第
34
卷第
3
期
2013
年
5
月
应用光学
JournaI
of
Applied Optics
文章编号
:1002-2082(2013)03-0391-06
中波红外制冷型光学系统消热差设计
刘秀军，张全旺，张华卫，刘
波
(四川长虹电子科技有限公司，四川绵阳
621000)
Vo
l.
34
No.
3
May
2013
摘
妥:对比了典型消热差方法的优劣，探讨光学被动式消热差的基本理论。在此基础上，根据
系统要求的温度范围
-60.C
~90.C
，在常温初始结构的基础上，利用
Zemax
软件的多重结构和自
动热分析功能增加其他温度结构，运用光学被动式消热差方法进行热平衡和像差平衡，最终设
计出一套中波制冷型消热差光学系统。光学设计时以探测器冷
l
凋作为系统孔径光阑，实现了
100%
冷阑匹配。结构材料使用铭，光学材料为硅、绪和剧化绎，将它们组合消热差。系统在-
60.C~90.C
温度范围内，最大离焦量小于
1
倍焦
i
泵，空间分辨率
17
lp/mm
处，光学调制传递函
数
(MTF)
值均大于
0.74
，接近衍射极限，点歹
IJ
图弥散斑均未超出羊像元，尺寸范围。
关键询:中波红外;消热差设计;冷阑匹配;光学被动式
中图分类号
:TN216;TH703
文献标志码
:A
doi:l0. 5768/JA0201334. 0301002
Athermal
design
of
cooled
MWIR
optical
system
LIU
Xiu-jun
,
ZHANG
Jin-wang
,
ZHANG
Hua-wei
,
LIU
Bo
(Sichuan Changhong Electronics Technology Development
Co.
，
Ltd
，肌
1ianyang
621000
, China)
Abstract:
The
pros
and
cons
of
the
typical
methods
of
athermal
design
were
compared
,
and
the
basic
theory
of
optical
passive
athermalization
was
discussed.
According
to
the
system
require
ment
temperature
range
of
-60.C
~
90.C ,
based
on
initial
structure
in
normal
temperature
,
using
multi-configuration
and
automatic
thermal
analysis
function
,
other
temperature
struc
tures
were
added
in
Zemax
software
,
then
thermal
and
aberration
were
optimiz
巳
d.
Finally
a
cooled
medium
wave
infrared
optical
system
was
designed
by
using
the
optical
passive
ather-
malization.
Detector
cold-shield
stop
was
used
as
system
aperture
stop
,
so
this
optical
system
could
realize
a
100
%
cold-shield-match.
Optical
materials
were
Si ,
Ge
and
ZnSe
,
and
structure
material
was
Al
in
the
optical
system.
The
MTF
value
is
greater
than
0.74
,
which
is
close
tò
diffraction
limit
at
the
spatial
resolution
of
17
lp/mm
,
and
the
RMS
spot
diameter
is
less
than
single
pixel
size
within
- 60.C
~90.C.
Those
results
show
that
the
optical
system
has
good
im-
age
quality
and
athermal
effect.
Key
words:
MWIR;
athermal
design;
cold-shield-match;
optical
passive
mode
引言
随着国防建设和空间技术的不断发展，对光
电探测系统的要求越来越高。首先，为使光电探
测系统对弱信号探测时具有较强的抑制杂光能
力，需要
100%
冷阑匹配。其次，因为大部分用于
国防和空间技术的光电探测系统都需要工作于恶
收稿日期:
2012-10-24;
修回日期
:2012-11-06
劣的环境条件下，其中环境温度的变化是光电探
测系统的重要影响因素之一。
环境温度变化将导致光学系统结构参数的变
化，进而引起系统性能下降。因红外光学材料的
折射率温度系数较可见光大，所以红外光学系统
对环境温度的变化更敏感。光学设计者必须探索
作者简介:如
j
秀军(1
980-)
，男，黑龙江绥棱人，硕士，工程师，主要从事红外光学系统设计及整机评价方面的工作。
E-maiI: xiujunliu@126.com
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