基于硫系玻璃的折衍混合光学无热化镜头设计
红外折衍混合摄远光学系统无热化设计
红外折衍混合摄远光学系统无热化设计张婉怡【摘要】为了提高远距离红外目标的探测能力,针对640 pixel×512 pixel红外CCD探测器,分析温度变化对光学系统的影响,设计出一种波长范围为8 μm~12 μm红外摄远物镜.系统采用折衍混合结构形式,焦距为200 mm,相对孔径为1:2.2,视场角为7°,具有体积小,结构紧凑的优点.仅使用硫化锌、硒化锌和锗3种材料以及4片透镜实现了无热化设计.应用Zemax对设计结果进行像质评价,在-40 ℃~+60 ℃工作温度范围内,截止频率为17 lp/mm时各视场调制传递函数值超过0.4,达到衍射极限,像面稳定,80%的能量集中在1个像元内,满足光学系统的设计要求.%In order to improve target detection ability of IR images in long range effectively, an infrared telephoto objective for 8 μm~12 μm wave-band is designed for 640 pixel×512 pixel infrared CCD det ector.Effects of surrounding environmental temperature are analyzed and refractive diffractive hybrid thermal compensation is discussed.Focal length of the system is 200 mm, relative aperture is 1:2.2 and field of view is 7°.Infrared telephoto system with small volume and compact structure is designed in a large range of temperature.The system is composed of four lenses with only three materials of zinc sulfide, zinc selenide and germanium to compensate for the temperature.Image quality of the system is evaluated by ZEMAX optical design software.Results show that modulation transfer function (MTF) for each field of view at cut-off frequency of 17 lp/mm is greater than 0.4 which approaches diffraction limit.Root mean square radius of spot diagram for each field of view is close to Airy diskradius.Telephoto objective has favorable performance at working temperature of-40 ℃~+60 ℃.The system meets the requirements of technical specification.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】7页(P12-18)【关键词】红外摄远物镜;光学设计;折衍混合;无热化;目标探测【作者】张婉怡【作者单位】长春理工大学光电信息学院,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TN219近年来红外成像技术已成为目标探测技术发展的方向之一，低成本的非制冷热成像技术也随着红外热成像技术发展起来。
Ge-S二元体系硫系玻璃的微结构及光学性能研究的开题报告
Ge-S二元体系硫系玻璃的微结构及光学性能研究的开题报告一、选题背景和意义硫系玻璃是一种具有广泛应用前景的材料，其在光通信、光储存、光电输能等领域具有重要作用。
其中，硫族元素硫和硒具有较大的光学非线性效应，可以应用于半导体激光器、光电调制器、全息存储等方面。
而与光学非线性效应密切相关的是硫系玻璃的微结构，因此探究硫系玻璃的微结构与光学性能之间的关系具有重要的理论和应用价值。
二、研究目标本课题旨在研究Ge-S二元体系的硫系玻璃微结构及光学性能，具体包括以下目标：1. 制备一系列Ge-S二元体系硫系玻璃样品。
2. 利用X射线衍射、原子力显微镜、透射电子显微镜等技术对样品的微结构进行表征，探究Ge-S硫系玻璃的微观结构特征。
3. 利用紫外-可见分光光度计、拉曼光谱仪等技术对样品的光学性质进行测试，分析不同微结构特征及其对光学性能的影响。
三、研究内容和方法1. 制备Ge-S二元体系硫系玻璃本研究将采用气氛凝固法制备Ge-S硫系玻璃材料。
首先准备合适的Ge/S摩尔比混合粉末，然后在纯氩气氛下进行热处理，通过控制热处理条件实现样品的制备。
2. 微结构表征利用X射线衍射对样品的结晶状态进行表征，原子力显微镜和透射电子显微镜对样品的微观结构进行表征，以揭示样品的微观结构特征。
3. 光学性能测试通过利用紫外-可见分光光度计测量样品的透射光谱，进一步分析样品的光学性质，并利用拉曼光谱仪对样品的结构进行定量测量。
四、预期成果通过本研究，预期达到以下成果：1. 制备出一系列Ge-S二元体系硫系玻璃样品，为后续的微观结构表征和光学性能测试提供样品基础。
2. 揭示Ge-S硫系玻璃的微观结构特征，比较不同制备条件下的微观结构差异。
3. 分析Ge-S硫系玻璃的光学性质的影响因素，探究不同微观结构特征对光学性能的影响，并为进一步优化硫系玻璃的光学特性提供理论依据。
8_12_m折_衍混合监视系统无热化设计--我审的文章
引言
随着非制冷探测器技术的发展，长波红外非制冷 光学系统在军事和民用领域得到广泛的应用。在一些 特殊的使用场合中，红外光学系统的工作温度变化范 围很大，由于光学材料与结构材料的热效应，当环境 温度变化时，将引起系统焦距变化，像面位移，成像 质量恶化。因此，在这种情况下，应充分重视温度变 化对光学系统性能的影响，使红外光学系统能够在一 个较大的温度范围内保持良好的成像质量，而采取消 除或降低温度变化对光学系统的影响的技术称为无 热化技术。 目前，无热化技术有三种方法：电子主动式、机 械被动式和光学被动式[1]。电子主动式无热化技术和 机械被动式无热化技术会使系统复杂、体积变大、重
Table 3
度范围内,系统在空间频率 16 lp/mm 处，全视场 MTF 值达 0.6，成像质量接近衍射极限。系统中引入衍射 面和高次非球面，二者相互配合，不仅简化了系统结 构，更大大提高了成像质量。该系统具有工作温度范 围宽、结构简单、体积小、重量轻、易于装调等优点。
参考文献：
[1] 郑志伟, 白晓东, 胡功衔, 等. 空空导弹红外导引系统设计[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007: 162-165. [2] 奚晓, 李晓彤, 岑兆丰. 被动式红外光学系统无热设计[J]. 光学仪器, 2005, 27(1): 42-46. [3] Jamleson T H. Thermal effects in optical systems[J]. Opt. Eng., 1981, 28(2): 156-160. [4] Behrmann G P, Bown J P. Influence of temperature on diffractive lens performance[J]. Appl. Opt., 1993, 32(14): 2483-2489. [5]
折衍混合车载红外镜头无热化设计
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第21课设计无热化镜头
第21课：设计无热化镜头本课程将介绍如何设计一个必须在宽温度范围内保持对焦的镜头。
首先，我们必须讨论“achrotherm”的概念，它适用于同时校正色差和温度变化的镜头。
这个理论实际上非常简单，你可以阅读Applied Optics Vol.33，NO.34，8009-8013（1994年12月1日）。
要设计这种系统，必须选择符合特殊要求的两种类型的玻璃。
可以使用玻璃库显示（MGT）找到它们，在此处单击“图形Graph”按钮，然后选择“热属性Thermal”。
在这种情况下的图表显示横坐标上的数量1/V和纵坐标上的数量β。
后者定义为其中αg是玻璃的热膨胀系数，n是折射率，dn/dt取自玻璃库。
我们的想法是在图表上选择两种玻璃并绘制一条连接它们的线。
将此线向右延伸至1/V等于零的位置。
纵坐标轴读取的截距值是透镜绝热所需的壳体的CTE。
该特征需要知道壳体材料的热膨胀系数。
我们打开镜头文件并声明该材料为铝6061：CHGALPHA A6061END现在我们可以使用玻璃库并选择一些可能的玻璃对。
在MGT中，选择Ohara目录并查看热性能，如上所述。
该程序在右侧绘制绿色符号。
单击最左侧的玻璃，在该玻璃和符号之间画一条线。
连线的起点从玻璃S-NPH3开始。
现在需要另一个接近同一条线的玻璃。
S-FPM3类型非常接近，所以这两种玻璃很适合配对。
有第二组可能很有用，所以我们点击玻璃S-LAH79，然后在新线上看到S-FTL10型。
我们选择了四种玻璃类型。
现在让我们设计一个使用这些玻璃的镜头，希望可以控制热性能。
我们创建了一个DSEARCH MACro，仅指定我们找到的前两个玻璃。
首先查看性能，然后再查看一下热性能。
可以从对话框MDS输入。
单击“确定”时为其指定文件名，然后创建一个MACro，您可以根据需要进一步编辑。
CORE14DSEARCH1QUIETSYSTEMID DSEARCH ATHERMALOBB0252.5WAVL0.65630.58760.4861UNITS MMENDGOALSELEMENTS5FNUM2BACK00TOTL100.1STOP MIDDLESTOP FREERT0.5FOV0.00.751.00.00.0FWT5.03.01.01.01.0NPASS40GLASS POSITIVE OS-NPH3GLASS NEGATIVEO S-FPM3ANNEAL20020QCOLORS3SNAPSHOT10QUICK3340ENDSPECIAL PANTENDSPECIAL AANTENDGO我们运行它，并在一分钟内看到它找到的最佳镜头，如下所示。
基于硫系玻璃的光学被动式红外无热化镜头设计
第41卷，第2期红外7文章编号：1672-8785(2020)02-0007-06基于硫系玻璃的光学被动式红外无热化镜头设计葛琳琳王世先张瑞闫学纯(河南中光学集团有限公司利达光电股份有限公司，河南南阳473000)摘要：为了的,设计了一款工作在8〜14口＜波段的光学式无热化红外镜头。
该镜需调焦 度清晰成像。
系统选用型加工、适合大批量的新型硫系。
的光学镜用三片式结构，#理设计而成，是一款光学式无热化镜头。
该镜头的焦距为42mm,F数为0.9,配像元大小为14中、像元数为640X512的非制冷长波红外探测器。
这种镜一40°C〜50°C温度及在全清晰成像，制数(+odulationTransfer Function,+TF)在工作温度大于0.38@361p/mm，接近衍射极限。
关键词：光学系统设计；光学被动式；无热化；硫系玻璃；折/衍射中图分类号：TB133文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8785.2020.02.002Design of Optical Passive Infrared Non-thermal LensBased on Chalcogenide GlassGE Lin-lin，V8NG Shi-xian，ZHANG Rui，YAN Xue-chun(Lida Optoelectronics，CO#Ltd#Henan Co s tar Group CO#Ltd#J a ny a n g473000，China)Abstract:In order to improve the reliability of the produtt，an optical passive non-thermal infrared lens working in the8—14|jm waveband is designed，which can image clearly in a wide temperature range without focusing.The system selects a new type of chalcogenide glass that can be processed by pressing and is suitable formass production.The optical lens adopts three-piece structure.It is a passive non-thermal lens which is basedon the principle of refraction/di f raction2The focal length of the system is42mm and the F-number is0.92The lens matches an uncooled longwave infrared detector with pixel size of14and pixel number of640X512.The lens can clearly image in the temperature range of一40C—50C and in the full field-of-view.Themodulation transfer function(MTF)is greater than0.38@36lp/mm at the operating temperature in the fullfield-of-view，which is close to the diffraction limit.Keywords：optical system design；optical passive；non-thermalization；chalcogenide glass；refraction/dif f raction收稿日期:2020-02-07作者简介：葛琳琳(1989-)，女，安徽淮北人，硕士生，工程师，主要从事光学设计工作。
轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计
轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计牟蒙;牟达;马军;李卓【摘要】由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统。
而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化。
依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜，其摄远比可达到0.6。
系统参数如下：工作波段为3～5m，焦距150 mm，F数为3，工作温度为－40℃～60℃。
设计结果显示，该系统仅采用3片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求，减少了系统的成本及重量，传递函数在17 lp/mm处均在0.8以上，与衍射极限十分接近，满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求。
%Infrared system has many advantages, such as recognizing camouflage, working all day, passive work and so on, so it is widely used in tracking and searching systems. However, these systems require that the infrared optical system has clear image, compact structure and can adapt to large temperature variations. According to the optical passive athermalized methods, a mid-wave infrared telephoto lens is designed. It can work in a wide temperature range, has excellent image quality, compact structure, and small volume. The telephoto ratio can reach 0.6. The parameters of system are as follows:working band is 3-5m, focal length is 150 mm, F number is 3, and the working temperature is -40℃-60℃. The results show that the system only uses three lenses and diffractive elements to achieve athermalization requirements. It reduces cost and weight of the system, modulation transfer function is above 0.8 at17 lp/mm and close to the diffraction limit. It achieves the requirements that have excellent image quality over a wide temperature range and miniaturization.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P387-391)【关键词】红外中波摄远物镜;无热化设计;折衍射混合系统;结构紧凑【作者】牟蒙;牟达;马军;李卓【作者单位】长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春 130022;长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春 130022;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130022;长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TN216由于红外具有可以实现远距离、全天候观察、被动接收信息隐蔽性好等优点，这些特点特别适合在军事领域的应用，因此，各国都以巨额投资竞相开展红外这一领域的研究工作。
1300万像素折衍混合式手机镜头设计
1300万像素折衍混合式手机镜头设计于艇;迟名辰;李艳红;罗春华【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(038)006【摘要】This paper designs two refraction and diffraction mixed lens with high pixel.The F of two mobile phone lens is 2.2,The back surface of the first lens is used as the diffraction surface.One lens use positive-negative-positive type 3 pieces structure, the stop is between the first and second lens, Full Field is 60 degree, focal length is 5mm.total length is 5.8mm,After optimization,MTF value of all the fields >0.4 at 233lp/mm,and MTF value of all the fields>0.19 at 446lp/mm, the relative distortion less than 2%, The other one use 4 pieces structure, Front stop, Full Field is 70 degree,focal length is 4.2mm.total length is 6.7mm,After optimization,MTF value of 0.7 fields >0.36 at 233lp/mm, and MTF value of 0.7 fields close to 0.2 at446lp/mm, the relative distortion less than 1%, Three piece lens system small length,MTF is also higher,but four piece lens have large field of view angle and curvature of field dis-tortion is small. Both of them have their own advantages.%设计了两款高像素的折衍混合式手机镜头.两款镜头F数均为2.2,都将第一片透镜的后表面作为衍射面,第一种结构采用正-负-正的三片式,光阑位于第一片透镜和第二片透镜之间,全视场60°,焦距为5mm,系统总长5.8mm,优化后在223lp/mm处所有视场MTF值均大于0.4,在446lp/mm处所有视场MTF 值均大于0.19,相对畸变小于2%,第二种结构为四片式,光阑前置,全视场70°,焦距4.2mm,系统总长6.7mm,优化后在223lp/mm处0.7视场内MTF值均大于0.36,在446lp/mm处0.7视场内MTF值接近于0.2,相对畸变小于1%,三片式镜头系统总长小,MTF曲线也更高,但四片式镜头有较大的视场角且场曲畸变更小,两者各有优势.【总页数】7页(P5-11)【作者】于艇;迟名辰;李艳红;罗春华【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春 130022;长春理工大学光电工程学院,长春 130022;长春理工大学光电工程学院,长春 130022;长春理工大学光电工程学院,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TB133【相关文献】1.800万像素折衍混合式手机镜头设计 [J], 惠彬;刘雁杰;李景镇;吴庆阳2.基于硫系玻璃的折衍混合光学无热化镜头设计 [J], 杨加强;彭晴晴;刘琳;李荣刚;孙昌锋3.折/衍混合民用车载大像面长波红外消热差镜头设计 [J], 李卓;闫晶;王远方舟;孙权;姜丹4.长焦物镜折衍混合式平行光管设计 [J], 张洪涛;翟旭华;曲宙5.内置式高像素折衍混合式手机镜头的设计 [J], 王小羊;沈为民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
折_衍混合超广角视场目镜系统的设计
正函数的权重取值略小一点 ,垂轴像差就有很大的改 善。由于目镜系统对畸变的要求不是很高 ,因此在考 虑像差平衡的基础上 ,侧重于对垂轴像差的改善。
可见 ,衍射面的引入 ,极大的降低了系统的垂轴 像差和垂轴色差 ;同时极大地降低了系统的尺寸和 重量 。虽然畸变略有增加 ,但是目镜系统对畸变的 要求不是很高 。然而对于衍射光学元件 ,在刻蚀台 阶数为 8 时衍射效率为 95 %。当系统中存在两个 衍射面时 ,系统的衍射效率为两个衍射面衍射效率 的乘积 ,使得系统总的衍射效率下降 。另外 ,衍射面 的增多 ,导致系统有较多的杂散光 。因此 ,我们又设 计了含有一个折 衍单透镜的混合目镜系统 。
Table 1. The comparison of Scidmore eyepiece and t he two hybrid ref ractive2diff ractive
eyepieces on optical performance
Eyepiece type Scidmore eyepiece
1 引 言
近年来使用微显示光电器件的具有不同应用的 各种头盔显示系统迅速发展起来 ,并因此对目镜设 计提出了新的更高的要求 。头盔显示系统已广泛地 应用于军事 、医疗 、计算机娱乐和虚拟现实系统中 。 虽然不同的应用对目镜的要求各有不同 ,但是它们 有如下的共同特点 :长出瞳距离 、大出瞳直径 、大视 场 、宽光谱范围 、小尺寸和重量轻等[1 ,2 ] 。传统的目 镜设计很难满足以上的要求 。衍射光学元件由于其 独特的色散特性 , 已引入到现行的目镜系统设计 中[3 ,4 ] 。1988 年 , Swanson 等[5 ] 利用衍射元件的色 散特性校正了单透镜的轴上色差和球差 ,研制了新 型的二元光学透镜 ,把衍射光学用于光学成像领域 。 1995 年 ,Missing 基于传统的艾尔弗目镜 ,设计了一 个折 衍混合大视场 (60°) 目镜系统[6 ] 。这个光学系 统由 3 个单透镜组成 ,与 5 个透镜组成的艾尔弗目 镜系统相比 ,光学性能有所提高 ,而尺寸和重量有很 大程度的减少 。
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第47卷第2期2017年2月激光与红外LASER&INFRAREDVol.47,No.2February ,2017文章编号:1001-5078(2017)02-0225-05 •光学技术•基于硫系玻璃的折衍混合光学无热化镜头设计杨加强，彭晴晴，刘琳，李荣刚，孙昌锋(华北光电技术研究所，北京100015)摘要:针对非制冷红外镜头高分辨率、批量化和低成本的需求，通过硫系玻璃和锗单晶的材 料搭配，利用折衍混合的设计方法，设计一款仅包含三片，可用于枪瞄、车载夜视和安防监控等 领域的光学被动补偿无热化镜头。
在理论推导的基础上，进行了相应的工程化设计，提出了满 足精密模压生产工艺的光学设计方案。
实验验证表明，该镜头在-40~55 °C范围内成像清 晰，满足指标要求。
在实际工程应用中，具有生产成本低、成像性能好等特点。
关键词：红外系统；光学无热化;硫系玻璃;衍射元件中图分类号:TN214 文献标识码：A DOI：10.3969/j. issn. 1001-5078.2017.02.019Design of refractive/diffractive hybrid optical athermalizationlens based on chalcogenide glassYANG Jia-qiang,PENG Qing-qing,LIU Lin,LI Rong-gang,SUN Chang-feng(North China Research Institute of Electro-optics,Beijing 100015 ,China)Abstract ：Aiming at the needs of high resolution,batch production and low cost for uncooled infrared lens,taking chalcogenide glass and Ge crystal as the materials,a passive optical compensation athermal lens for gun sight,automotive night vision and security monitoring was designed based on refractive-diffractive mixing design method. According t o optical athermalization theory,optical path of the system was designed,and chalcogenide glass was manufactured by fine molding technology. The experimental results show that the imaging of the system with this lens i s clear within the range of -40 〜55 丈，and i t can meet design requirements. I t has an advantage of low cost in practical engineering application.Key words ：IR system ；optical athermalization ；chalcogenide glass ；diffractive elementi引言近年来，随着非制冷型探测器技术的不断发展，使红外成像系统的应用越来越广泛[1_2]。
相应的，红外镜头的成本、生产效率和产品一致性等方面的 要求也随之越来越高。
但是，由于红外材料的折射 率温度系数变化很大，随着环境温度的变化，红外光 学材料的折射率、元件的曲率、厚度和间隔将发生变 化，再加上壳体的热胀冷缩，使系统产生离焦和其他像差，严重影响系统成像质量[3]。
所以，红外系统 一般要进行无热化设计。
红外系统的无热化方法包 括机械主动补偿无热化、机械被动补偿无热化和光 学被动补偿无热化。
相比于其他两种方法、光学被 动补偿无热化具有性能好、重量轻、可靠性高、成本 低、结构型式简单、可维护性好等方面的优点[4_5]。
本文通过锗单晶和硫系玻璃的材料搭配，利用折 衍混合的设计方法，设计一款结构简单，可用于枪瞄、作者筒介:杨加强（1988 -)，男，工程师，硕士，研究方向为红外光学系统设计与杂散光分析。
E-mail:jiaqiangl988 -2006 @163. com收稿日期=2016-06-10226激光与红外第47卷车载夜视和安防监控等领域的光学被动补偿无热化镜头。
利用硫系玻璃折射率温度系数小、色散特性好、宽光谱透过特性和可精密模压制备等方面的特点[m]，重点进行了红外镜头的无热化、工程化，以及降低成本的优化设计。
设计结果通过了 60套的小批量试制实验验证。
该设计优良的性价比，可以为光学无热化原理的大规模工程应用提供参考。
2无热化原理光学被动补偿无热化主要通过匹配光学材料的▲/&、膨胀系数和机械材料的膨胀系数，使各影响因素产生的温度偏移互相抵消或者补偿，使光学系统的成像质量在工作温度范围内始终保持较好水平。
近年来，随着衍射光学元件在理论和工艺方面的不断进步，在设计中引入衍射光学元件（或二元光学元件）构成的折衍混合系统，利用衍射元件特有的温度特性，在合理分配光焦度的前提下，可以用更为简单的结构实现光学无热化设计，具体原理如下所示。
光学透镜的温度特性用光热膨胀系数表示，定义为单位温度变化引起的光焦度的相对变化。
其光热膨胀系数为[8_w]:=丄巫=a____(1)f,T f d t e n-n Q d t d t式中，％为透镜材料的线膨胀系数；《和《。
分别为透镜材料的折射率和环境介质的折射率；f为材料的折射率温度系数。
对于衍射元件，其光热膨胀系数为[11]:0 1 d n o(2)由式（1)和式(2)可知，透镜的温度特性由材料的膨胀系数和折射率温度系数决定，衍射元件的温度特性只由材料的膨胀系数决定，和材料的折射率温度系数无关。
此外，由于红外材料的折射率温度系数心/A非常大，所以透镜的光热膨胀系数始终为负值，而衍射元件的光热膨胀系数始终为正值。
二者符号相反，它们构成的混合系统可以补偿温度变化引起的像面位移。
衍射光学元件的色散性质用等效阿贝数&来表示，考虑到其衍射级次一般取m = 1，在此条件下衍射元件的等效阿贝数为[11]:〜_ 1 _-入i nf_ n c K-k f (3)式中，&为中心波长的折射率；〜为波长上限的折射率；，为波长下限的折射率；为波长上限；为波长下限，A j为A y ~ 的中心波长。
〜与材料折射率无关，衍射元件将产生很强的色散。
所以混合系统可以消除色差，只要满足消色差条件即可。
为实现光学被动补偿无热化设计，光学系统必须满足以下三个方程[12_14]:总光焦度要求：j= <pi=i(4)消色差要求：n-i<p(5)消热差要求：n-i<p(6)式中，^为第一近轴光线在各透镜组的高度；为系统的光焦度；A为各个透镜的光焦度为光学元件的色散因子，也就是色散引起的光焦度的相对变化;等于材料的阿贝数〃的倒数；q为外部机械结构的线膨胀系数;i为机械结构件的长度。
3系统设计和评价3.1设计指标系统设计指标如表1所示。
表1光学系统设计指标Tab. 1Optical system design specifications探测器类型640 x512,像元尺寸20 pm工作波段8 ~12焦距/m m25视场28. 7° x23. 1°F#1工作温度/尤-40 ~ +55像质要求轴上 M TF>0•5@25/lp/m m，轴外 M TF> 0•2@25W p/m m无热化方式光学被动补偿无热化3.2光路设计仿真通过光学设计软件CODEV进行优化，最终设 计结果如图1所示。
镜筒材料选用铝（线膨胀系数a h =23.6 xlO_6°C ―1)，镜头由三片透镜组成，光学总长小于32 mm。
整个系统采用折衍混合的设计方法，包含4个非球面和1个衍射面。
加入非球面用以校正球差等单色像差，加入衍射面用以校正色差和温度变化引起的热差。
激光与红外No.2 2017杨加强等基于硫系玻璃的折衍混合光学无热化镜头设计227图1光学系统外形结构图Fig. 1 The layout of the optical system光学传递函数m t f是反映光学系统综合性能 的童要指标。
该系统在常温20弋下的光学传递函 数如图2所示。
从图中司4以看出，该系统MTF在 25lP/ram时轴上大于0.6,轴外均大宁0.3，满足设 计指标要求。
图2 20 T蠢学S.统的mtfFig. 2 M T F curves of the optical system under 20 °C大视场光学系统的畸变是反映光学系统性能的 重要指标，图3给出了光学系统的场曲和畸变曲线^ 队图中可以看出，该系统的畸变值小于〇.6%，满足 设计指标要求。
该系统设计充分利用了硫系玻璃折射率温度系 数而/&小和衍射流件热差系数与透镜元件相反的特点，保证光孿系统在-40~ 55丈范围内像商稳 定，成像清晰。
由光学设计软件C0DEV可以得出 系统在-40 ~55 T范围内最大的离焦量为-40丈时的 0.018 mm,小y系统焦深：J F=±2A(F*)2= ± 0. 〇29 mra.,:满.足无.热化读计豪:求心图4为在 _4〇°C和55丈下光学系统的MTF曲线a从图中 可以看出在工作温度为-40~ 55丈范围内系统MTF在25 lp/m m均能保证轴上大于0. 6,轴外大于 〇.2,满足系统设计指标要求。
__4光学系统分剥在-初尤和55 下的MTF曲翁Fig. 4 M T F Curves of the imaging system under -40 t和55 t3.3工程fc设计考虑到镜头时生产效率、|_致性_,低成本和无热 化的要求，在设计中引入硫系玻璃，并通过精密模压 的方式生产。
离管g前国内加工水平所限，硫系玻 璃表面只能镀增透膜，而不能镀硬碳保护膜，西此无 法达到镜头满足各种军标范围内的环境适应性要 求6为了解决此问题，采用锗单晶和硫系玻璃搭配 的方式进行设计0系统第一片选用锗单晶，其前表 面镀硬碳保护膜，后两片选用硫系玻璃，均镀增透 膜，保证I使用要求。