随着红外热成像技术在各个领域的广泛应用,人们对红外镜头的性能也提出了更高的要求。在众多影响红外镜头成像质量的因素中,温度对系统性能的影响最严重。在传统的红外镜头热光学分析中,温度一般作为分析的最终指标。并且,光学设计软件只能分析光学元件的结构参数改变后系统性能的变化情况,而不能完全考虑到机械结构热变形对红外镜头产生的影响。因此,为了更加全面的分析红外镜头在热环境中的成像质量,需要综合考虑光学元件与机械结构的变形对系统性能的影响。本文将光机热集成分析方法应用于普通的红外镜头中。首先利用机械设计软件PRO/E建立红外镜头的几何模型,并根据温度场数值分析理论,运用有限元软件ANSYS对红外镜头进行温度场分析,得到镜头在不同温度条件下的变形情况,特别是透镜的镜面面形变化,它体现了机械结构热变形对光学系统的影响程度。其次,为了将分析得到的镜面面形数据代入光学设计软件,利用Zernike多项式作为光学分析与有限元分析的接口工具,对变形后透镜的面形进行拟合,得到可以表征面形畸变的Zernike系数。最后将Zernike系数、透镜的折射率和透镜之间的间距代入光学设计软件ZEMAX中,利用光学性能评价指标分析各种因素变化对红外镜头性能的影响。此外,为了观察红外镜头在热环境中的实际性能,对设计的红外镜头进行高低温成像实验。镜头在常温和高低温状态下的成像质量与分析结果一致,表明光机热集成分析方法在红外镜头中的应用是有效的。为了使红外镜头具有高刚度、轻量化和良好的热环境适应性等特点,利用ANSYS的优化设计模块对镜筒的壁厚进行优化改进,以整个镜头的体积为目标函数。结果表明,与初始镜头相比,优化后的镜头在质量、热变形和镜面畸变上都得到了很大的改进,达到了优化设计的目的。通过对红外镜头进行光机热集成分析,可以有效的将光学、机械和热分析集成在一起,实现了所有分析在同一个模型中完成的目的,使我们能够在设计阶段预测红外镜头在热环境中的使用性能,对红外镜头进行光机一体化设计具有重要的指导意义。