石 佳,余飞鸿

(浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027)

1 引 言

光学系统的性能随着温度变化而变化,温度的变化使系统的最佳像面的位置发生偏离,并且破坏原有的像差校正状态。这种由温度变化引起的性能衰减统称为光学系统的热效应或温度效应。

通常,设计一个光学系统时,仅对20 ℃的单一环境温度进行设计。但是如果一个光学系统的工作环境温度变化范围较大,则整个系统的光学、结构参数都会发生较大的变化,从而降低光学系统的成像质量。所以,对于这种在温度范围变化较大的环境中使用的光学系统,需要在设计时就考虑到温度变化造成的影响。即采取一定的手段使光学系统能在一个温度变化较大的范围内保持良好的光学系统性能。

国外对热分析研究起步较早。1981年,Miller[1-2]等人首次提出了热-结构-光集成分析方法(the structure-thermal-optical integrated analysis,STO),它开创性地结合了光学、机械学、热学三个学科,在三者结合的基础上进行了优化设计的循环过程,实现了以集成的观点对光机系统进行分析的目的,揭开了“光机热集成分析”的序幕。1984年,Gibbons[3]通过阿贝曲线进行红外温度自适应系统的设计。1990年,Rayces和Lebich[4]使用了γV-V图,通过选择合适的材料,设计了可以进行温度补偿的三片式光学系统。1991年,Rogers[5]通过试探的方法,寻求无热化光学系统中合适的材料组合。1992年,Yasuhisa Tamagawa等人[6]提出了一种利用T-C图的新方式去寻找同时消热差和消色差的材料组合,并于1994年[7]和1996年[8]利用该方法寻求了合适的材料组合,对红外光学系统进行了无热设计。……