被动式红外光学系统的无热设计
随着红外技术的发展，对红外光学系统的质量要求也越来越高。一些红外光学仪器，如军用热像仪，往往要求在变化很大的温度环境中工作，其典型值为-40℃～+50℃。在不同的温度条件下，由于光学材料和机械材料的热效应，使光学系统的一些参数发生相应的变化，进而使系统的最佳像面发生偏离，并且破坏原有的像差校正状态，故最终影响光学系统的性能。这种由温度引起的性能衰减称为光学系统的热效应或者温度效应。因此，在设计光学系统的过程中，必须采用一定的无热技术以消除温度效应的影响，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。
对于一个红外光学系统来说，温度效应主要表现在以下几个方面：
(1)光学元件的折射率随温度变化。
(2)光学元件的曲率半径、中心厚度随温度变化。
(3)镜筒材料的热效应。
在这些影响因素中，光学材料折射率的贡献最大，其次是光学表面的曲率半径，而光学元件的厚度以及元件之间的间隔的影响最小。
为了消除或减少温度效应对成像质量的影响，在设计过程中需要通过一定的补偿技术，使光学系统在一个比较大的温度范围内保持焦距不变或者变化很小，从而保持良好的成像质量，这称为无热设计。目前采用的无热技术大致可以分为三大类：第一类是机械被动式，它利用对温度敏感的机械材料或者记忆合金，使一个或一组透镜产生轴向位移，从而补偿由于温度变化引起的像面位移。这种方式由于增加了机械补偿部件，故使得系统的体积变大，重量增加。第二类是电子主动式，它利用温度传感器探测出温度的变化量，然后计算出温度变化引起的像面位移，借助电机驱动透镜产生轴向位移，以达到补偿效果。这种方式需要电源、电子线路、驱动电机等电子设备，导致系统的可靠性下降。第三类是光学被动式，它利用光学材料热特性之间的差异，通过不同特性材料之间的合理组合以消除温度的影响，从而获得无热效果。这种方式具有机构相对简单、尺寸小、重量轻、不需供电、系统可靠性好的优点，其综合效率最高，因此受到了极大的重视。
经过一系列的研究测算，得出了以下结论：环境温度对红外光学系统性能的影响是很大的。温度变化引起材料折射率、光学元件曲率半径和厚度以及光学元件之间的间隔等方面的变化，影响系统的成像质量。因此，在设计红外光学系统时，要充分考虑系统工作时所处的环境温度要求，使用无热技术补偿温度效应对光学系统产生的性能衰减，从而使系统在所要求的环境温度变化范围内保持良好的质量。
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