红外光学系统被动式无热化设计方法

申碧云， 高 明

(1.中国航空工业洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471009， 2.西安工业大学光电工程学院，西安 710032)

0 引言

温度因素会严重影响红外光学系统的工作质量。由于温度折射率系数造成光学系统性能下降，为了提高红外光学系统适应环境的能力，系统的光学材料应具有很小的温度折射率系数［1-3］。与可见光成像系统相比，通常要求红外光学系统在较宽温度范围内满足良好的成像质量，为了保证红外系统在给定温度范围内正常工作，必须对红外光学系统进行消热差设计［4-5］。红外成像系统无热化设计主要有机械被动式、机械主动式和光学被动式3种方法，机械式无热化技术在系统中采用轴向移动的透镜组或外加控制系统和调焦机构实现热补偿，但是系统复杂、精度低、系统可靠性低［6-9］。与机械式无热技术相比，光学被动式无热化技术通过匹配光学材料的温度折射率系数、线膨胀系数等，使光学系统在工作环境温度范围内的温度焦移相互补偿或抵消，从而保持良好的成像质量，具有重量轻、体积小、无需供电、性能可靠和可维护性好等优点。

本文利用光学被动式消热差原理，对双波段红外系统进行无热化研究。建立消热差和消色差方程式并对之进行求解，通过具体光学系统设计，验证了该方法能使系统在-40～+60℃温度范围内满足要求，保证了工作过程中光学系统性能基本不变。

1 原理分析

在无热化设计过程中，可将温度变化看成一种像差，与几何像差一同进行校正。……