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Jun 08, 2023

Novos sensores e aplicações de visão mecânica impulsionam avanços na óptica

Fonte de todas as imagens: A3 Antes que qualquer câmera possa capturar a imagem de um objeto, a lente deve coletar a luz dispersa do objeto e distribuí-la adequadamente sobre a área ativa do sensor. Esse é um

Fonte de todas as imagens: A3

Antes que qualquer câmera possa capturar a imagem de um objeto, a lente deve coletar a luz espalhada do objeto e distribuí-la adequadamente sobre a área ativa do sensor. Essa é uma das razões pelas quais os sensores de câmera e as novas aplicações de visão mecânica tendem a impulsionar avanços paralelos na óptica, e os fornecedores de óptica devem evoluir continuamente à medida que as tecnologias de visão mecânica progridem.

“Vemos consistentemente aplicações de visão mecânica indo para resoluções mais altas”, diz Nick Sischka, recentemente promovido a diretor de desenvolvimento de produtos de imagem na Edmund Optics. "Paramos de notar que os pixels ficam significativamente menores e, em vez disso, vemos o tamanho dos sensores aumentando."

À medida que empresas como a Gpixel e a Sony continuam a lançar sensores cada vez maiores (por exemplo, 152 MP), o desafio para os fornecedores de óptica é acompanhar o ritmo. Essas lentes serão bastante grandes – maiores do que as lentes full-frame normalmente usadas em fotografia – e até que novas sejam desenvolvidas, uma lente fotográfica de médio formato pode ser a melhor opção.

“Devem ser desenvolvidas lentes para os sensores diagonais muito grandes de 60,6 mm que oferecem mais de 150 MP”, diz Mark Peterson, cofundador e vice-presidente de tecnologia avançada da Theia Technologies. "Infelizmente, o custo de desenvolvimento, o grande tamanho da lente e o baixo volume inicial manterão essas lentes com um preço premium."

Jason Baechler, presidente da MORITEX North America Inc., concorda. “Ao projetar óptica para sensores cada vez maiores, existem vários desafios, especialmente se os tamanhos/intensidades dos pixels forem muito pequenos”, diz ele. "Os dois principais desafios são controlar o tamanho e o custo das lentes/óticas para alinhar com as câmeras que usam esses novos sensores. Além do desafio de abordar todos os sensores de câmera existentes, esses dois fatores aumentam a necessidade de fazer concessões na óptica e projetos mecânicos."

Para lentes bi-telecêntricas, a MORITEX projeta as lentes frontais/objetivas para combinar o campo de visão máximo com uma resolução desejada. Essa parte frontal da lente pode então ser adequada para uma ampla gama de formatos de sensores de imagem, o que minimiza a variação de componentes dentro de seu portfólio e otimiza o custo dos componentes de lentes telecêntricas mais caros. A parte traseira da lente (lado da imagem), entretanto, varia de acordo com o formato da imagem e o resultado é que o comprimento nem sempre é otimizado.

Por esse motivo, observa Baechler, “ainda oferecemos lentes telecêntricas do lado do objeto de diferentes formatos para aplicações que exigem requisitos de espaço mais restritos”. No entanto, essas lentes (MORITEX MMLs) só podem ser usadas com um formato de sensor específico ou menor, desde que o tamanho da montagem seja o mesmo. Para automação de fábrica e outras lentes de distância focal fixa não telecêntricas (onde algumas lentes objetivas grandes ou de alta potência não impulsionam o custo), as vantagens e desvantagens aumentam com a versatilidade e a competitividade de custos dos produtos.

Ao minimizar o número de elementos em uma lente e simplificar os sistemas optomecânicos para distância de trabalho (WD), abertura e ajuste de foco, uma lente pode ser projetada para uma faixa de distância de trabalho e/ou tamanho de abertura limitados. Outra maneira de abordar isso é projetar produtos que cubram uma variedade de formatos de sensores e oferecer adaptadores de montagem para combinar com diferentes câmeras.

“Essa abordagem tem a vantagem de melhorar a resolução à medida que o formato de imagem do sensor fica menor em comparação ao formato máximo de imagem da lente”, explica Baechler. “Como resultado, uma lente projetada para imagem diagonal (ou linha) de 62 mm e pixels de 5 µm poderia corresponder a um sensor com pixels de 3 µm e diagonal de 43,5 mm.”

Em resposta ao lançamento crescente de sensores maiores, a Navitar Inc. também desenvolveu ópticas otimizadas para uso com formatos de câmeras maiores. Um novo produto é adequado para aplicações industriais de ponta, como inspeção de wafers semicondutores, inspeção FPD e MEMS, bem como aplicações biomédicas e de ciências biológicas, como experimentos de múltiplos poços e imagens de células.

Jeremy Goldstein, proprietário e CEO da Navitar, observa que as novas ópticas para aproveitar as vantagens das câmeras de formato maior "permitem que a Navitar forneça aos seus clientes campos de visão maiores para que o cliente possa ver mais do objeto de uma só vez. Isso aumenta o processamento rendimento e velocidade de coleta de dados, o que é extremamente importante para todos os setores, tanto industriais quanto médicos."