel la conversation devient souvent trompeuse.

Les gens supposent parfois :

Verre = haute résolution

Plastique = basse résolution

Pas nécessairement.

La résolution dépend de la conception optique complète et de la qualité de fabrication.

Des facteurs tels que :

Géométrie de la lentille

Précision des surfaces

Propriétés du matériau

Précision d'assemblage

Alignement optique

Performances MTF

Caractéristiques du capteur

tout compte.

Une lentille en verre mal conçue peut avoir de mauvaises performances.

Un élément optique en plastique moulé bien conçu peut fonctionner étonnamment bien.

Le matériel est important.

Mais ce n’est qu’une partie de l’équation.

Pourquoi le plastique optique est important pour les appareils photo produits en série

Prenons l'exemple d'un module de caméra qui doit être produit en très grande quantité.

Le fabricant peut se soucier de :

Coût + poids + temps de cycle + répétabilité + performances optiques.

C’est là que les optiques en plastique moulé peuvent devenir extrêmement attractives.

Une fois l’outillage de précision développé, le moulage par injection peut prendre en charge une production en grand volume avec une géométrie cohérente.

Ceci est particulièrement pertinent pour des applications telles que :

Caméras grand public

Caméras de sécurité

Modules automobiles

Drones

Robotique

Appareils intelligents

Systèmes de vision industrielle compacts

La technologie de fabrication est donc l’une des principales raisons pour lesquelles les optiques en plastique sont devenues si courantes.

Comment les ingénieurs devraient-ils réellement choisir ?

Au lieu de demander :

« Le verre est-il meilleur que le plastique ?

Je demanderais :

« Quel matériau est le meilleur pour ce système optique ? »

Pour un appareil photo compact, léger et à grand volume, le plastique optique peut être un excellent choix.

Pour un système extérieur exigeant fonctionnant à des températures extrêmes, le verre peut offrir des avantages importants.

Pour certains produits, une conception hybride peut s’avérer la plus logique.

ÀOptique Boshi, la sélection des matériaux fait partie d’un problème plus large de conception optique plutôt que d’une simple décision « le verre est de première qualité, le plastique est bon marché ». La solution appropriée dépend des exigences du capteur, des performances optiques, des contraintes mécaniques, des conditions environnementales, du volume de production et du coût cible.

C’est ainsi que fonctionne habituellement l’ingénierie optique.

Il existe rarement un matériau qui remporte tous les débats.

L'essentiel

Alors, les objectifs d’appareil photo en plastique sont-ils vraiment inférieurs au verre ?

Non.

Le verre est un matériau optique exceptionnel, et il reste indispensable dans de nombreuses applications exigeantes.

Mais le plastique optique a ses propres atouts :

Léger.

Hautement fabricable.

Convient aux géométries moulées complexes.

Bien adapté à la production en grand volume.

Potentiellement rentable.

La question importante n’est pas de savoir quel matériau sonne le plus haut de gamme.

Il s’agit de savoir si le matériau peut offrir les performances optiques, la stabilité, la fabricabilité et la durée de vie requises pour l’appareil photo lui-même.

Parce qu’un objectif d’appareil photo n’obtient pas de points supplémentaires s’il est fabriqué en verre.

Il est jugé en fonction de l'image qu'il produit et s'il continue à produire cette image de manière fiable après le premier prototype, le centième lot de production et la millionième unité.