紅外成像是通過透鏡組匯聚被探測(cè)的光信號(hào)到探測(cè)器上，再由探測(cè)器及其后道進(jìn)行光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。探測(cè)器和應(yīng)用領(lǐng)域不同，光學(xué)系統(tǒng)所使用的透鏡材料亦不同。針對(duì)不同紅外透鏡材料的特性，加工手段和工藝裝備也各不相同。

紅外光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)

紅外鏡頭的設(shè)計(jì)，需要根據(jù)探測(cè)器的像元和尺寸、具體運(yùn)用的場(chǎng)合，還有性價(jià)比等因素來綜合考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般來說，紅外晶體尤其是Ge、 ZNS原材料價(jià)格等比較昂貴，因此在不少設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們會(huì)采用非球面或者衍射面來減少鏡片數(shù)量同時(shí)兼顧優(yōu)異的成像效果。由于非球面和二元面的加工和檢測(cè)也比較昂貴，因此盡量不要采用多個(gè)非球面或者衍射面。

SWIR鏡頭，尤其是擴(kuò)展型波段的SWIR短波紅外鏡頭，能夠采用的材料需要考慮寬波段透過可加工、透可見光等因素，因此ZNSE、ZNS、CaF2等成為普遍的選擇，另外，還有一些少見的玻璃。但是，需要注意的是，一般情況下這些玻璃沒有庫存，生產(chǎn)頻率也不高，因此在采用之前，需要確定這些材料是否可以準(zhǔn)時(shí)交貨并且具有持續(xù)供貨的可能。比如肖特或小原光學(xué)，某些材料每年只生產(chǎn)一次，如果你錯(cuò)過了這個(gè)采購機(jī)會(huì)，就要再等待一年。

MWIR鏡頭通常是配合中波制冷型探測(cè)器使用，光欄置于鏡頭后方，因此鏡片比較大，還要考慮所謂的冷光欄效果（鬼影、反射，又叫冷屏效果）。制冷鏡頭和探測(cè)器體積雖然龐大，但是探測(cè)距離可以達(dá)到很遠(yuǎn)，如焦距150 mm、 300 mm， 可以看到10 km到30 km的距離。

冷屏鬼影

LWIR鏡頭

LWIR的設(shè)計(jì)是商業(yè)化主導(dǎo)的，就是既要便宜又要效果好。因此非球面采用的比較普遍。另外，隨著商業(yè)應(yīng)用的普及，如車載夜視、槍瞄、手機(jī)等運(yùn)用，硫系玻璃開始變?yōu)檫@類應(yīng)用的寵兒。由于可以低溫模壓成型，硫系玻璃鏡頭的價(jià)格可以做到很低（如果數(shù)量很大的話）。

在極寒和極熱的條件下，尤其是溫差很大的時(shí)候，紅外透鏡的曲率、鏡片厚度、鏡筒及鏡片材料的折射率變化導(dǎo)致鏡頭離焦，為保證成像清晰需要對(duì)鏡頭從新聚焦，需要電動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)焦，為消除溫度變化帶來的不利影響，需要無熱化設(shè)計(jì)，通常設(shè)計(jì)師們會(huì)采用不同的光學(xué)材料，進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償（溫差），或者采用機(jī)械材料與光學(xué)材料變化趨勢(shì)相反的設(shè)計(jì)，進(jìn)行光機(jī)補(bǔ)償。也有一種AF自動(dòng)調(diào)焦設(shè)計(jì)，是通過軟件技術(shù)，不斷地逼近焦平面，從而電動(dòng)調(diào)焦自動(dòng)聚焦。

雙視場(chǎng)、三視場(chǎng)設(shè)計(jì)

雙視場(chǎng)、三視場(chǎng)設(shè)計(jì)，指的是一組鏡片，在不同的位置，可以獲得固定的不同的焦距，比如25 mm、50 mm、75 mm。這類鏡頭的光學(xué)設(shè)計(jì)只需考慮三個(gè)焦點(diǎn)處的成像品質(zhì)，而無需考慮變化過程中的像質(zhì)變化。這是一種非常實(shí)在的設(shè)計(jì)，比如在小焦距25 mm的情況下很容易發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，迅速切換到50 mm或者75 mm焦距，可以放大看清楚目標(biāo)。

雙視場(chǎng)

連續(xù)變焦鏡頭

連續(xù)變焦鏡頭（連續(xù)變倍）可以算是最有挑戰(zhàn)性的鏡頭了，而且變倍比越高，難度越高。目前市面上出現(xiàn)的20x變倍比的鏡頭來自于一家叫做Ophir的公司，鏡頭采用了三個(gè)光路的切換，達(dá)到15-300 mm的連續(xù)變焦效果。除了光學(xué)的方面的高挑戰(zhàn)性，機(jī)械結(jié)構(gòu)的難度也異常地高。

變焦設(shè)計(jì)

反射式設(shè)計(jì)

反射式設(shè)計(jì)一般出現(xiàn)在長(zhǎng)焦距的鏡頭上，這是為了減小鏡頭的體積（太長(zhǎng)），在光路中加入反射鏡片進(jìn)行折返，以縮短長(zhǎng)度。由于是紅外寬波段，一般的金屬膜就可以達(dá)到反射的效果。

折反設(shè)計(jì)

測(cè)溫、成像鏡頭

測(cè)溫鏡頭的設(shè)計(jì)和成像鏡頭的設(shè)計(jì)有些不同的考慮點(diǎn)。由于需要測(cè)溫，因此鏡頭設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)在于減少杜絕反射或雜光等，會(huì)妥善處理光欄的位置大小。其相對(duì)照度均勻性為評(píng)價(jià)鏡頭好壞最主要的指標(biāo)之一。一個(gè)好的鏡頭設(shè)計(jì)，需要綜合考慮光機(jī)配合的效果，缺一不可。市場(chǎng)上也有很好的光機(jī)模擬軟件，專門提升光機(jī)配合的效果。

可以說，機(jī)械設(shè)計(jì)非常重要，輕量化設(shè)計(jì)在車載、機(jī)載上有嚴(yán)格的要求，更不用說在軍事上的運(yùn)用了。最近，商業(yè)運(yùn)用的紅外也越來越廣泛，消費(fèi)者不愿提著笨重的紅外鏡頭，他們更喜愛那些像塑料一樣輕的產(chǎn)品，因此，關(guān)注紅外光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)非常重要。