非制冷中波红外光学系统精简无热化设计

陈炳旭，牟达，林鹤，杨旭，高佳旭

（1.长春理工大学 光电工程学院，长春 130022；2.长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，长春 130022）

随着红外技术的发展，越来越多的红外热成像系统应用到军事、航天、航空、检测、监控等各个领域。对比制冷型热成像系统来说，非制冷型系统的使用寿命、体积、价格和功耗有很大优势，使用范围也更加广泛。但是红外材料的折射率、透镜的曲率半径与中心厚度、透镜之间空气间隔等系统的一些参数会在不同的温度下发生相应改变，导致系统的最佳像面发生偏离，成像质量和对比度下降。采用无热化原理设计光学系统可以消除温度变化的影响，可以使系统工作性能和成像质量在一个较大的温度范围内保持良好的状态[1]。

基于非制冷红外探测器，苏州大学的刘琳等设计了用于对地观测的大相对孔径中波红外光学系统。为了适应空间环境温度变化，其系统采用了结构简单、可靠性好的被动消热差光学系统以及折衍混合光学元件，以达到减轻系统体积和重量的目的。但折衍混合光学元件受其加工和检测技术的限制，并没有得到广泛应用。

本文所设计的非制冷型中波红外光学系统仅采用两种常见的红外材料硅和锗，通过正负透镜合理搭配，且全部为球面面型的光学元件，四片式的结构形式，有效降低了能量损耗和加工成本，且在-40℃～60℃温度范围内像质优良[2]。

1 光学系统无热化的工作原理及方法

机电主动补偿法、机械被动补偿法和光学被动补偿法是目前常用的三种无热化设计方法。……