Tenga en cuenta los detalles de montaje de la lente cuando diseñe cámaras para entornos hostiles

Una nueva investigación muestra que los detalles de la montura de la lente son importantes para la limitación térmica de un sistema de lentes

Las cámaras utilizadas en entornos hostiles deben diseñarse de tal manera que las fluctuaciones de temperatura no afecten su rendimiento óptico. Una nueva investigación muestra que calcular la estructura exacta de la lente utilizada es un paso fundamental para garantizar que los sistemas de lentes se mantengan robustos frente a los cambios de temperatura.

eric m Corporación Synopsis La nueva investigación se presentará en la Conferencia de diseño y fabricación Optica, que se llevará a cabo del 4 al 8 de junio de 2023 en la ciudad de Quebec, Canadá.

«La mayoría de los sistemas ópticos, desde la cámara de su teléfono inteligente hasta los ojos del rover de Marte, se utilizan en un rango de temperaturas diferentes. Para mantener la claridad de la imagen en una temperatura cambiante, los ingenieros ópticos pueden ajustar los detalles de los diseños ópticos y mecánicos. para que los efectos térmicos se equilibren entre sí «, dijo. Investigadores: «Todos los involucrados en la fabricación de estos sistemas ópticos sintonizados térmicamente pasivamente deben apreciar cuán estrechamente entrelazada está la estructura de la montura con la prescripción óptica, que es la motivación detrás de nuestro estudio de diseño».

Tanto el vidrio que se usa para hacer las lentes como los materiales que se usan para hacer las monturas que sujetan las lentes son sensibles a los cambios de temperatura, lo que puede causar que los sistemas ópticos pierdan el enfoque cuando las temperaturas suben o bajan. Sin embargo, es posible reducir las diferencias en el rendimiento óptico en un rango de temperaturas mediante un proceso denominado tratamiento térmico, que logra la estabilidad fototérmica mediante la incorporación de varios materiales con diferentes propiedades térmicas.

En el nuevo trabajo, los investigadores se centraron en el uso de la mitigación térmica pasiva para mitigar los efectos térmicos. Esto implicó diseñar el sistema de lentes y la estructura de montaje para que el cambio térmico del plano focal óptimo coincida con el cambio mecánico de la matriz del plano focal utilizada como detector en la cámara.

Para ilustrar la importancia de tener en cuenta los detalles de la montura de la lente, realizaron un ajuste térmico para la misma lente de la cámara utilizando dos estructuras de montura de lente diferentes. En primer lugar, analizaron el comportamiento térmico de un modelo de asiento en el que las lentes están montadas sobre asientos integrados en la estructura de montaje o carcasa. En este caso, la propia estructura de montaje proporciona la conexión entre los asientos, lo que significa que la dilatación térmica de un elemento no afecta a la posición de ningún otro.

Los investigadores realizaron el ajuste térmico de una lente modelo de banco en un rango de temperatura específico al variar las formas de la superficie, el grosor de los elementos, los espaciadores de la lente y los materiales de la lente. Luego se volvieron a analizar utilizando un enfoque de ajuste basado en espaciadores. En el concepto de carcasa basado en espaciadores, el sistema de lentes es una pila de lentes y espaciadores. Para un aumento de temperatura dado, el vidrio se expandirá menos que la mayoría de los materiales utilizados como espaciadores, lo que significa que la expansión de los espaciadores creará un efecto mayor que la expansión de las propias lentes.

La comparación del rendimiento de diferentes configuraciones de montura de lente mostró que al cambiar el método de montaje, la matriz del plano focal se desincronizó con el plano de imagen óptimo porque los elementos de la lente no responden a los cambios de temperatura de la misma manera. Los investigadores señalan que esta degradación del rendimiento no es inherente a la estructura de montaje basada en espaciadores. Si la nivelación de calor original se hizo asumiendo espaciadores, cambiar a asientos también degradaría el rendimiento.

En general, el estudio muestra la importancia de tener en cuenta la estructura de composición específica utilizada al realizar el ajuste de calor pasivo y que es probable que la alteración de las propiedades de composición después del tratamiento térmico conduzca a una estabilidad térmica deficiente.