一种用于红外波段的光学系统及包含其的红外热像仪的制作方法

本技术涉及光学成像，具体而言，涉及一种用于红外波段的光学系统及包含其的红外热像仪。

背景技术：

1、红外热成像技术利用红外热成像镜头捕捉待测物体所辐射的红外能量，并将其传输至红外探测器的光敏元件上，从而形成红外热像。

2、传统技术中的红外热成像镜头通常采用折射透镜，为了保证成像质量，一般需要采用三片以上球面或非球面的折射透镜。

3、然而，传统技术在视场角增大的情况下，为确保高质量成像，需要随之增加第一片折射透镜的曲率，导致整个镜头逐渐凸出，从而占用较大的体积，不利于设备的小型化。由此可见，传统技术无法同时兼顾大视野成像和小体积。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种用于红外波段的光学系统及包含其的红外热像仪。

2、第一方面，本实用新型提供了一种用于红外波段的光学系统。所述光学系统包括从物侧到像侧依次设置的超透镜、第一折射透镜和第二折射透镜；

3、其中，所述第一折射透镜的物侧表面和像侧表面的表面类型为球面，所述第一折射透镜的物侧表面和像侧表面的凹凸方向相同；和/或，所述第二折射透镜的物侧表面和像侧表面的表面类型为球面，所述第二折射透镜的物侧表面和像侧表面的凹凸方向相同。

4、在其中一个实施例中，所述超透镜满足如下公式：

5、

6、其中，θmi表示光线射入所述超透镜的最大入射角，θmr表示光线射出所述超透镜的最大出射角，f1表示所述超透镜的等效焦距。

7、在其中一个实施例中，所述超透镜还满足如下公式；

8、

9、其中，rmeta表示所述超透镜的有效通光半径，rmax表示所述光学系统的最大通光半径，imag表示所述光学系统能支持的最大像面半径。

10、在其中一个实施例中，所述第一折射透镜具有正光焦度，所述第一折射透镜的物侧表面的曲率半径的绝对值大于所述第一折射透镜的像侧表面的曲率半径的绝对值。

11、在其中一个实施例中，所述第二折射透镜具有正光焦度，所述第二折射透镜的物侧表面的曲率半径的绝对值大于所述第二折射透镜的像侧表面的曲率半径的绝对值。

12、在其中一个实施例中，所述第一折射透镜和所述第二折射透镜满足如下公式：

13、

14、其中，f2表示所述第一折射透镜的焦距，f3表示所述第二折射透镜的焦距，f表示所述光学系统的等效焦距。

15、在其中一个实施例中，所述光学系统还包括孔径光阑，所述孔径光阑与所述超透镜的像侧表面相接触。

16、在其中一个实施例中，所述超透镜的像侧表面具有纳米结构。

17、第二方面，本实用新型还提供了一种红外热像仪，包括如上述实施例任一项所述的光学系统以及红外探测器，入射光经过所述光学系统后成像于所述红外探测器的接收面。

18、在其中一个实施例中，所述光学系统还包括窗口玻璃，所述窗口玻璃设置在所述第二折射透镜与所述红外探测器之间。

19、上述用于红外波段的光学系统及包含其的红外热像仪中，采用超透镜作为第一片镜片，即最靠近待测目标的镜片，由于超透镜具有平面面型，并通过超表面的微纳结构对光波进行波前和相位调制，这样在保持大视场角需求的同时，使第一片镜片保持平面形状。相较于传统技术中物侧表面凸出的第一片折射透镜，极大地减少了镜头的体积，有助于实现设备小型化的目的。另外本申请的光学系统可以实现大视野和小体积兼顾的效果。

技术特征：

1.一种用于红外波段的光学系统(10)，其特征在于，所述光学系统(10)包括从物侧到像侧依次设置的超透镜(102)、第一折射透镜(104)和第二折射透镜(106)；

2.根据权利要求1所述的光学系统(10)，其特征在于，所述超透镜(102)满足如下公式：

3.根据权利要求1所述的光学系统(10)，其特征在于，所述超透镜(102)还满足如下公式：

4.根据权利要求1-3任一所述的光学系统(10)，其特征在于，所述第一折射透镜(104)具有正光焦度，所述第一折射透镜(104)的物侧表面的曲率半径的绝对值大于所述第一折射透镜(104)的像侧表面的曲率半径的绝对值。

5.根据权利要求1-3任一所述的光学系统(10)，其特征在于，所述第二折射透镜(106)具有正光焦度，所述第二折射透镜(106)的物侧表面的曲率半径的绝对值大于所述第二折射透镜(106)的像侧表面的曲率半径的绝对值。

6.根据权利要求1-3任一所述的光学系统(10)，其特征在于，所述第一折射透镜(104)和所述第二折射透镜(106)满足如下公式：

7.根据权利要求1-3任一所述的光学系统(10)，其特征在于，所述光学系统(10)还包括孔径光阑，所述孔径光阑与所述超透镜(102)的像侧表面相接触。

8.根据权利要求7所述的光学系统(10)，其特征在于，所述超透镜(102)的像侧表面具有纳米结构。

9.一种红外热像仪，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的光学系统(10)以及红外探测器，入射光经过所述光学系统(10)后成像于所述红外探测器的接收面。

10.根据权利要求9所述的红外热像仪，其特征在于，还包括窗口玻璃(108)，所述窗口玻璃(108)设置在所述第二折射透镜(106)与所述红外探测器之间。

技术总结
本技术提供了一种用于红外波段的光学系统及包含其的红外热像仪。该光学系统包括从物侧到像侧依次设置的超透镜、第一折射透镜和第二折射透镜。第一折射透镜的物侧表面和像侧表面的表面类型为球面，第一折射透镜的物侧表面和像侧表面的凹凸方向相同，和/或，第二折射透镜的物侧表面和像侧表面的表面类型为球面，第二折射透镜的物侧表面和像侧表面的凹凸方向相同。采用超透镜作为第一片镜片，由于超透镜具有平面面型，并通过超表面的微纳结构对光波进行波前和相位调制，这样在保持大视场角需求的同时，使第一片镜片保持平面形状。本申请的光学系统具有同时兼顾大视野成像和小体积的优点，克服了传统大视野成像镜头体积较大的缺陷。

技术研发人员：王春宇,林合山,郝成龙,谭凤泽,朱健
受保护的技术使用者：深圳迈塔兰斯科技有限公司
技术研发日：20230821
技术公布日：2024/1/15