红外光学系统无热化设计方法的研究

无热化设计是利用不同手段消除环境温度变化对光学系统性能的影响。针对红外光学系统,提出一种光学被动式无热化设计方法。从单个透镜出发,列出透镜组的消热差方程组,通过笛卡尔坐标系描绘出常用红外材料的消热差系数和消色差系数,使用图解方法求得红外材料的合理组合,同时得到归一化的组合光焦度分配。最后用实例说明光学被动式无热化设计的求解过程,并通过光学设计软件对结果进行分析,说明该设计结果在-40℃～+60℃温度范围内均满足消热差和像差要求。

大相对孔径长波红外光学系统无热化设计

针对目前许多军工仪器红外成像系统的结构简单、体积小、质量轻的无热化设计要求,采用光学被动式方法对8μm～12μm波段、相对孔径为1的红外光学系统进行了无热化设计。具体光学系统参数:F=1,f=60mm,2ω=11.4°。设计结果:在-40℃～60℃工作范围内,该系统的调制传递函数(MTF)接近衍射极限,空间分辨率在20lp/mm处,中心视场传函接近0.7,边缘视场传函大于0.6。其设计结果满足系统的无热化设计要求。

挠性压圈在被动式热分析中的应用研究

为了实现红外光学系统的被动式无热化,设计了挠性压圈,建立了有限元分析模型,对透镜表面的接触应力和挠性压圈结构参数的灵敏度进行了研究。首先,根据光机结构的无热化要求介绍了挠性压圈,对两种常用的挠性压圈进行了热变形分析;然后,在分析挠性压圈的灵敏度系数的基础之上,对单透镜组件设计了相应的挠性结构,说明了挠性构件在被动式无热化中能够减小透镜表面的接触应力以及增加对镜座材料的选择;最后,将挠性压圈应用在三片式透镜的光学系统当中。通过分析计算,当调制传递函数(MTF)的空间频率为10 lp/mm时,挠性压圈作用下的三片式光学系统的MTF能够达到0.5以上;普通压圈在60℃和-20℃的像面离焦量分别为4.765 mm和-6.312 mm,而相同温度下挠性压圈的像面离焦量分别为1.261 mm和-1.563 mm。基本满足了红外光学系统的被动式无热化要求。