折反式紅外鏡頭的無(wú)熱化研究

鄧 鍵，李銳鋼，鄧顯池，吳 斌

（1.西南技術(shù)物理研究所，四川 成都61004；2.長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 中國(guó)科學(xué)院光學(xué)系統(tǒng)先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春130031；3.空軍駐川西地區(qū)總代室，四川 成都610041）

引言

體積受限時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)大都采用卡式反射或折反結(jié)構(gòu)以獲得較長(zhǎng)焦距和較短的光學(xué)總長(zhǎng)。對(duì)于純反射系統(tǒng)，反射鏡一般采用與鏡筒相同的材料，當(dāng)鏡頭處于較大的溫度范圍且材料發(fā)生線膨脹時(shí)，焦面位置能夠保持不變，成像質(zhì)量也基本不變。但為擴(kuò)大視場(chǎng)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(jié)構(gòu)，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(shù)，以及鏡筒的熱脹冷縮，將產(chǎn)生較大的熱差［1-3］，需要綜合考慮溫度對(duì)全系統(tǒng)像質(zhì)影響的規(guī)律，采取相應(yīng)措施予以消除。本文從光學(xué)初級(jí)像差理論角度分析了一個(gè)采用少量非球面的二次成像中波紅外折反系統(tǒng)光學(xué)被動(dòng)消熱差的原理和途徑，并建立了一個(gè)通用模型，對(duì)于采用此類設(shè)計(jì)的紅外光學(xué)系統(tǒng)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(duì)比一般光學(xué)系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)時(shí)需要匹配鏡筒材料的線膨脹系數(shù)αL和光學(xué)材料的線膨脹系數(shù)以及溫度系數(shù)dn／dT引起的焦距變化。對(duì)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(duì)溫度的求導(dǎo)，而公式（b）為光焦度在某一譜段內(nèi)與色散即阿貝系數(shù)的平衡關(guān)系。……