Pour les intégrateurs de systèmes, les fabricants de caméras et les fabricants d'équipements d'inspection, le passage à des capteurs à plus haute résolution (de 12 MP à 20 MP et au-delà) a placé de nouvelles exigences sur les systèmes optiques. Le 1.1inch Large Format (diagonale ≈ 17.6 mm) n'est plus une spécification de niche - il est devenu une référence pour les applications nécessitant une large couverture de champ, un faible bruit et une netteté exceptionnelle d'un bord à l'autre. Cependant, la conception de lentilles pour ce format introduit des compromis d'ingénierie spécifiques : des cercles d'image plus grands intensifient les aberrations, l'illumination relative diminue à la périphérie, et les interfaces mécaniques doivent être réévaluées. Cet article décompose les caractéristiques de performance, les barrières à l'adoption dans le monde réel et les solutions personnalisées disponibles pour 1.1inch Large Format optiques, s'appuyant sur des principes optiques établis et des pratiques de fabrication de Jinyuan.
Qu'est-ce qui définit le 1.1inch Large Format en ingénierie optique ?
Le terme "format optique" provient des diamètres de tubes vidicon hérités, et non de la diagonale réelle du capteur. Un capteur 1.1inch Large Format a une diagonale physique d'environ 17.6 mm (zone active typiquement 14.1 mm × 10.4 mm, selon le rapport d'aspect). Pour comparaison, la diagonale d'un capteur 2/3" est de 11 mm, et un format 1" est de 15.9 mm. Le passage au 1.1inch Large Format fournit environ 60 % de surface photosensible en plus par rapport aux capteurs 1", ce qui améliore directement le rapport signal/bruit et la plage dynamique. Cependant, l'objectif doit projeter un cercle d'image d'un diamètre d'au moins 18 mm pour éviter le vignetage. Ce cercle d'image plus grand oblige le concepteur optique à contrôler les aberrations hors axe (astigmatisme, courbure de champ, couleur latérale) plus rigoureusement qu'avec des formats plus petits. Par conséquent, de nombreuses lentilles standard à monture C - limitées à un cercle d'image maximum de 16 mm - sont incompatibles avec les capteurs 1.1inch. Les ingénieurs doivent sélectionner des montures comme M35, M42 ou F-mount, ou demander des interfaces de filetage personnalisées.
Exigences d'ingénierie et solutions pour les lentilles 1.1inch Large Format
Correspondance de la résolution et du MTF
Avec des pas de pixel réduits à 2.0 µm à 3.45 µm sur les capteurs 1.1inch modernes (par exemple, série Sony IMX, série GMAX), la résolution de lentille requise dépasse 150 lp/mm à MTF > 0.3. Pour répondre à cela, une lentille 1.1inch Large Format doit incorporer du verre à faible dispersion (par exemple, S-FPL51, S-FPL53) et des éléments asphériques moulés pour corriger l'aberration sphérique et réduire le nombre de surfaces air-verre. L'aberration sphérique devient plus prononcée à mesure que la taille de l'ouverture augmente pour maintenir l'illumination. Les surfaces asphériques aident également à gérer la coma et la distorsion sur l'ensemble du champ. Pour des projets personnalisés, Jinyuan utilise une approche de conception hybride : deux ou trois éléments asphériques combinés avec du verre apochromatique pour atteindre >0.4 de contraste à 150 lp/mm sur un cercle d'image de 17.6 mm.
Uniformité d'illumination et contrôle de l'illumination relative
Une plainte courante concernant les optiques grand format est l'assombrissement aux coins (chute selon la loi cos⁴). Pour une lentille 1.1inch Large Format avec une longueur focale de 25 mm et une ouverture de f/2.8, l'illumination relative au coin peut tomber en dessous de 35 % par rapport au centre. Les solutions incluent :
Conceptions télécentriques ou quasi-télécentriques : L'angle du rayon principal (CRA) au plan de l'image est maintenu près de 0°, réduisant la chute et améliorant la précision de mesure pour les systèmes de métrologie.
Revêtements de densité neutre gradués ou correction numérique d'ombrage : Bien qu'une correction logicielle existe, l'uniformité basée sur le matériel garantit un signal à bruit plus élevé dans l'inspection industrielle en faible lumière .
Positionnement de la pupille asphérique : Déplacer l'emplacement de l'ouverture vers le groupe avant égalise la distribution de l'illumination. Jinyuan a réussi à livrer des lentilles de format large de 1,1 pouce f/2,0 avec une illumination de coin à centre dépassant 75 %.
Intégration mécanique et sélection de montage
La distance focale arrière standard du montage C (17,526 mm) limite l'utilisation de capteurs de 1,1 pouce car l'élément arrière doit être très proche du plan d'image, entraînant des interférences mécaniques. Des interfaces alternatives telles que M35-P0,75, M42 × 1 ou des montures à baïonnette personnalisées sont préférées. Pour les applications de rétrofit, Jinyuan propose des anneaux adaptateurs et des tubes de bride personnalisés qui maintiennent les propriétés parfocales et offrent des mécanismes de verrouillage. De plus, les dimensions plus grandes du barillet de la lentille (généralement 50 mm–65 mm de diamètre) nécessitent des filetages de filtre renforcés et des structures de dissipation thermique pour un fonctionnement continu à des températures ambiantes élevées (40 °C à 70 °C).
Applications industrielles clés bénéficiant du format large de 1,1 pouce
Le format large de 1,1 pouce n'est pas choisi au hasard : il résout des problèmes concrets dans des environnements à haut débit et de haute précision :
Inspection des écrans à écran plat (FPD) et OLED : Pour détecter les défauts sous-pixels sur des écrans 8K, un grand cercle d'image permet à une seule caméra de couvrir un champ d'objet de 63 mm × 47 mm à une résolution de 2,5 µm/pixel, réduisant les passages de numérisation de 40 % par rapport aux capteurs de 1".
Métrologie des wafers semi-conducteurs : Pour l'inspection en champ sombre des wafers de 300 mm, les caméras à balayage de surface de format large de 1,1 pouce capturent plus de puces par image, améliorant le débit. Le format large réduit également le crosstalk des pixels, essentiel pour détecter les défauts sous 100 nm.
Imagerie de diapositives entières médicales (WSI) : Les scanners de pathologie numérique nécessitent à la fois une haute résolution et un large champ de vision. Un capteur de 1,1 pouce couplé à un objectif à haute NA offre 0,25 µm/pixel sur un échantillon de tissu de 15 mm×15 mm sans artefacts de couture.
Systèmes de transport intelligents (ITS) : La surveillance du trafic aux intersections exige une large plage dynamique et une couverture étendue. En utilisant des lentilles de format large de 1,1 pouce avec des capteurs de 12 MP, une caméra remplace deux unités de format plus petit, simplifiant l'installation et la maintenance.
Profilage laser 3D : Dans les systèmes de triangulation, un format d'image plus grand augmente la plage de mesure de la base et réduit les effets d'ombre sur les surfaces spéculaires.
Surmonter les obstacles courants à l'adoption des optiques de grand format
Les ingénieurs hésitent souvent à spécifier le format large de 1,1 pouce en raison des coûts perçus, de la taille et de la complexité de conception. Voici les défis réels et les méthodes éprouvées pour y faire face :
Obstacle 1 – Coût plus élevé de l'élément optique : Les lentilles asphériques moulées avec précision et le verre ED augmentent le prix unitaire. Cependant, l'utilisation de combinaisons hybrides (asphères moulées en verre avec des lentilles sphériques) peut réduire le nombre total d'éléments de 9 à 6 pièces, compensant les coûts des matériaux. L'équipe de conception de Jinyuan utilise cette méthode pour atteindre des conceptions f/2,4 à des volumes compétitifs (500–5000 unités/an).
Obstacle 2 – Grand diamètre et poids de la lentille frontale : Une lentille de format large de 1,1 pouce pour une longueur focale de 35 mm nécessite une ouverture claire d'environ 25 mm. En réduisant le nombre de groupes et en utilisant des verres à indice élevé, la longueur totale peut être maintenue sous 65 mm, la rendant compatible avec de nombreux systèmes de portique existants.
Barrière 3 – Dérive de mise au point thermique : Les barils en plastique ou la sélection de matériaux mixtes (aluminium + Invar) provoquent un décalage de mise au point dans la plage de 10 °C à 50 °C. Un design de désathermalisation passive—correspondant aux coefficients d'expansion du boîtier de l'objectif et des éléments de l'objectif—peut maintenir le plan d'image dans la profondeur de champ. Les assemblages 1.1inch Large Format de Jinyuan sont validés pour les environnements industriels.
Pourquoi l'ingénierie sur mesure est préférable aux solutions standard pour le format 1.1inch Large Format
Les objectifs standard pour grands formats sont conçus pour la photographie générale ou la surveillance grand angle, et non pour les distances de travail spécifiques, les bandes spectrales ou les besoins de grossissement des machines industrielles. Un objectif 1.1inch Large Format sur mesure offre :
Optimisation spectrale : Revêtements pour 450 nm–700 nm (inspection des couleurs) ou 850 nm–950 nm (tri proche-IR).
Distance de travail fixe avec distorsion minimale : Distorsion inférieure à 0,05 % pour la métrologie, contre 1 %–2 % pour les objectifs de catalogue.
Répétabilité mécanique robuste : Butées rigides, bagues de mise au point verrouillables et boîtiers scellés (IP5X ou IP6X) pour les sols de production poussiéreux.
Jinyuan a livré plus de 40 modules optiques 1.1inch Large Format sur mesure pour l'alignement des semi-conducteurs, l'inspection optique automatisée (AOI) et les applications de télédétection. Leur processus comprend la conception optique (Zemax ou Code V), l'analyse des tolérances, le prototypage (3–4 semaines) et la production en volume avec des tests MTF sur des systèmes Trioptics.
Questions Fréquemment Posées (FAQ) sur l'optique 1.1inch Large Format
Q1 : Un objectif standard C-mount peut-il couvrir un capteur 1.1inch sans vignetage ?
A1 : La plupart des objectifs C-mount sont conçus pour un cercle d'image maximum de 16 mm (pour des capteurs de 1") ou plus petits. Un capteur 1.1inch Large Format nécessite un cercle d'image d'au moins 18 mm. L'utilisation d'un objectif C-mount standard entraînera un ombrage important dans les coins (vignetage) et une perte de résolution effective. Vous avez besoin d'objectifs spécifiquement marqués comme « compatible 1.1 » ou de montures sur mesure comme M35 ou M42 avec un baril plus grand.
Q2 : Quelle est la spécification MTF typique pour un objectif 1.1inch Large Format de haute qualité ?
A2 : Pour l'inspection industrielle (capteur de 12 MP, pas de pixel de 3,45 µm), un objectif compétent devrait dépasser 40 % de contraste à 145 lp/mm sur 80 % du champ. Les conceptions premium atteignent >50 % de contraste. Nous mesurons la MTF à trois champs : centre, 70 % diagonal et coin complet. Jinyuan fournit des rapports de test MTF complets pour chaque lot de production.
Q3 : L'utilisation d'un format 1.1inch réduit-elle la profondeur de champ par rapport à des capteurs plus petits ?
A3 : Pour le même champ de vision, nombre f et distance de travail, la profondeur de champ est en réalité similaire. Cependant, parce que vous pouvez utiliser une longueur focale plus longue avec un format plus grand pour atteindre la même couverture d'objet, la profondeur de champ peut légèrement diminuer. Cela est souvent un avantage pour séparer les défauts des encombrements de fond. Si une grande profondeur de champ est requise, nous recommandons des conceptions télécentriques ou un empilement de mise au point.
Q4 : Combien de temps dure un projet d'objectif 1.1inch Large Format sur mesure, de la spécification à la livraison de l'échantillon ?
A4 : Chronologie typique : 1–2 semaines pour la faisabilité et la conception initiale, 3–4 semaines pour la mise en page mécanique et l'analyse des tolérances, 5–6 semaines pour l'outillage et l'assemblage de prototypes. La livraison de 5–10 échantillons a lieu environ 10–12 semaines après l'approbation finale. La production en volume (100+ unités) ajoute encore 4 semaines. Jinyuan travaille avec des délais accélérés pour les projets de vision par machine urgents.
Q5 : Puis-je utiliser un objectif de grand format de 1,1 pouce avec un capteur de 1" pour obtenir une meilleure netteté des bords ?
A5 : Oui, le surformatage (utiliser un cercle d'image plus grand que nécessaire) améliore souvent la netteté des bords car vous n'utilisez que la partie centrale, mieux corrigée du champ. Cela réduit également la chute d'illumination relative. De nombreux concepteurs de systèmes associent intentionnellement un objectif de grand format de 1,1 pouce avec un capteur de 1" pour obtenir des performances très uniformes et une distorsion réduite.
Q6 : Quel type de revêtement est recommandé pour les objectifs de grand format de 1,1 pouce dans des environnements difficiles ?
A6 : Pour les usines avec brouillard d'huile ou poussière abrasive, des revêtements anti-reflets (AR) avec une dureté > 3H (dureté de crayon) et des propriétés hydrophobes sont recommandés. Les revêtements AR à large bande (400 nm–1000 nm) avec une réflectivité moyenne <0,5 % réduisent la lumière parasite. Jinyuan propose des revêtements DLC (carbone semblable au diamant) sur les surfaces extérieures pour la résistance aux rayures.
Q7 : Existe-t-il des conceptions légères de grand format de 1,1 pouce pour l'imagerie par drone ?
A7 : Oui, en remplaçant les barillets en métal par du polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) et en utilisant des éléments hybrides en verre-plastique, le poids d'un objectif de grand format de 1,1 pouce avec une distance focale de 25 mm peut être maintenu en dessous de 90 g. Contactez notre équipe d'ingénierie pour des conceptions optimisées en poids.
Besoin d'un objectif de grand format de 1,1 pouce personnalisé pour votre distance de travail spécifique, bande spectrale ou enveloppe mécanique ? Jinyuan fournit une conception optique en cycle complet, du prototypage et de la fabrication en volume avec vérification MTF. Partagez votre modèle de capteur et vos objectifs de performance avec nos ingénieurs optiques pour une étude de faisabilité et un devis.
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