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論述了利用衍射元件實現光學系統無熱化的原理,并利用衍射光學元件特殊的消熱差和色散特性,設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焦設計,且衍射面特征尺寸大,易于加工制作。系統工作波段為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,結構簡單,非常適于在汽車輔助駕駛系統應用。鏡頭的測試結果表明,鏡頭成像質量好,且能在-40～80℃溫度范圍內保持像面穩定,無需手動調焦。
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關于紅外鏡頭結構的優化設計問題,為得出多層套筒形式的紅外機械消熱差鏡頭中套筒結構之間的合理間隙值,設計了多層套筒形式的消熱結構,并對多層套筒結構的徑向熱變形進行了理論計算分析和仿真分析,對比了傳統的經驗設計和計算機仿真設計在間隙設計上的差異。重點采用ANSYS軟件對多層套筒結構進行間隙設計,針對不同材料的零件以及不同半徑的零件設計了不同的間隙值。采用軟件設計的消熱結構的消熱差鏡頭的高低溫試驗也驗證了軟件分析在套筒結構間隙設計上的可行性與可靠性。
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