镜头系统热化的镜头安装细节

温度变化不得对在挑战性条件下运行的相机的光学性能产生影响。根据最近的一项研究，确定要利用的精确的镜头安装结构是确保镜头系统能够抵抗温度波动的重要步骤。

10片镜片的布局与基于座架的安装结构的横截面（橙色，顶部）。座椅在前6个元件的右表面，在最后4个元件的左表面。还显示了隔板模型原理图的横截面（紫色，底部）。图片来源：OPTICA

这项新研究将在2023年6月4-8日在加拿大魁北克市举行的Optica设计和制造会议上由Synopsys公司的Eric M. Schiesser发表。

研究人员表示："大多数光学系统--从你的智能手机中的摄像头到火星探测器的眼睛--都在一定的温度范围内使用。为了在不断变化的温度下保持图像的清晰度，光学工程师可以对光学和机械设计的细节进行微调，使热效应相互平衡"。

他们进一步补充说："参与制造这些被动热化光学系统的每个人都应该明白安装结构与光学处方是如何交织在一起的，这就是我们设计研究的主旨。"

当温度上升或下降时，光学系统可能会失去焦点，因为用于生产镜片的玻璃和用于制造固定镜片的支架的材料对温度波动很敏感。

然而，一种被称为非热化的技术，通过结合几种具有不同热特性的材料来产生光热稳定性，可以用来减少宽温度范围内光学性能的波动。

研究人员最近的工作集中在被动热化，作为减少热效应的一种手段。这需要构建镜头系统和安装结构，使作为相机检测器使用的焦平面阵列的机械和热移位相匹配。

他们使用两种可供选择的镜头安装结构对同一相机镜头进行了热化，以证明考虑镜头安装特征是多么的关键。最初研究了一个座架模型的热行为，其中镜头由内置于安装框架或外壳的座架支撑。

由于在这种情况下，安装结构本身作为座位之间的联系，任何一个元素的位置都不会受到任何其他部分的热膨胀的影响。

通过改变表面形状、元件厚度、透镜分离和透镜材料，研究人员在整个指定的温度范围内对座椅模型透镜进行了热处理。然后他们使用基于垫片的安装技术对其进行重新分析。

在基于间隔器的外壳概念中，一叠镜片和间隔器构成了镜片系统。在一定的温度上升下，玻璃不会像大多数间隔件材料那样膨胀；因此，间隔件膨胀的影响将高于透镜膨胀的影响。

根据对各种镜头安装配置的性能比较，当安装技术被改变时，焦平面阵列偏离了理想的图像平面，因为镜头元件对温度变化的反应不尽相同。

研究人员指出，基于隔板的安装安排不一定是这种性能下降的原因。如果最初的非热化是在假设垫片的情况下进行的，那么改用座架可能会使性能恶化。

总的来说，这项研究表明了在进行被动热化时考虑到所利用的特定安装结构的意义，以及在热化后修改安装参数会导致热稳定性差的可能性。