基于長波紅外探測器的消熱差輕量化光學系統設計

王小波，王 曦，劉廣康，夏樹策，付明亮，郝新建，曹乾坤

（河南平原光電有限公司，河南 焦作 454001）

引言

隨著科學技術的進步與發展，國產非制冷長波紅外探測器整體性能逐步提高，其系統趨向于小型化、高分辨率、高溫差靈敏度，同時在生產成本上低于制冷級紅外探測器，因此非制冷探測器在飛行器吊艙、單兵夜視裝備、安防監控等方向具有廣泛的應用。

目前，國內12 μm的高清非制冷長波紅外探測器已經進入量產階段，在未來幾年將會大批量裝配于軍民應用市場。相對于國內成熟主流的17 μm非制冷長波紅外探測器，采用12 μm探測器并使用與之匹配的鏡頭將會有更小的體積與功耗，可以進一步提升微小型無人機光電吊艙或者單兵夜視裝備的性能指標。

紅外鏡頭由于采用熱膨脹系數（TCE）比較高的鍺、ZnS、ZnSe、硫系玻璃等材料，當溫度等環境因素發生變化時，光學系統面型、間隔、厚度會因熱脹冷縮而改變，光學材料的折射率也會隨溫度和壓強而改變，機械緊固的隔圈與壓圈的熱脹冷縮會使光學零件之間的間隔改變，最終造成成像偏離最佳狀態，這種由溫度變化而產生的成像誤差稱作熱差[1]。因此，為了保證紅外鏡頭能夠在不同時域、地域等環境下工作，需要對紅外光學系統進行消熱差設計。

紅外系統消熱差設計一般有3種方法：機械主動式、機械被動式、光學被動式。機械主動式是利用測溫系統反饋機械調焦，根據溫度變化計算產生的像面位移量，利用電機驅動透鏡在光軸方向移動，實現溫度補償；……