随着集成制造业的发展,人们对红外镜头提出了更高的设计要求。机械被动式消热差红外镜头在设计时,要综合考虑光学元件的折射率、镜片间隔和镜片中心厚度随温度变化而产生的影响,传统的设计方法很难在结构设计阶段兼顾其光学性能,也无法检验设计完成后的镜头是否满足使用要求。因此,为了保证机械被动式消热差红外镜头设计的合理性以及得到镜头相关光学性能指标,需要对其进行光机热集成设计。本文在机械被动式消热差红外镜头结构设计理论的基础上,利用ANSYS的结构分析模块,分析了三种热补偿材料的热变形位移。选择热膨胀过程相对稳定,光机热集成分析仿真性更好得POM(聚甲醛)作为热补偿材料,并运用Pro-e的结构设计模块,对机械被动式消热差红外镜头进行了结构设计。为了在设计阶段判断机械被动式消热差红外镜头是否满足使用要求,需要对其进行光机热集成分析。在ANSYS中,建立该红外镜头的有限元模型。以红外镜头正常使用温度区间内的最高和最低温度,作为载荷施加在红外镜头上,进行热应力分析,得到各个节点的等效位移数据和相关热应力数据。根据有限元分析结果判断在高低温时,镜头的理论补偿量是否满足要求以及镜片的自身变形情况。分离刚体位移和拟合镜面面形后,将相关数据导入Zemax中,对红外镜头进行光学性能分析,得出镜头在高低温时的成像质量。分析结果表明,消热差红外镜头光学性能在20℃时最好。高温或低温时,成像质量都会有一定程度下降,低温时下降的更为明显,总体而言红外镜头的光学性能可以满足使用要求。最后,将设计的红外镜头实物模型进行了高低温实验和室温与高温下的MTF测试,实验结果表明,基于光机热集成分析的设计方法是可行的,光机热分析结果与实验结果基本吻合,基于光机热的红外镜头集成设计可以用于工程实践,对红外镜头的光机热一体化设计具有一定的指导意义。