لماذا يعد التصميم الحراري ضروريًا للنظام البصري بالأشعة تحت الحمراء؟

سوف يؤدي تغير درجات الحرارة إلى تغييرات في جميع معلمات نظام الأشعة تحت الحمراء، مما سيؤثر على موضع مستوى الصورة وجودة الصورة. ولذلك، مطلوب التصميم الحراري. بشكل عام، تؤثر درجة الحرارة على نظام الأشعة تحت الحمراء بالطرق الثلاث التالية:

1. سوف تتغير مؤشرات الانكسار للمكونات الضوئية بالأشعة تحت الحمراء عندما تتغير درجة الحرارة.

في ظل الظروف العادية، ستتغير مؤشرات الانكسار للمكونات البصرية بالأشعة تحت الحمراء عندما تتغير درجة الحرارة، مما سيغير الطول البؤري للعدسة أو النظام البصري. معاملات درجة الحرارة للمواد الضوئية بالأشعة تحت الحمراء أكبر بكثير من معاملات الزجاج البصري العادي. على سبيل المثال، قيمة معامل درجة الحرارة لزجاج K9 هي 2.8x10-6C-1 فقط، في حين أن قيمة الجرمانيوم البلوري الأحادي dn/dt (مادة شائعة الاستخدام لصنع عدسات الأشعة تحت الحمراء) تبلغ 396x10-6C-1، أي أكبر بحوالي 141 مرة. من السابق. ولذلك، فإن تأثير درجة الحرارة على معامل الانكسار واضح تماما في نظام الأشعة تحت الحمراء.

2. سوف يتغير نصف قطر الانحناء والسمك المركزي للمكونات البصرية بالأشعة تحت الحمراء عندما تتغير درجة الحرارة.

ويحدث هذا التغيير بسبب حقيقة أن مادة المكونات تتمدد عند التسخين وتتقلص عند التبريد، وهو ما يرتبط بمعامل التمدد الحراري الخطي للمادة البصرية (a0). عندما تتغير درجة الحرارة، يتحول نصف قطر انحناءها وسمك مركزها إلى:

D' =D+dD=D+D* a0*dT

R' =R+dR=R+R* a0*dT

ملاحظة: R وR' هما على التوالي نصف قطر الانحناء قبل تغير درجة الحرارة وبعده؛ D وD' هما سمك المركز على التوالي قبل تغير درجة الحرارة وبعده. يشير dT إلى اختلاف درجات الحرارة.

3. التأثير الحراري لمادة أنبوب العدسة

عندما تتغير درجة الحرارة، ستتغير أبعاد مادة التجميع، مما سيؤدي إلى تغيير في فجوة الهواء بين المكونات البصرية. في النهاية، سوف يؤثر ذلك على جودة الصورة. ويرتبط هذا التغيير بمعامل التمدد الخطي لمادة التجميع.

من بين العوامل الرئيسية الثلاثة المذكورة أعلاه، فإن تغيير معامل الانكسار للمادة البصرية له التأثير الأكبر على موضع مستوى الصورة وجودة الصورة؛ تأثير نصف قطر الانحناء هو ثاني أكبر تأثير، في حين أن التغيرات في سمك المكونات البصرية والمسافة بينهما لها التأثير الأقل.