Les caméras utilisées dans des environnements difficiles doivent être conçues de manière à empêcher les variations de température d’influencer leurs performances optiques. De nouvelles recherches démontrent que la prise en compte de la structure de montage exacte de la lentille utilisée est une étape critique pour garantir que les systèmes de lentilles restent robustes aux changements de température.
Eric M. Schiesser de Synopsys, Inc. présentera la nouvelle recherche au Conférence sur la conception et la fabrication d’optiquesqui aura lieu du 4 au 8 juin 2023 à Québec, Canada.
« La plupart des systèmes optiques, de l’appareil photo de votre smartphone aux yeux du rover martien, sont utilisés sur une plage de températures. Pour que l’image reste nette malgré les changements de température, les ingénieurs optiques peuvent affiner les détails des optiques et mécaniques. conceptions afin que les effets thermiques s’équilibrent. Toutes les personnes impliquées dans la fabrication de ces systèmes optiques passivement athermiques devraient apprécier à quel point la structure de montage est liée à la prescription optique, ce qui est l’objectif de notre étude de conception », a déclaré l’équipe de recherche.
Le verre utilisé pour fabriquer les lentilles et les matériaux utilisés pour fabriquer les montures qui maintiennent les lentilles sont sensibles aux changements de température, ce qui peut faire perdre la mise au point des systèmes optiques lorsque les températures augmentent ou diminuent. Cependant, il est possible de réduire les variations de performances optiques sur une plage de températures en utilisant un processus appelé athermalisation, qui permet d’obtenir une stabilité optothermique en incorporant plusieurs matériaux aux propriétés thermiques différentes.
Dans le nouveau travail, les chercheurs se sont concentrés sur l’utilisation de l’athermalisation passive pour atténuer les effets thermiques. Cela impliquait de concevoir le système d’objectif et la structure de montage de sorte que le décalage thermique du plan focal optimal corresponde au décalage mécanique du réseau de plan focal utilisé comme détecteur dans la caméra.
Pour illustrer l’importance de tenir compte des détails de montage de l’objectif, ils ont effectué une athermalisation pour le même objectif de caméra en utilisant deux structures de monture d’objectif différentes. Ils ont d’abord analysé le comportement thermique d’un modèle de siège dans lequel les lentilles sont maintenues contre des sièges intégrés à la structure de montage ou au boîtier. Dans ce cas, la structure de montage elle-même assure la liaison entre les sièges, ce qui signifie que la dilatation thermique d’un élément n’affecte la position d’aucun autre élément.
Les chercheurs ont athermalisé la lentille du modèle de siège sur une plage de température donnée en modifiant les formes de surface, les épaisseurs d’éléments, les séparations de lentilles et les matériaux des lentilles. Ensuite, ils l’ont réanalysé en utilisant une approche de montage basée sur des entretoises. Dans un concept de boîtier basé sur des entretoises, le système de lentilles est un empilement de lentilles et d’entretoises. Pour une augmentation de température donnée, le verre se dilatera moins que la plupart des matériaux utilisés comme entretoises, ce qui signifie que l’expansion des entretoises créera un effet plus important que l’expansion des lentilles elles-mêmes.
Une comparaison des performances pour les différentes configurations de monture d’objectif a montré que lorsque la méthode de montage était modifiée, la matrice de plan focal se désynchronisait avec le plan d’image optimal car les éléments de l’objectif ne réagissent pas aux changements de température de la même manière. Les chercheurs notent que cette dégradation des performances n’est pas inhérente à une structure de montage à base d’entretoise. Si l’athermalisation d’origine était effectuée en supposant des entretoises, le passage aux sièges dégraderait également les performances.
Dans l’ensemble, l’étude montre l’importance de tenir compte de la structure de montage spécifique utilisée lors de l’athermalisation passive et que la modification des caractéristiques de montage après l’athermalisation conduira probablement à une mauvaise stabilité thermique.