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論述了利用衍射元件實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)無熱化的原理,并利用衍射光學(xué)元件特殊的消熱差和色散特性,設(shè)計并研制了折衍混合無熱化車載紅外鏡頭,在僅使用一種紅外材料的情況下完成了寬溫度范圍自調(diào)焦設(shè)計,且衍射面特征尺寸大,易于加工制作。系統(tǒng)工作波段為8～12μm,視場為36°×27°,焦距為19 mm,F/#為1.1。該鏡頭體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)簡單,非常適于在汽車輔助駕駛系統(tǒng)應(yīng)用。鏡頭的測試結(jié)果表明,鏡頭成像質(zhì)量好,且能在-40～80℃溫度范圍內(nèi)保持像面穩(wěn)定,無需手動調(diào)焦。
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關(guān)于紅外鏡頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計問題,為得出多層套筒形式的紅外機(jī)械消熱差鏡頭中套筒結(jié)構(gòu)之間的合理間隙值,設(shè)計了多層套筒形式的消熱結(jié)構(gòu),并對多層套筒結(jié)構(gòu)的徑向熱變形進(jìn)行了理論計算分析和仿真分析,對比了傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計和計算機(jī)仿真設(shè)計在間隙設(shè)計上的差異。重點采用ANSYS軟件對多層套筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行間隙設(shè)計,針對不同材料的零件以及不同半徑的零件設(shè)計了不同的間隙值。采用軟件設(shè)計的消熱結(jié)構(gòu)的消熱差鏡頭的高低溫試驗也驗證了軟件分析在套筒結(jié)構(gòu)間隙設(shè)計上的可行性與可靠性。
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