Как инфракрасная оптическая система реализует технологию атермализации?

Инфракрасные оптические системы часто работают в средах с относительно большим диапазоном температур. Коэффициент теплового расширения оптических материалов и механических материалов, а также изменение показателя преломления оптических материалов с температурой серьезно повлияют на работу оптической системы.

По сравнению с оптическими материалами видимого диапазона, показатель преломления большинства инфракрасных оптических материалов изменяется при относительно большом температурном градиенте dn/dt, поэтому тепловой эффект инфракрасной оптической системы более очевиден.

Чтобы получить удовлетворительное качество изображения, мы можем использовать механические (электромеханические) методы или оптические методы для достижения атермализации системы. Например, использовать ручную или замкнутую сервосистему для регулировки расстояния между оптическими частями для реализации перефокусировки система в новой температурной среде. Или путем выбора подходящих оптических материалов и рационального распределения оптической мощности каждого оптического компонента для достижения оптической атермализации. Ниже приводится конкретный метод инфракрасной оптической системы для достижения технологии атермализации.

Оптический метод (технология оптической атермализации)

Основной отправной точкой технологии оптической атермализации является использование температурных характеристик различных оптических материалов, таких как коэффициент линейного расширения, температурный градиент показателя преломления и т. д.

Соблюдая требования к качеству изображения системы, правильно выбирая материалы и разумно распределяя оптическую силу каждой линзы, чтобы величина расфокусировки всей оптической системы соответствовала тепловому расширению корпуса объектива, а конструкция оптической атермализации принадлежит к пассивная температурная компенсация.

Чтобы получить оптическую систему, которая не только устраняет хроматическую аберрацию, но и устраняет хроматическую аберрацию, необходимо соблюдение следующих трех условий: оптическая мощность, ахроматическая аберрация и тепловыделение. Оптическая система должна обеспечивать как минимум три оптические силы для одновременного устранения тепловых и хроматических аберраций.

Особое внимание обращено на то, что оптическая система обеспечивает не менее трех оптических сил. Это не значит, что в оптической системе должно быть минимум три линзы. Например, в системе можно использовать дифракционную поверхность для увеличения оптической мощности, тем самым уменьшая количество линз.

В процессе атермического проектирования инфракрасной оптической системы следует обратить внимание на следующие вопросы.

(1) При изменении температуры исходное соотношение компенсации аберраций разрушается, и наилучшее положение фокусировки системы может нелинейно меняться с изменением температуры.

(2) Для системы отражения, если материал зеркала такой же, как материал корпуса объектива (или материал имеет тот же коэффициент теплового расширения), при изменении температуры система будет увеличивать или уменьшать масштаб только до В определенной степени температура будет влиять на производительность системы. Небольшая, в принципе, конструкция рассеивания тепла не требуется.

(3) Поскольку в большинстве случаев механический оправа для установки объектива является сложной, способ расширения (или сжатия) оправы объектива с различными конструкциями не обязательно одинаков при изменении температуры. На основе уравнения нагрева проводится конкретный анализ в соответствии с конкретными проблемами различных конструкций корпуса объектива, чтобы обеспечить хороший эффект рассеивания тепла.

Ввиду указанных выше неопределённых факторов оптические системы, спроектированные на основе технологии оптической атермализации, также должны быть оснащены регулировочными звеньями, обеспечивающими практичность и безопасность конструкции.

Механический (электромеханический) метод температурной компенсации

Механическую (электромеханическую) температурную компенсацию можно разделить на активную компенсацию и пассивную компенсацию. Активная компенсация использует ручные, механические или электромеханические методы регулировки механизма компенсации. Пассивная компенсация использует механические, электронные и другие средства для достижения автоматической перефокусировки поверхности изображения.

Механическая (электромеханическая) активная температурная компенсация

Из базовой теории оптики мы знаем, что при изменении осевого положения линзы (или группы линз) в оптической системе соответствующим образом изменится положение фокальной плоскости системы. Активная температурная компенсация использует этот принцип для воспроизведения системы. Способ фокусировки и регулировки может быть ручным или электрическим.

Чтобы улучшить чувствительность регулировки и сохранить стабильность оптической оси, этот метод температурной компенсации обычно требует точного механического передаточного механизма. При этом необходимо исследовать необходимый ход линзы температурной компенсации и выбрать в качестве элемента температурной компенсации наиболее чувствительную линзу, на которую воздействует фокусирующая поверхность.

Основная механическая структура передачи этого метода компенсации в основном такая же, как и механизм фокусировки оптической системы. Метод прост в принципе и легко реализуем, но увеличивает вес оптического прибора и в то же время легко приводит к ошибкам прицеливания.

Механическая (электромеханическая) пассивная температурная компенсация

Принцип механической (электромеханической) пассивной температурной компенсации по сути такой же, как и у активной температурной компенсации, за исключением того, что изменился способ смены группы линз. Он использует определенные материалы или механизмы со специальными функциями для реализации автоматической регулировки.

(1) Механическая пассивная температурная компенсация

Механическая пассивная температурная компенсация использует два материала с разными коэффициентами расширения в качестве внутренней оправы оправы объектива. При изменении температуры окружающей среды расширение или сжатие внутреннего цилиндра приводит к перемещению компенсационной линзы в осевом направлении для достижения стабильности фокальной плоскости. Этот метод компенсации требует разумного выбора материалов с соответствующими коэффициентами расширения, длиной и согласованием с оптической системой.

(2) Электромеханическая пассивная температурная компенсация

Электромеханический метод пассивной температурной компенсации. В этом методе после того, как датчик температуры измеряет температуру окружающей среды, он передает сигнал на контроллер. Контроллер получает необходимую величину перемещения из базы данных в соответствии со значением температуры и приводит двигатель в движение для завершения температурной компенсации. Данные в базе данных должны быть заранее тщательно откалиброваны. Механическая (электромеханическая) пассивная температурная компенсация также принесет дополнительные ошибки прицеливания.

Вышеупомянутое конкретно говорит о методе температурной компенсации инфракрасной оптической системы, но реальная оптическая система не может обеспечить строгую температурную компенсацию, то есть в определенном температурном диапазоне поверхность изображения системы не может соответствовать смене объектива. ствол сложной конструкции, требующий погрешности температурной компенсации.

В широком смысле расфокусировку изображения, вызванную температурой, можно рассматривать как своего рода аберрацию. Согласно закону Рэлея об аберрациях оптической системы, погрешность температурной компенсации следует контролировать при максимальной ее волновой аберрации менее 1/4 длины волны.

Если линза не допускает вмешательства пользователя во время использования (например, она установлена в необслуживаемой среде), инфракрасная линза должна быть атермизирована. В линзах LWIR производства Quanhom используется хорошая технология атермализации, обеспечивающая стабильную работу во время рабочего процесса. Если вы хотите узнать больше об инфракрасных оптических системах, вы можете получить профессиональные решения, связавшись с нами.

Благодаря превосходным технологиям и продуманному обслуживанию компания Quanhom стала одним из ведущих производителей опто-электромеханических компонентов . У нас есть профессиональная производственная группа, занимающаяся производством различных высококачественных инфракрасных оптических линз (включая LWIR, MWIR и SWIR). Мы также обеспечим продуманное комплексное обслуживание и разработаем эффективные решения в соответствии с разнообразными потребностями клиентов. Если вы заинтересованы в наших инфракрасных оптических линзах, пожалуйста, немедленно свяжитесь с нами!