红外望远镜光机优化设计的研究

　　1概述

　　红外望远镜作为军用便携热像仪的组件，对热像仪的性能起着重要作用，它是保证和提高热像仪整机性能指标的组件之一，其光学机械设计非常关键。军用便携热像仪的战技指标对红外望远镜提出了很高要求，如倍率大、性能高、体积小、重量轻，还应满足国军标规定的有关环境适应性及操作性能，所以，约束条件复杂，需考虑因素多，设计工作有一定难度。在设计中，以性能为中心，采取优化设计方法，依照军品标准和人机工程原则指导设计，考察国内加工水平，使设计结果最优化并具有经济性。

　　设计的红外望远镜经过试验和实用，证明达到了设计指标，满足了使用要求。

　　2光学设计

　　在红外望远镜中，望远物镜处于其最前端，与外界环境直接接触，担负收集目标红外辐射的任务，要求它具有较高的光学性能，又因望远物镜是最大的光学透镜，直接关系到红外望远镜的体积重量和成本，要求它应结构紧凑，重量轻，所以，望远物镜是红外望远镜中最具有典型意义的一个重要部件，本文以望远物镜为例说明红外望远镜光学设计中的优化设计方法。

　　为使望远物镜的光学设计满足上述要求，引入总体评价函数，它与以下各因素有关。

　　2.1光学结构

　　望远物镜光学结构采用摄远式，即由正透镜和负透镜光学组合(简称光组)，如图1所示，由于负透镜组对光线的发散，光组的焦距，大于其长度L，从而使物镜结构紧凑。L/f’定义为摄远比，衡量摄远式望远物镜结构紧凑程度。

　　确定合适的摄远比是非常关键的，其值越小，结构越紧凑，但对校正像差不利。由于这种矛盾存在，将摄远比L/f‘予以权重，作为总体评价函数平的一部分。

　　2.2像质

　　光学结构确定后，进行像差校正和像质评价。运用现代光学设计方法和软件进行优化设计，使光学系统像差趋于收敛，利用各种光学评价手段对结果进行评价。其中光学传递函数之MTF全面反映系统像质，又便于测量，将MTF予以相当的权重引入总体评价函数.

　　2.3冷干扰

　　探测器被制冷而引起的红外热像系统冷干扰现象是影响热像仪性能的重要因素，在望远物镜光学设计中，对冷干扰进行了定量分析。冷干扰的大小与摄远比以及光学传函有密切关系，且往往形成矛盾。将冷干扰分析结果，即在像面上的等效温度分布T，作为总体评价函数平的一部分，并给予相当的权重。

　　2.4温度补偿

　　在军品工作温度范围内，光学透镜面形和材料折射率变化，造成光学系统的离焦，补偿离焦也是光学设计的重要任务。本设计采用了移动光学透镜作适量补偿的简便方法。将补偿量M作为总体评价函数平的一部分予以考虑。