Kamera Lenslerinin Neden Sıcaklık Değişikliklerine Dayanması Gerekir?
Kışın dışarıya bir kamera koyun.
Daha sonra yaza kadar orada bırakın.
Kamera yine de açılabilir. Sensör hala çalışıyor. Elektronik hala çalışıyor.
Peki görüntü tamamen aynı mı görünüyor?
Mutlaka değil.
Bu, bir kamera merceği seçerken gözden kaçırılması kolay şeylerden biridir. Bir lens, oda sıcaklığında laboratuvarda mükemmel derecede keskin görünebilir, ancak sıcak bir otoparkta veya dondurucu bir dış ortamda saatler geçirdikten sonra farklı davranabilir.
Nedeni basit:
Sıcaklık değiştiğinde kamera merceği boyutsal veya optik olarak kararlı değildir.
Milimetrenin kesirleri ile ölçülen bir optik sistemle uğraşırken, "küçük" değişiklikler çok gerçek görüntü sorunlarına dönüşebilir.
Lens Optik Olduğu Kadar Mekanik Bir Sistemdir
İnsanlar bir kamera merceğine baktığında genellikle camı düşünürler.
Bu mantıklı. Cam ışığın gittiği yerdir.
Ancak gerçek bir merceğin içinde çok daha fazlası oluyor.
Optik elemanlar, mercek çerçeveleri, ara parçalar, tutucular, iplikler, yapışkan malzemeler ve bazen de plastik optik elemanlar bulunur. Farklı parçalar farklı malzemelerden yapılmıştır ve farklı malzemeler sıcaklığa farklı tepki verir.
Sıcaklık arttığında malzemeler genleşir.
Sıcaklık düştüğünde kasılırlar.
Sorun, hepsinin tam olarak aynı miktarda genişlememesi veya daralmamasıdır.
Birbirinden dikkatle hesaplanmış mesafelere yerleştirilmiş birkaç optik öğeyi hayal edin.
Şimdi merceğin tamamını ısıtın.
Mercek çerçevesi genişler. Optik elemanlar biraz değişir. Öğeler arasındaki boşluk değişir. Optik malzemelerin kırılma özellikleri de sıcaklıkla değişebilir.
Lens kırılmadı.
Dışarıdan bakıldığında hiçbir şey açıkça yanlış görünmüyor.
Ancak optik açıdan sistem artık tam olarak tasarımcının başlangıçta amaçladığı yerde değil.
İşlerin ilginçleşmeye başladığı yer burasıdır.
Odak, Kamera Hareket Etmeden Hareket Edebilir
En yaygın sonuçlardan biri odak kaymasıdır.
Sabit odaklı lens, optik sistemin oluşturduğu görüntünün sensöre göre doğru yere düşmesini sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Optik geometriyi değiştirdiğinizde en iyi odak konumu hareket edebilir.
Bu özellikle kalıcı olarak kurulan kameralar için önemlidir.
Montaj sırasında yaklaşık 23°C'ye odaklanmış bir güvenlik kamerası düşünün.
Geceleri sıcaklık -20°C'ye düşüyor.
Ertesi öğleden sonra kamera muhafazası doğrudan güneş ışığı altında kalır ve çok daha fazla ısınır.
Kameranın kendisi hareket etmedi.
Sensör hareket etmedi.
Ancak mercek, en iyi odak noktasının değişmesine yetecek kadar değişmiş olabilir.
Fabrikada görüntü keskin görünüyordu.
Dışarıda birkaç saat sonra fark edilir derecede daha yumuşak görünebilir.
Bu nedenle "lens -20°C ile 60°C arasında çalışır" ve "lens -20°C ile 60°C arasında iyi optik performansı korur" ifadeleri mutlaka aynı ifade değildir.
İkinci soru ise mühendislerin gerçekte önemsediği sorudur.
Optik Malzemeler Neden Önemlidir?
Sıcaklık yalnızca merceğin fiziksel boyutlarını değiştirmez.
Optik malzemeler aynı zamanda sıcaklığa bağlı kırılma özelliklerine de sahiptir.
Bu, bir merceğin optik davranışının aynı anda iki şekilde değişebileceği anlamına gelir:
geometri değişir ve optik malzemenin kendisi değişir.
Basit bir optik sistem için etki nispeten küçük olabilir.
Daha zorlu bir lens için, özellikle birden fazla öğeye ve sıkı performans gereksinimlerine sahip bir lens için bu değişiklikler birikebilir.
Sonuç, odak kayması, MTF'deki değişiklikler, değişen sapma davranışı veya görüntü kalitesindeki diğer değişiklikler olarak ortaya çıkabilir.
Bu aynı zamanda mercek tasarımının hiçbir zaman yalnızca tek bir sıcaklıktaki optik yolu hesaplamaktan ibaret olmamasının nedenidir.
İyi bir tasarımın merceğin gerçekte çalışacağı ortamı dikkate alması gerekir.
Atermalizasyon Bu Nedenle Vardır
Bu bizi optik mühendislerinin sıklıkla kullandığı bir terime getiriyor:
Atermalizasyon.
Kulağa karmaşık geliyor ama temel fikir oldukça pratik.
Eğer sıcaklık yine de merceği değiştirecekse, neden optik sistemi bu değişikliklerin birbirini telafi edeceği şekilde tasarlamıyorsunuz?
Mühendisler farklı termal özelliklere sahip optik malzemeleri seçebilir, eleman aralığını ayarlayabilir, uygun mekanik malzemeleri seçebilir veya mekanik yapıyı termal genleşmeyi telafi edecek şekilde tasarlayabilir.
Amaç her bir bileşeni mutlaka sıcaklığa karşı dayanıklı hale getirmek değildir.
Bu gerçekçi olmazdı.
Amaç, optik sistemi bir bütün olarak sıcaklık değişimlerine karşı daha az duyarlı hale getirmektir.
Bu, otomotiv kameralarında, dış mekan gözetiminde, endüstriyel görüntülemede, drone'larda ve kameranın konforlu bir iç mekan odasında yaşayamayacağı diğer uygulamalarda giderek daha önemli hale geliyor.
Dış Mekan Kameralarının Ömrü Çok Daha Zor
Bir otopark güvenlik kamerası düşünün.
Geceleri kamera soğuk bir ortamda çalışabilir.
Gün boyunca aynı kamera doğrudan güneş ışığına maruz kalan karanlık bir muhafazanın içinde durabilir. Muhafazanın içindeki sıcaklık, çevredeki havadan önemli ölçüde farklı olabilir.
Şimdi bunu her gün yaptığınızı hayal edin.
Mesele sadece merceğin sıcak bir güne mi yoksa soğuk bir geceye mi dayanabileceği değil.
Optik sistemin tekrarlanan sıcaklık değişimlerine rağmen performansını koruyup koruyamayacağıdır.
Bu nedenle ürün değerlendirmesi sırasında sıcaklık çevrimi faydalıdır.
Mühendisler lensi veya kamera sistemini farklı sıcaklık koşullarına maruz bırakabilir ve ardından optik performansın gerekli aralıkta kalıp kalmadığını kontrol edebilir.
Bir lens üreticisi için bu tür testler, lensin daha sonra hala açılıp açılmadığını kontrol etmekten çok daha bilgilendiricidir.
Açılan bir kameranın yine de iyi bir görüntü üreten bir kamera olması şart değildir.
Otomotiv Kameraları Sorunu Daha da İlerletiyor
Otomotiv uygulamaları termal stabiliteyi daha da önemli hale getiriyor.
Bir araç soğuk bir dış ortamdan doğrudan güneş ışığına geçebilir. Kamera ön camın arkasına, araç gövdesinin yakınına veya yerel sıcaklığın oldukça yüksek olduğu başka bir konuma monte edilebilir.
Kameranın ayrıca hizmet ömrü boyunca bu sıcaklık döngüleri boyunca tekrar tekrar çalışması gerekir.
Bu nedenle, otomotiv lenslerinin geliştirilmesinde genellikle termal davranışa, mekanik stabiliteye, optik hizalamaya ve uzun vadeli tutarlılığa çok dikkat edilir.
Aynı prensip diğer zorlu görüntüleme uygulamaları için de geçerlidir.
Yüksekte uçan bir drone, masanın üzerinde duran bir kamerayla aynı termal ortamı deneyimlemiyor.
Makine yakınındaki endüstriyel bir kamera sürekli ısıya maruz kalabilir.
Dış mekan güvenlik kamerası büyük gündüz-gece sıcaklık farklarıyla karşılaşabilir.
Optik tasarımın laboratuvarın konforlu koşullarına değil, gerçek ortama uygun olması gerekir.
Sıcaklık Testi Farkın Ortaya Çıktığı Yerdir
Bu aynı zamanda bir mercek numunesi ile üretime hazır bir mercek arasındaki farkın da ortaya çıktığı yerdir.
Geliştirme sırasında optik tasarım oda sıcaklığında çok iyi performans gösterebilir.
Ancak lens seri üretime girdiğinde başka bir soru ortaya çıkıyor:
Üretim partilerinde ve sıcaklık koşullarında aynı optik performans korunabilir mi?
Bu, optik hesaplamadan daha fazlasını gerektirir.
Malzeme seçimini, mekanik toleransları, montaj doğruluğunu, muayeneyi ve çevresel testleri içerir.
Boshi Optikmercek üretimine optik işleme, hassas kalıplama, mercek montajı ve denetimi kapsayan entegre bir süreç olarak yaklaşır. Zorlu çevresel gereksinimlere sahip uygulamalar için bu üretim tutarlılığı, orijinal optik tasarım kadar önemli hale gelir.
Çünkü gerçek uygulama ömrünün çoğunu başka bir yerde geçiriyorsa, 23°C'de güzel performans gösteren bir lens tasarlamanın pek bir değeri yoktur.
Peki Her Lensin Aşırı Sıcaklık Dayanımına İhtiyacı Var mı?
HAYIR.
Ve bu önemli bir nokta.
İç mekan kamera lensinin, otomotiv kamerası veya dış mekan güvenlik sistemi ile aynı termal gereksinimlere ihtiyacı olması gerekmez.
Evrensel bir “en iyi” çalışma sıcaklığı aralığı yoktur.
Doğru spesifikasyon uygulamaya bağlıdır.
Önemli olan lensi seçmeden önce gerçek ortamı anlamaktır.
Kamera nereye kurulacak?
Beklenen sıcaklık aralığı nedir?
Sıcaklık yavaş mı yoksa hızlı mı değişecek?
Lens tekrarlanan sıcaklık döngüsüne maruz kalacak mı?
Uygulama tüm aralıkta istikrarlı bir odaklanma gerektiriyor mu?
Bu sorular genellikle bir veri sayfasındaki en yüksek sıcaklık derecesini istemekten daha faydalıdır.
Kameranın Çalıştığı Yerde Lensin de Çalışması Gerekir
Bu bazen gözden kaçan kısımdır.
Bir kamera merceği, üreticinin spesifikasyon sayfasına etkileyici bir sıcaklık numarası koyabilmesi için test edilmez.
Sıcaklık performansı önemlidir çünkü görüntü önemlidir.
Mekanik olarak sağlam kalan ancak gerçek çalışma koşulları altında odağı, kontrastı veya optik tutarlılığı kaybeden bir lens, sorunu gerçekten çözmedi.
Optik mühendisleri, satın alma ekipleri ve kamera üreticileri için bu nedenle daha iyi soru şu değil:
"Bu mercek sıcaklığa dayanabilir mi?"
Bu:
"Bu lens, kameramızın ihtiyaç duyduğu optik performansı tüm sıcaklık aralığında koruyabilir mi?"
Bu çok daha faydalı bir soru.
Çünkü kameralar laboratuvarlarda yaşamıyor.
Arabalarda, binalarda, drone'larda, makinelerde, sokaklarda, fabrikalarda ve sıcaklığın hiç de rahat olmadığı yerlerde yaşıyorlar.
İyi bir kamera merceği tek bir sıcaklık için tasarlanmamıştır. Kameranın gerçekte çalışması gereken ortam için tasarlanmıştır.
