鉴于当前军用红外成像仪器的小型化和高温适应性，使用光学被动加热工艺来设计8-12μm波段的透镜。头的数量F为1，焦距为40 mm，视场为16.8°，温度适应范围为-40至65°C。果为设计表明系统不需要在所需的温度范围内调整焦点，并且图像质量接近衍射极限以实现未加热的性能。键词：红外光学系统;没有加热;开放关于图分类号：TN202文献代码：的DOI：10.3969 / j.issn.1005-5630.2015.00.008Abstract：满足目前的军事红外成像仪的需要，我们设计了一个带镜头采用非制冷光学被动方法，波长为8~12μm。体参数Fis 1，焦距为40 mm，视场为16.8°。计结果在-40-65°C的背景下获得，尽可能接近衍射极限。统无需聚焦。热化性能良好关键词：红外光学系统，无热，大相对开放引言随着红外成像技术的发展，红外成像系统在复杂环境中的适应性提出了越来越高的要求。
　　于特殊环境应用的红外成像系统要求在很宽的温度变化范围内保持成像稳定性，这要求系统在没有加热技术的情况下进行设计[1]。度变化对红外光学系统的影响主要体现在三个方面：第一，温度变化导致红外材料的折射率发生变化，从而导致光学系统光路的改变，这降低了光学系统图像的质量;温度的变化导致红外材料中光学元件的厚度，折射表面的间隙和表面形状的变化，这也降低了光学系统图像的质量。度变化导致金属结构元件材料从光学系统中移除。
　　致光学元件之间间距发生变化[2]。设计红外成像系统的过程中，该设计方法被称为非无热化技术，使用一定的设计方法来补偿温度变化对系统成像质量的影响。前，非热化技术主要包括无源绝热机械技术，机电有源无热化技术，光无源无源化技术，无源和机电光学组合技术，其中光学被动加热技术目前的军用红外系统广泛用于小型化，轻量化和大温差[3]。于目前军用红外成像仪器的小型化，本文采用非制冷640×480像素探测器设计了一种在-40至65°C温度范围内的光学无源绝热方法。
　　条8到12微米的带子。镜的F值为1，焦距为40 mm，视场为16.8°。学被动热温的原理光学被动热温学的基本原理是使用具有不同热效应的不同材料。光学系统中，具有不同热特性的光学材料可以以合理的方式组合，以获得作为温度和图像平面位置的函数的焦距。且图像质量的影响被最小化以实现热补偿的目标[4]。如，折射率温度系数变化大的材料的焦距被设定为小的正值，并且具有低温度系数的材料的焦距被设定为小的正值。射设置为高负值，同时确保所需的组合功率。学材料的组合通过正确分配电源来减少系统的热聚焦，从而使运动范围处于焦深或完全补偿[5]。种无热化原理类似于校正色差的原理。一的区别是热补偿是由温度变化引起的，这种变化会引起材料折射率的变化，从而使系统产生像差，并且色差与成像位置不同不同波长。由此产生的像差。稳定光学系统必须在没有被动被动加热的情况下响应方程式而不移动任何元件或电子元件，这是一种很好的热补偿方法。技术不允许在任何温度下散焦，可用于温度变化较大的环境中，并可保证系统的可靠性。虑到透镜材料的热常数和系统上透镜管的热膨胀系数，由这些产生的图像表面运动是一致的，这不仅可以获得绝热差异的影响，也简化了系统的结构。于不同材料具有不同的热膨胀系数和温度系数，因此需要选择材料组合。学系统由四种材料组成：铋，硒化锌，硫化锌和AMTIR-1玻璃（砷化砷玻璃）。片的材质是铝。

　　
　　的热性能参数为213.6×10-6°C-1。同材料的性质如下：锗是最常用的红外材料，其化学性质稳定。单晶的直径可以达到250毫米，锗的光学特性是，当用于长波长时，锗的色散很弱，并且它用作透镜中的正透镜双水泥。

　　长波段使用时，折射率大于4.0;因此，它可以设计成具有大的曲率半径，以便于校正像差。度对坩埚的折射率有很大影响，因此在温度变化很大的环境中使用锗作为透镜材料需要温度补偿系统。的物理性质非常脆弱，在处理，涂层和包装过程中必须小心处理。化锌的折射率高于硫化锌，广泛用于高功率二氧化碳激光器中，涂有高强度抗反射涂层，以提高硬度和透光率。光照条件下硫化锌变黄并且通常通过气相沉积处理，其通常在红外范围内使用。由铋，砷和不同比例的硒融合获得的材料有具有良好的透射率和四分之一的温度系数，一般用于一种被称为AMTIR-1材料的热散焦。用的红外材料的光学性质示于表1中。应于表中所示波长的折射率为10μm。热化设计过程包括以下步骤：将空气折射率指数数据值转换为绝对值，即将它们乘以空气折射率的折射率。有温度的空气;使用制造商提供的dndt值，计算极端温度条件下的玻璃绝对折射率;使用光学材料和已知机械材料的热膨胀系数计算极端温度条件下的气隙和部件厚度;评估系统以适应极端温度条件下的最佳图像质量性能：将所选部件的间距调整到极端温度，即恢复图像在正确的位置，有必要设计所需的机械结构，并评估在极端温度条件下补偿系统的性能。述步骤有助于了解不同条件下系统的最佳性能[6]。学系统设计光学系统设计索引该系统使用640×480像素矩阵检测器，像素尺寸为25μm×25μm，根据整个机器的需要，冷库工程使用内切圆作为图像区域的480×480像素，剩余的像素用于电子不均匀性校正。过计算，光学系统的设计参数如表2所示。计结果对于红外光学材料的处理，自由曲面和衍射表面以外的加工技术已经成熟。果，系统的第一，第三和第五侧使用高阶非球面，这使透镜数量减少到5.总系统长度为58.4毫米，后工作距离为11.7毫米。系统质量为87克，结构紧凑，重量轻。学系统的设计结果如图2所示。1.图像质量评估系统的MTF曲线如图2至图4所示.MTF曲线从上到下，12°C，低温-40°C和高温从图中可以看出，系统在每个温度下的光学传递函数在20lp / mm时为0.688，0.624，0.581，接近衍射极限。据长波军用红外系统应用的经验，系统处理后光学传递函数的值可以在0.3％以上使用，因此系统设计的结果符合达到使用要求。
　　系统的点图如图5至图7所示。上到下，点图等于12°C，低温-40°C和高温65°C。7显示，在每个温度下所有视场的80％的能量集中在半径为14.3μm的圆中。据所选择的检测器的像素大小25微米×25微米，外接圆的半径为17.7微米，80％的能量的浓度范围是小于像素尺寸的内切圆略大和到外接圆小于像素的大小。以看出，光学系统在-40和65℃之间的温度下满足成像系统的图像质量要求，并且实现了没有热量的设计。于工程要求，有必要对系统进行公差分析，因为它不能加热到-40°C到65°C的任何温度，因此可以进行12°设计结果的公差分析。差分析鉴于当前的国家处理能力，公差定义如下：球面上的开口数设置为3，部分开口设置为0.5，倾斜角设置为50并且表面的偏心率超过0.01毫米。号精度为PV <0.3λ，厚度公差设定为0.02 mm，零件的倾斜误差设定为1'，偏心率设定为0.01 mm。据当前的国家设置水平，可以成功调整选择。

　　差分析后的MTF曲线如图8所示。
　　分析结果时，每个视野的FTM值经过分析后得出。差至少为0.492，仍然高于长波红外军事系统。验值大于0.3，使系统的设计结果满足实际要求，可应用于军事项目。论设计结果基于光学被动无热化理论，允许设计非制冷和非制冷的红外高光圈光学系统。系统满足-40至65℃工作温度范围内的绝热差异要求。外，该光学系统结构紧凑，体积小，符合中国小型军用红外仪器。模和减轻重量的要求。
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