Справочник
Атермализация ИК-объектива: почему на морозе картинка мылит
Германий меняет показатель преломления с температурой примерно в сто раз сильнее стекла. Объектив приходится строить так, чтобы это компенсировалось само.
Откуда берётся расфокусировка
У германия температурный коэффициент показателя преломления около 400 ppm/K — примерно в сто раз больше, чем у обычного оптического стекла. Нагрев объектива на 40 °C заметно смещает фокальную плоскость.
Одновременно расширяется алюминиевый корпус и отодвигает линзы от матрицы. У германиевого объектива оба эффекта работают в одну сторону: при нагреве фокус уходит к линзе, а матрица — от неё. Для объектива 50 мм нагрев на 40 °C сдвигает фокус примерно на 0,3 мм, а глубина резкости при F1,0 в диапазоне 8–14 мкм — около ±0,02 мм, в пятнадцать раз меньше.
Проявляется это как постепенное замыливание при прогреве прибора или при выносе на мороз — картинка не шумит, а именно теряет резкость, и её пытаются чинить настройками контраста.
Три способа компенсации
Пассивная механическая: корпус собирают из материалов с разными коэффициентами расширения так, чтобы их совокупное удлинение двигало линзовый блок ровно на нужную величину. Самое надёжное решение — движущихся частей нет, питания не требуется.
Пассивная оптическая: комбинируют линзы из материалов с сильно разной температурной зависимостью показателя преломления — например, германий и халькогенидное стекло, у которого она в несколько раз слабее. Силы линз подбирают так, чтобы их температурные сдвиги фокуса гасили друг друга. Габарит не растёт, но растёт число линз и цена.
Активная: датчик температуры и привод, сдвигающий блок по заданной таблице. Компенсирует шире всех, но добавляет механику, потребление и точку отказа.
| Способ | Диапазон | Масса и габарит | Надёжность | Стоимость |
|---|---|---|---|---|
| Пассивный механический | −40…+60 °C | небольшой рост | высокая | средняя |
| Пассивный оптический | −40…+60 °C | больше линз | высокая | выше |
| Активный привод | шире, до −50…+80 °C | привод и датчик | ниже | высокая |
| Без компенсации | узкий | минимальные | высокая | низкая |
Как понять, атермализован ли объектив
В паспорте указывают рабочий температурный диапазон именно объектива, а не модуля, и формулировку вида «athermalized» или «пассивная атермализация». Если диапазон объектива уже, чем у модуля, компенсации нет.
Косвенный признак — наличие фокусировочного кольца с фиксацией и рекомендация «подстроить фокус при смене сезона». Это честное указание на то, что компенсация не встроена.
Проверка на месте: прогреть прибор до установившегося режима и сравнить резкость по штриховой мире с холодным состоянием. Разница видна сразу.
Когда без атермализации можно обойтись
Короткофокусные объективы с большой глубиной резкости: при 9–13 мм сдвиг фокальной плоскости часто укладывается в допуск, и картинка остаётся приемлемой во всём диапазоне.
Приборы, работающие в узком температурном окне — в помещении или в термостатированном отсеке.
Всё остальное — длиннофокусная оптика, круглогодичная наружная эксплуатация, аппараты, поднимающиеся на высоту, где температура падает на десятки градусов за минуты, — требует компенсации, и экономия здесь оборачивается непригодной записью.
Атермализованные ИК-объективы в каталоге
Позиции каталога, к которым относится всё сказанное выше.
Объективы инфракрасные CNGEIR 40–121 мм F1,2, атермализованные, 8–12 мкм
Объективы инфракрасные CNGEIR 19–45 мм F1,1, атермализованные, 8–12 мкм
Разделы каталога по теме
Рядом по теме
- Светосила ИК-объектива: почему f/1.0 — это не роскошьВ тепловизоре относительное отверстие влияет не на экспозицию, а прямо на температурную чувствительность.
- Германий против халькогенидного стекла в ИК-оптикеПочему германиевый объектив дороже, тяжелее и хуже переносит нагрев — и почему его всё равно ставят, когда нужна дальность.
- Как считается дальность обнаружения тепловизораКритерий Джонсона, три порога и формула, которую можно проверить на калькуляторе за минуту.
- Шаг пикселя и фокусное расстояние: как они связаныПочему матрица с шагом 12 мкм обходится объективом в 1,4 раза короче, чем 17 мкм, и что при этом происходит с дальностью.