传统红外材料价格昂贵,在透镜口径较大时无法保证材料均匀性,因此大口径透射式红外光学系统难以实现。由于反射系统不产生色差,成像光谱范围宽,材料价格相对低,因此反射式结构广泛应用于红外光学系统。由于同轴反射系统中存在中心遮拦,严重影响系统的能量接收与成像质量,需要对反射镜进行离轴设置,实现无遮拦的离轴反射系统。目前红外离轴反射光学系统多采用非致冷探测器,但为提升红外系统的探测灵敏度,增大系统的信噪比,需要使用致冷型探测器。本文对致冷型红外离轴反射光学系统做了探索性研究,首先讨论了致冷型离轴反射光学系统的结构形式与像差特性,然后研究了离轴三反射镜光学系统的设计方法,进而完成了一个致冷型离轴三反射镜光学系统的设计。系统采用两个自由曲面反射镜和一个偶次非球面反射镜,组成二次成像的结构形式,将红外探测器的冷光阑作为系统的孔径光阑,得到100%的冷光阑效率。第二和第三反射镜将孔径光阑成像在第一反射镜的位置,显著减小第一反射镜的口径。通过调整每个反射镜的偏心与倾斜,实现系统的无遮拦,使用自由曲面增大视场、校正像差、保证系统的成像质量。本系统的工作波段为3-5μm,焦距为450mm,F数为2,视场为3.662°×2.931°,各视场的调制传递函数在环境温度为-40℃~60℃的范围内均高于0.5,实现系统的无热化,并且结构紧凑。