光学ブルーガラスがカバーする選択肢は、多くの図面が想定するよりも広範囲に及び、その違いが性能と価格の双方を決める。本稿では、ドローンおよびUAV撮像ペイロードで利用可能な実用的な選択肢—基板、コーティング工程、厚み、公差—を比較し、各トレードオフが奏功する場合とそうでない場合を示す。
ドローンおよびUAV撮像ペイロードにおける光学ブルーガラス
ドローンおよびUAV撮像ペイロードにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。空中撮像ペイロードは、あらゆる設計決定で重量と耐久性をトレードオフする。ジンバル搭載カメラ窓は、飛行時間に影響を与えない十分な軽量さ、長いレンズを歪めない十分な平坦さ、および着陸とホコリに耐える十分な頑丈さをもたなければならない。マルチスペクトル農業ペイロードは、1つの小さなアセンブリ内のいくつかの狭帯域という複雑さを追加する。
コストと納期を左右する要因
ブルーガラスは安価な材料であるが、高価な取扱いである。ガラス自体は部品価格の小さな割合である；コストを駆動するのは、微細公差での厚み管理、ダイシング工程、および薄く脆い部品の歩留まりである。ARコーティングまたは二色性層を追加すると、部品は汎用品からコーティング光学部品へと変化し価格が倍増する。これが、コーティングが光学的に好ましい後でも、無コーティングの吸収フィルタが設計に残り続ける理由である。0.3 mm未満の非常に薄い部品がすべての中で最も高価である。なぜなら取扱い損失と検査時間が、材料が安くなるよりも速く増加するからである。ドローンおよびUAV撮像ペイロードにおいて、最も安価な仕様は通常、平面度を緩和したわずかに厚い部品であり、要件が凍結される前にテストする価値がある。
基板と材料の選定
ブルーガラスは単一製品ではなくファミリである。銅イオン添加およびリン酸塩系グレードは異なる透過率、異なる立ち上がり位置、および異なる色かぶりを与え、各サプライヤーの呼称はわずかに異なる挙動を示すため、グレードは名称ではなく透過曲線によって指定されなければならない。厚みは機械的変数であると同時に設計変数でもある。なぜなら吸収は光路長に比例するからである：0.3 mmのプレートは同じグレードの0.55 mmのプレートよりも近赤外を少なく遮断するため、モジュールに収めるために部品を薄くすると光学性能が変化する。ドローンおよびUAV撮像ペイロードにおいて、妥当な仕様は動作厚みでの透過要件と、その厚みの許容公差の追加である。なぜなら両者は相互作用し、設計が凍結された後は独立して修正できないからである。
代替手段との比較
代替は、二色性コーティングフィルタ、吸収染料フィルム、およびソフトウェア補正である。二色性フィルタはより薄く、より正確にチューニングできるが、そのエッジは角度とともにシフトし、広角システムで重要となる。染料フィルムはより安価でさらに薄いが、UVと熱の下で劣化する。ソフトウェア補正は明白な赤外にじみを除去するが、広い視野にわたる色精度を回復できない。ブルーガラスはこれらの選択肢の間に位置する：角度安定、頑丈、わずかに厚く、フィルムよりも高価。ドローンおよびUAV撮像ペイロードにおいて、決定要因は通常、機械的奥行きである—モジュールが3分の1 mmのガラスを収容できるなら、ブルーガラスまたはハイブリッド部品が通常、最も予測可能な解決策である。
コーティングと成膜の検討事項
ブルーガラスは、無コーティング、片面または両面の反射防止層付き、または吸収挙動の上により鋭いエッジを追加する二色性コーティング付きで供給できる。無コーティングガラスが最も安価でしばしば十分であるが、その4%の表面反射は透過率を犠牲にし、フィルタがセンサの直上にあるモジュールでフレアを生じる。両面の広帯域ARコーティングはその光の大部分を回復する。二色性層を追加すると遷移が急になり、必要な厚みが減る。これがモジュールが時間とともに薄くなった方法である。ドローンおよびUAV撮像ペイロードにおいて、無コーティング、ARコーティング、ハイブリッド部品の選択は、通常、フレアに対する許容度と機械的エンベロープで利用可能な厚みによって決まる。
ドローンおよびUAV撮像ペイロードに特有の要件
ドローンおよびUAV撮像ペイロードにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。空中撮像ペイロードは、あらゆる設計決定で重量と耐久性をトレードオフする。ジンバル搭載カメラ窓は、飛行時間に影響を与えない十分な軽量さ、長いレンズを歪めない十分な平坦さ、および着陸とホコリに耐える十分な頑丈さをもたなければならない。マルチスペクトル農業ペイロードは、1つの小さなアセンブリ内のいくつかの狭帯域という複雑さを追加する。
- 薄い基板をもつ軽量
- 長焦点距離用の平面度および低くさび
- 必要な場所でのマルチスペクトル帯域精度
- ホコリ、塩、および湿度耐性
商用運用の耐空性文書、ISO 10110図面、およびRoHSおよびREACH宣言。
選定データ一覧
| パラメータ | 標準値 | 備考 |
|---|---|---|
| タイプ | 吸収型NIRフィルタ、無コーティングまたは二色性コーティング | ハイブリッドはエッジを鋭く保つ |
| 厚み | 0.21 - 0.55 mmが一般的、最大3 mm | カメラモジュール用の薄型グレード |
| 可視透過率 | T ≥ 90 %平均 | 420 - 620 nm |
| NIR遮断 | 1100 nmまでOD2 - OD4 | 深さは厚みとグレードで決定 |
| 角度による立ち上がりシフト | 無視できる | ブルーガラスが使用される主な理由 |
| 厚み公差 | ±0.02 mm | 接合スタックに重要 |
| 平面度 | 通常λ/4、要望でλ/10 | 633 nmで測定 |
| エッジ欠け | ≤ 0.05 mm、レーザー切断エッジ可 | レーザー切断は微小クラックを回避 |
| 環境 | 湿度および温度サイクルで安定 | 吸収色は剥離しない |
よくある質問
どの厚みを指定すべきですか？
センサが必要とする遮断深さに達するだけの厚みである。吸収は光路長に比例するため、より薄い部品は近赤外をより少なく遮断する—薄い部品はしばしばより強いグレードまたは片面に追加された二色性層を必要とする。
ブルーガラスにはARコーティングが必要ですか？
それは1つから恩恵を受ける。無コーティングガラスは面あたり約4%を反射し、これは透過率を犠牲にし、センサの直上に直接フレアを生じる。両面の広帯域ARはカメラモジュールで一般的である。
ガラスを複雑な外形に切断できますか？
はい。複雑な外形と小さな有効口径は通常、レーザー切断によって生成され、これは機械的ダイシングよりも清浄なエッジを残し、薄い部品での微小クラックの伝播を減らす。