熱失焦的被動補償

無需重新聚焦

減少沖擊和振動的有害影響

高達1.1英寸的傳感器覆蓋范圍

減輕熱膨脹對成像性能的有害影響

物質隨著溫度的升高而膨脹，隨著溫度的降低而收縮。材料的尺寸變化程度與它的熱膨脹系數（CTE）以及材料是各向同性還是各向異性有關。透明材料的折射率也隨溫度變化而變化。這些熱現象給制造商和成像系統集成商帶來了挑戰，他們需要溫度動態的、堅固的機器視覺系統以適應環境溫度急劇變化的應用。由于材料的膨脹和收縮速度不同，一個既有金屬又有玻璃的系統會帶來更多挑戰。金屬和塑料等材料的熱膨脹系數（CTE）值是光學系統內封裝的光學玻璃材料的熱膨脹系數（CTE）值的10到100倍。

如果元件尺寸較小或操作溫度變化幅度較小，CTE的差異可能沒有多大關系。然而，如果系統中的光學元件直徑達到25mm或更大時，且被固定在總間隙為10-15微米的緊密配合的鏡筒中，那么在低溫下會使光學元件明顯收縮。鏡筒的直徑縮小可能會對內部鏡片元件施加足夠的應力，導致其斷裂或產生邊緣碎片。相反，溫度的上升會導致孔隙增大，進而加劇單個透鏡或耦合透鏡元件發生滾動和偏心的可能（圖2）。

折射率

材料的折射率是指光在材料介質中傳播時的速度與真空中的光速之比。折射率的溫度系數與這個比率隨溫度變化的程度有關。

綜合熱效應

在透鏡系統的工作溫度范圍內，熱失焦與折射率的變化和材料尺寸的變化都直接相關。作為一個例子，加熱的鏡筒會膨脹并分離元件的頂點到頂點的間距，允許一些偏心或滾動，如所述。這將導致玻璃材料的折射率發生變化，所有這些都會隨著使用情況下的溫度變化而影響到鏡頭系統的結果聚焦位置（圖3）。

無熱化的類型

使焦距隨溫度變化最小化的無熱化可以通過主動或被動來實現。這些術語指的是終端用戶和在環境中使用該組件所需的工作量。

主動無熱化可能涉及使用額外的支持硬件，這些硬件可以 "主動 "補償或糾正鏡頭系統的焦點，或提供加熱或冷卻能力以保持鏡頭系統的設計焦距。這兩個例子都需要對有源系統進行某種反饋控制，以使光學器件分別穩定在所需的系統聚焦位置或溫度設定點。

雖然主動無熱化利用了較少的外來光學材料，并且在工作溫度范圍更大的應用環境中使用更加穩固，但這種類型的無熱化在實施時可能更龐大、成本更高。

被動無熱化是通過利用材料的熱膨脹系數（CTE）差異來實現的，并將其構建到光學系統的設計中，以補償折射率和尺寸變化。通過組合不同的材料，焦距可以隨著溫度的變化而固定，無需額外的用戶干預或機電支持層。由于技術部件較少，被動無熱化生產的產品通常更適合于空間有限的應用。可惜的是，并不是所有的光學設計都能被動地無熱化；有時所需的補償根本無法在設計體積內被動地實現。

成像鏡頭及其性能

無熱化成像鏡頭可以采用上述兩種類型中的任何一種來制造。然而，由Edmund Optics®和Ruda Cardinal聯合設計并由 Edmund Optics 制造的 TECHSPEC®無熱化成像鏡頭，除了在工業上經過加固以防止沖擊和振動對透鏡的損害外，還進行了被動無熱化處理（圖4）。

下圖5顯示了一個示例，該鏡頭設計為在 60?C 的工作溫度范圍內保持穩定的MTF，使其適用于廣泛的應用。