【摘 要】
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红外光学系统作为红外成像的重要环节，担负着对景物辐射的红外光线的收集、传播和聚焦功能，其性能也影响着整个成像系统的成像质量。随着科学技术的不断进步，像元更小、集成度更高的红外焦平面探测器应运而生，相应地，红外光学系统也必须不断满足更高的成像质量要求，为此，传统红外光学系统不可避免地使用了大量的透镜组与非球面结构，使系统笨重复杂且难以加工。近年来广泛受到关注的超表面透镜可以通过简单的结构实现对光波的调控、传播与聚焦，但是目前超表面透镜的研究较为前沿，工艺尚不成熟，且在消色差方面仍有较大不足。
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红外光学系统作为红外成像的重要环节，担负着对景物辐射的红外光线的收集、传播和聚焦功能，其性能也影响着整个成像系统的成像质量。随着科学技术的不断进步，像元更小、集成度更高的红外焦平面探测器应运而生，相应地，红外光学系统也必须不断满足更高的成像质量要求，为此，传统红外光学系统不可避免地使用了大量的透镜组与非球面结构，使系统笨重复杂且难以加工。近年来广泛受到关注的超表面透镜可以通过简单的结构实现对光波的调控、传播与聚焦，但是目前超表面透镜的研究较为前沿，工艺尚不成熟，且在消色差方面仍有较大不足。
考虑到当前工程技术实际，本课题设计了一种基于超表面透镜与传统折反射元件的长波红外复合光学系统，旨在实现二者在功能上的互补，一方面，超表面透镜的加入减少了光学系统的镜片数量并简化了透镜的面型结构，另一方面，传统折反射元件的使用分担了超表面透镜的光焦度，并弥补了超表面透镜在消色差方面的不足。
本课题主要完成了以下工作：
(1)系统的结构设计与性能仿真：提出了基于超表面透镜与传统折反射元件的系统一体化设计方案，建立了由双级联超表面结构和传统透镜组构成的长波红外复合光学系统模型；基于ZEMAX软件对长波红外光学系统进行结构优化和性能仿真，并从点列图、像差特性、MTF、热离焦和像面照度等方面进行了性能仿真，光学系统的像差及热差特性良好，成像效果接近衍射极限；
(2)系统的公差分析与镜筒设计：对优化后的长波红外光学系统进行了公差分析，以点列图RMS半径和MTF值为评价标准，经过三次公差分配，确定了光学系统的公差分布情况，在保证模拟加工成品率的基础上，系统的公差等级较低，较易于加工；针对该复合型光学系统设计了一种可拆卸的双重缓冲减震的镜筒结构，降低了镜头维护成本，且有效保护了超表面透镜的精密结构。
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