红外光学系统接收的信号来源于被测物体本身的辐射,所以可以实现全天时的测量。但是目前很多应用场景要求光学系统实现全天候的测量,全天候对于光学系统的要求突出在温度变化上,即要求红外光学系统在较大的温度范围下保持像质良好与像面稳定,也就是常说的无热化或者消热差。
由于温度的变化,组成光学系统的光学元件,机械零部件都会热胀冷缩,进而导致镜片厚度,曲率,折射率,空气间隔等等的变化,使得光学系统成像质量变差,焦面偏离原有的位置。在研究的进程中,主要有主动消热差和被动消热差。主动消热差是采用电机移动焦面位置找到最佳成像焦面,被动消热差主要是结合不同光学材料,结构材料的热性能,进行相互补偿,实现不同温度下光学成像质量依旧良好,无热化,尤其在中波和长波光学系统中使用得较为普遍了。
至于消热差的基本原理,计算公式,只需要知网无热化,应该就可以查阅很多相关论文学习了,这里就不赘述了。本设计要求(5)中说明,光学系统需要在-50°到50°被动消热差,下面就对于此,讲述 ZEMAX 中的相关操作。
无热化在ZEMAX中的主要思想就是采用多重结构,实现不同温度下的光学系统搭建,进行优化,实现不同温度下像质要求满足指标,注意这里和传统多重结构的差别,就是这里需要考虑不同温度下热膨胀系数的对应关系。