折反式紅外鏡頭的無熱化研究

鄧 鍵，李銳鋼，鄧顯池，吳 斌

（1.西南技術物理研究所，四川 成都61004；2.長春光學精密機械與物理研究所 中國科學院光學系統先進制造技術重點實驗室，吉林 長春130031；3.空軍駐川西地區總代室，四川 成都610041）

引言

體積受限時，光學系統大都采用卡式反射或折反結構以獲得較長焦距和較短的光學總長。對于純反射系統，反射鏡一般采用與鏡筒相同的材料，當鏡頭處于較大的溫度范圍且材料發生線膨脹時，焦面位置能夠保持不變，成像質量也基本不變。但為擴大視場并匹配冷光闌，制冷型紅外鏡頭一般采用卡式折反的二次成像結構，在一次像面后增加透鏡組作為中繼鏡組。由于中繼鏡組焦距較短，且紅外材料具有較大的溫度系數，以及鏡筒的熱脹冷縮，將產生較大的熱差［1-3］，需要綜合考慮溫度對全系統像質影響的規律，采取相應措施予以消除。本文從光學初級像差理論角度分析了一個采用少量非球面的二次成像中波紅外折反系統光學被動消熱差的原理和途徑，并建立了一個通用模型，對于采用此類設計的紅外光學系統具有借鑒作用。

1 透鏡的消熱差條件

理想透鏡消熱差成完善像的條件［4］：

對比一般光學系統，該公式增加了熱差引起的熱離焦的消除公式（c），在求解初始結構時需要匹配鏡筒材料的線膨脹系數αL和光學材料的線膨脹系數以及溫度系數dn／dT引起的焦距變化。對比（1）式中的（b）即色差的消除條件即可知，公式（c）為光焦度對溫度的求導，而公式（b）為光焦度在某一譜段內與色散即阿貝系數的平衡關系。……