论述了利用衍射元件实现光学系统无热化的原理,并利用衍射光学元件特殊的消热差和色散特性,设计并研制了折衍混合无热化车载红外镜头,在仅使用一种红外材料的情况下完成了宽温度范围自调焦设计,且衍射面特征尺寸大,易于加工制作。系统工作波段为8～12μm,视场为36°×27°,焦距为19 mm,F/#为1.1。该镜头体积小,重量轻,结构简单,非常适于在汽车辅助驾驶系统应用。镜头的测试结果表明,镜头成像质量好,且能在-40～80℃温度范围内保持像面稳定,无需手动调焦。
关于红外镜头结构的优化设计问题,为得出多层套筒形式的红外机械消热差镜头中套筒结构之间的合理间隙值,设计了多层套筒形式的消热结构,并对多层套筒结构的径向热变形进行了理论计算分析和仿真分析,对比了传统的经验设计和计算机仿真设计在间隙设计上的差异。重点采用ANSYS软件对多层套筒结构进行间隙设计,针对不同材料的零件以及不同半径的零件设计了不同的间隙值。采用软件设计的消热结构的消热差镜头的高低温试验也验证了软件分析在套筒结构间隙设计上的可行性与可靠性。
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