透射式红外光学系统光机热集成分析方法的研究

作     者：韩旭 张健 高天元 张润泽 HAN Xu;ZHANG Jian;GAO Tianyuan;ZHANG Runze

作者机构：长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022 

出 版 物：《红外技术》 (Infrared Technology)

年 卷 期：2018年第40卷第12期

页      面：1136-1141页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金(61705018) 

主　　题：红外光学系统 光机热集成 Zernike多项式 镜片面型 刚体位移 MTF 

摘      要：本文采用了光机热集成分析的方法对透射式红外光学系统在温度变化条件下进行分析。首先,利用Zemax建立了F(2)为1和F(2)为2的两个光学系统,利用有限元软件Patran&Nastran对两个光学系统加载温度场进行热弹性分析,得到镜面节点变形前和变形后的位移。其次,使用Sigfit将分析得到数据进行Zernike多项式拟合,得到镜面的Zernike系数和刚体位移。最后,再将其导入到光学软件Zemax中,分别考虑镜片面型变化、刚体位移变化和镜片折射率变化3种因素对其MTF值的影响。以F(2)为1的光学系统作为主要分析对象,其结果表明在设计要求65℃(-45℃～20℃)温差下,面型变化使MTF(17 lp/mm)值下降了9.72%;刚体位移变化使MTF值下降了29.16%;折射率变化使MTF值下降到0点,已不再满足光学系统的成像质量要求。其结果表明,折射率变化才是影响红外光学系统成像质量的最主要因素。通过减少温度范围并进行光机热集成分析,得到F(2)为1的光学系统下温差范围为8℃～32℃,F(2)为2的光学系统下温差范围为6℃～34℃。在两个光学系统的温差范围下MTF值均大于0.2,综合考虑建模精度及软件计算精度,其温度最适范围为13℃～27℃。