Nuovi sensori e applicazioni di visione artificiale guidano i progressi nel campo dell'ottica

Apr 27, 2023

Tutte le immagini Fonte: A3

Prima che una fotocamera possa catturare l'immagine di un oggetto, l'obiettivo deve raccogliere la luce diffusa dall'oggetto e distribuirla correttamente sull'area attiva del sensore. Questo è uno dei motivi per cui i sensori delle fotocamere e le nuove applicazioni di visione artificiale tendono a promuovere progressi paralleli nel campo dell'ottica, e i fornitori di ottiche devono evolversi continuamente di pari passo con il progresso delle tecnologie di visione artificiale.

"Vediamo costantemente che le applicazioni di visione artificiale raggiungono risoluzioni più elevate", afferma Nick Sischka, recentemente promosso a direttore dello sviluppo dei prodotti di imaging presso Edmund Optics. "Abbiamo smesso di notare che i pixel diventano significativamente più piccoli e invece vediamo crescere le dimensioni del sensore."

Poiché aziende come Gpixel e Sony continuano a rilasciare sensori sempre più grandi (ad esempio, 152 MP), la sfida per i fornitori di componenti ottici è tenere il passo. Questi obiettivi saranno piuttosto grandi – più grandi degli obiettivi full-frame tipicamente utilizzati in fotografia – e fino a quando non ne verranno sviluppati di nuovi, un obiettivo fotografico di medio formato potrebbe essere l’opzione migliore.

"È necessario sviluppare obiettivi per i sensori molto grandi con diagonale di 60,6 mm che offrono più di 150 MP", afferma Mark Peterson, cofondatore e vicepresidente, tecnologia avanzata, Theia Technologies. "Sfortunatamente, il costo di sviluppo, le grandi dimensioni dell'obiettivo e il basso volume iniziale manterranno questi obiettivi a un prezzo premium."

Jason Baechler, presidente di MORITEX North America Inc., è d'accordo. "Quando si progettano ottiche per sensori sempre più grandi, esistono diverse sfide, soprattutto se le dimensioni/passi dei pixel sono piuttosto piccoli", afferma. "Le due sfide principali sono controllare le dimensioni e il costo delle lenti/ottiche da allineare con le fotocamere che utilizzano questi nuovi sensori. Oltre alla semplice sfida di affrontare tutti i sensori delle fotocamere disponibili, questi due fattori aumentano la necessità di scendere a compromessi in termini di ottica e progetti meccanici."

Per gli obiettivi bi-telecentrici, MORITEX progetta le lenti frontali/dell'obiettivo per abbinare il campo visivo massimo con una risoluzione mirata. La parte anteriore dell'obiettivo può quindi essere adatta per un'ampia gamma di formati di sensori di immagine, riducendo al minimo la variazione dei componenti all'interno del suo portafoglio e ottimizzando i costi dei componenti degli obiettivi telecentrici più costosi. La porzione posteriore della lente (lato immagine), tuttavia, varia in base al formato dell'immagine e il risultato è che la lunghezza non è sempre ottimizzata.

Per questo motivo, osserva Baechler, "offriamo ancora obiettivi telecentrici lato oggetto di diversi formati per applicazioni che hanno requisiti di spazio più ristretti". Tuttavia, tali obiettivi (MORITEX MML) possono essere utilizzati solo con un formato di sensore specifico o più piccolo, presupponendo che la dimensione dell'innesto sia la stessa. Per l'automazione industriale e altri obiettivi a lunghezza focale fissa non telecentrici (dove alcuni obiettivi di grandi dimensioni o ad alta potenza non determinano il costo), i compromessi crescono con la versatilità e la competitività dei costi dei prodotti.

Riducendo al minimo il numero di elementi in un obiettivo e semplificando i sistemi opto-meccanici per la distanza di lavoro (WD), l'apertura e la regolazione della messa a fuoco, un obiettivo può essere progettato per un intervallo di distanze di lavoro e/o dimensioni di apertura limitati. Un altro modo per affrontare questo problema è progettare prodotti che coprano una gamma di formati di sensori e offrire adattatori di montaggio per abbinarli a diverse fotocamere.

"Questo approccio presenta il vantaggio di una migliore risoluzione poiché il formato immagine del sensore diventa più piccolo rispetto al formato immagine massimo dell'obiettivo", spiega Baechler. "Di conseguenza, un obiettivo progettato per una diagonale dell'immagine di 62 mm (o linea) e pixel da 5 µm potrebbe eguagliare un sensore con pixel da 3 µm e una diagonale da 43,5 mm."

In risposta al crescente rilascio di sensori più grandi, Navitar Inc. ha anche sviluppato ottiche ottimizzate per l'uso con i formati di fotocamera più grandi. Un nuovo prodotto è adatto per applicazioni industriali di fascia alta come l'ispezione di wafer semiconduttori, l'ispezione FPD e MEMS, nonché per applicazioni biomediche e di scienze della vita come esperimenti multi-pozzetto e imaging cellulare.

Jeremy Goldstein, proprietario e amministratore delegato di Navitar, osserva che le nuove ottiche per sfruttare le fotocamere di formato più grande "consentono a Navitar di fornire ai propri clienti campi visivi più ampi in modo che il cliente possa vedere più oggetti contemporaneamente. Ciò aumenta l'elaborazione produttività e velocità di raccolta dei dati, che sono estremamente importanti per tutti i settori, sia industriali che medici."