CN114252983B - 一种共口径中长波红外成像光学系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种共口径中长波红外成像光学系统，涉及光学技术领域，其技术方案要点是：包括：沿光轴从物侧到像侧依次排列的：具有正光焦度的第一透镜；具有负光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜；具有负光焦度的第四透镜；所述第一透镜的光焦度为Φ1，整个光学系统光焦度为Φ，满足：0.4≤Φ1/Φ≤0.75；所述第二透镜的光焦度为Φ2，满足：‑0.65≤Φ2/Φ≤‑0.35；所述第三透镜与所述第四透镜的组合光焦度为Φ34，满足：1.05≤Φ34/Φ≤1.25。本申请提供的一种共口径中长波红外成像光学系统具有实现中波红外与长波红外的完全共光路设计、降低光学系统的空间尺寸以及具备大相对孔径成像能力、聚光能力强、成像质量优异的优点。

Description

一种共口径中长波红外成像光学系统

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种共口径中长波红外成像光学系统。

背景技术

采用中波红外和长波红外进行探测是一种常用的探测手段，然而，在传统的方案中，基本是采用单独的光学镜头实现单一谱段的成像，随着技术的发展，红外双色探测器可以同时输出中波红外和长波红外的图像，因此降低了光学系统的复杂度，但是这也给光学系统的设计开发带来了巨大的难度，因为这意味着光学系统需要将中波红外和长波红外超宽谱的信息收集到探测器靶面，因此，目前的双波探测光学系统存在聚光能力低、分辨率低、成像效果不理想等问题。

针对上述问题，申请人提出了一种共口径中长波红外成像光学系统。

发明内容

本申请的目的在于提供一种共口径中长波红外成像光学系统，具有实现中波红外与长波红外的完全共光路设计、降低光学系统的空间尺寸以及具备大相对孔径成像能力、聚光能力强、成像质量优异的优点。

第一方面，本申请提供了一种共口径中长波红外成像光学系统，技术方案如下：

包括：沿光轴从物侧到像侧依次排列的：

具有正光焦度的第一透镜；

具有负光焦度的第二透镜；

具有正光焦度的第三透镜；

具有负光焦度的第四透镜；

所述第一透镜的光焦度为Φ1，整个光学系统光焦度为Φ，满足：

0.4≤Φ1/Φ≤0.75；

所述第二透镜的光焦度为Φ2，满足：

-0.65≤Φ2/Φ≤-0.35；

所述第三透镜与所述第四透镜的组合光焦度为Φ34，满足：

1.05≤Φ34/Φ≤1.25。

利用上述四枚透镜的组合进行来校正各种像差，并且实现中波红外与长波红外的共光路设计，在满足上述关系式的情况下，只需四枚透镜即可实现优秀的高质量成像。在目前的现有技术方案中，如果想要获得同等质量的成像效果，至少需要五枚透镜的组合。然而，光学透镜的成本十分高昂，通过本申请的技术方案，可以减少透镜的使用成本。不仅如此，四枚透镜的组合更是降低了空间占用，有效缩短了光学仪器的长度，对于高质量红外中长波成像设备的小型化具有重要发展意义。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜与所述第二透镜的组合光焦度为Φ12，满足：

0.18≤Φ12/Φ≤0.28；

并且，所述第三透镜与所述第四透镜的组合光焦度Φ34与所述整个光学系统光焦度Φ之间满足：

1.05≤Φ34/Φ≤1.15。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜的光焦度Φ1与所述整个光学系统光焦度Φ满足：

0.40≤Φ1/Φ≤0.52；

所述第二透镜的光焦度Φ2与所述整个光学系统光焦度Φ满足：

-0.40≤Φ2/Φ≤-0.35；

并且，所述第三透镜与所述第四透镜的组合光焦度Φ34与所述整个光学系统光焦度Φ之间满足：

1.05≤Φ34/Φ≤1.25。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第二透镜靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凹面，所述第三透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第四透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第一透镜的凸面以及凹面、所述第三透镜的凸面以及所述第四透镜的凸面为非球面，非球面满足：

；

Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

进一步地，在本申请中，所述第二透镜与所述第三透镜之间设置有孔径光阑。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为62.602mm、通光孔径为55mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为118.39mm、通光孔径为50.2mm，所述第一透镜在中轴线上的厚度为10.02mm；

所述第二透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为-2222.65mm、通光孔径为48.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为256.38mm、通光孔径为46mm，所述第二透镜在中轴线上的厚度为10.02mm，所述第二透镜与所述第一透镜在中轴线上的间隔为4.11mm；

所述孔径光阑的通光孔径为39.6mm，所述孔径光阑与所述第二透镜在中轴线上的间隔为14.75mm；

所述第三透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为56.15mm、通光孔径为43.1mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为331.81mm、通光孔径为38.1mm，所述第三透镜与所述孔径光阑在中轴线上的间隔为25.12mm，所述第三透镜在中轴线上的厚度为15.11mm；

所述第四透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为162.83mm、通光孔径为37.2mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为47.43mm、通光孔径为21.6mm，所述第四透镜在中轴线上的厚度为24.68mm，所述第四透镜与所述第三透镜在中轴线上的间隔为0.1mm，所述第四透镜与像平面在中轴线上的间隔为10.2mm。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第二透镜靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面，所述第三透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凸面，所述第四透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第一透镜的凸面以及凹面、所述第二透镜的凹面以及凸面以及所述第三透镜的两个凸面为非球面，非球面满足：

；

Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜与所述第二透镜之间设置有孔径光阑。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为30.617mm、通光孔径为22.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为37.32mm、通光孔径为20mm，所述第一透镜在中轴线上的厚度为6.52mm；、

所述孔径光阑的通光孔径为18.7mm，所述孔径光阑与所述第一透镜在中轴线上的间隔为1.95mm；

所述第二透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为-29.461mm、通光孔径为20.4mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为-38.16mm、通光孔径为23mm，所述第二透镜在中轴线上的厚度为3.98mm，所述第二透镜与所述孔径光阑在中轴线上的间隔为7.92mm；

所述第三透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为38.257mm、通光孔径为27.2mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为-132.042mm、通光孔径为25.4mm，所述第三透镜与所述第二透镜在中轴线上的间隔为2.25mm，所述第三透镜在中轴线上的厚度为10.75mm；

所述第四透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为207.859mm、通光孔径为24.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为32.862mm、通光孔径为18.8mm，所述第四透镜在中轴线上的厚度为12.01mm，所述第四透镜与所述第三透镜在中轴线上的间隔为0.1mm，所述第四透镜与像平面在中轴线上的间隔为7.52mm。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜的材料为硫系玻璃材料，所述第二透镜的材料为锗材料，所述第三透镜的材料为硫系玻璃材料，所述第四透镜的材料为晶体材料。

由上可知，本申请提供的一种共口径中长波红外成像光学系统，利用四个透镜来校正两个宽谱段的色差及二级光谱，通过透镜弯曲、间隔调整用于校正球差、彗差、像散及场曲等像差，从而达到中波红外与长波红外共光路且获得质量优异的成像，具有实现中波红外与长波红外的完全共光路设计、降低光学系统的空间尺寸以及具备大相对孔径成像能力，聚光能力强，成像质量优异的有益效果。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本申请提供的其中一种实施例中的红外成像光学系统示意图。

图2为图1所示的光学系统在中波红外的光学传递函数曲线分布图。

图3为图1所示的光学系统在长波红外的光学传递函数曲线分布图。

图4为本申请提供的另一种实施例中的红外成像光学系统示意图。

图5为图4的光学系统在中波红外的光学传递函数曲线分布图。

图6为图4的光学系统在长波红外的光学传递函数曲线分布图。

图中：100、第一透镜；200、第二透镜；300、第三透镜；400、第四透镜；500、孔径光阑。

具体实施方式

下面将结合本申请中附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1至图6，一种共口径中长波红外成像光学系统，其技术方案具体包括：沿光轴从物侧到像侧依次排列的：

具有正光焦度的第一透镜100；

具有负光焦度的第二透镜200；

具有正光焦度的第三透镜300；

具有负光焦度的第四透镜400；

第一透镜100的光焦度为Φ1，整个光学系统光焦度为Φ，满足：

0.4≤Φ1/Φ≤0.75；

第二透镜200的光焦度为Φ2，满足：

-0.65≤Φ2/Φ≤-0.35；

第三透镜300与第四透镜400的组合光焦度为Φ34，满足：

1.05≤Φ34/Φ≤1.25。

通过上述技术方案，利用上述四枚透镜的组合进行来校正各种像差，并且实现中波红外与长波红外的共光路设计，在满足上述关系式的情况下，只需四枚透镜即可实现优秀的高质量成像。在目前的现有技术方案中，如果想要获得同等质量的成像效果，至少需要五枚透镜的组合。然而，光学透镜的成本十分高昂，通过本申请的技术方案，可以减少透镜的使用成本。不仅如此，四枚透镜的组合更是降低了空间占用，有效缩短了光学仪器的长度，对于高质量红外中长波成像设备的小型化具有重要发展意义。

进一步地，参照图1，在其中一些实施例中，第一透镜100与第二透镜200的组合光焦度为Φ12，满足：

0.18≤Φ12/Φ≤0.28；

并且，第三透镜300与第四透镜400的组合光焦度Φ34与整个光学系统光焦度Φ之间满足：

1.05≤Φ34/Φ≤1.15。

在另一些实施方式中，第三透镜300与第四透镜400的组合光焦度Φ34与整个光学系统光焦度Φ之间还可以满足：

0.95≤Φ34/Φ≤1.15；

具体的，第二透镜200与第三透镜300之间设置有孔径光阑500；

在第二透镜200与第三透镜300之间设置有孔径光阑500用于调节光束的强弱，孔径光阑500设置在第二透镜200与第三透镜300之间可以保证近轴条件，改善成像质量，校正像差。

具体的，第一透镜100靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，第二透镜200靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凹面，第三透镜300靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，第四透镜400靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，第一透镜100的凸面以及凹面、第三透镜300的凸面以及第四透镜400的凸面为非球面，非球面满足：

；

Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数，非球面系数的各参数如下表所示：

值得注意的是，面序号所代表的镜面按照顺序对应为沿光轴从物侧到像侧依次排列的各透镜的镜面。

通过上述技术方案，将第一透镜100的凸面和凹面、第三透镜300凸面以及第四透镜400的凸面设置为非球面，可以减少透镜的像差，并且可以使透镜更平，在此基础上还可以减少周边放大率，通过非球面的设计，可以降低整个光学系统的长度，并且可以实现轻量化的效果，在保证透镜数量使用少的情况下也能满足像差校正的需求，减小整个光学系统尺寸的同时可以满足优秀的成像效果，可以起到简化设计，降低成本的目的。

具体的，第一透镜100靠近物侧一面的近轴曲率半径为62.602mm、通光孔径为55mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为118.39mm、通光孔径为50.2mm，第一透镜100在中轴线上的厚度为10.02mm；

第二透镜200靠近物侧一面的近轴曲率半径为-2222.65mm、通光孔径为48.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为256.38mm、通光孔径为46mm，第二透镜200在中轴线上的厚度为10.02mm，第二透镜200与第一透镜100在中轴线上的间隔为4.11mm；

孔径光阑500的通光孔径为39.6mm，孔径光阑500与第二透镜200在中轴线上的间隔为14.75mm；

第三透镜300靠近物侧一面的近轴曲率半径为56.15mm、通光孔径为43.1mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为331.81mm、通光孔径为38.1mm，第三透镜300与孔径光阑500在中轴线上的间隔为25.12mm，第三透镜300在中轴线上的厚度为15.11mm；

第四透镜400靠近物侧一面的近轴曲率半径为126.83mm、通光孔径为37.2mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为47.43mm、通光孔径为21.6mm，第四透镜400在中轴线上的厚度为24.68mm，第四透镜400与第三透镜300在中轴线上的间隔为0.1mm，第四透镜400与像平面在中轴线上的间隔为10.2mm。

通过上述技术方案，在保证成像质量优秀的同时缩减系统尺寸，使系统更加紧凑，节省成本，有利于使用和推广。

具体的，在一些实施方式中，第一透镜100的材料为硫系玻璃材料。

通过上述技术方案，硫系玻璃材料具有优良的红外透过率、较高的折射率和较低的折射率温度系数，因此将其作为第一透镜100的材料。

其中，在一些具体实施方式中，第一透镜100的材料可以是IG4玻璃，IG5玻璃或IG6玻璃。

在其中一些实施例中，第二透镜200的材料为锗材料。

通过上述技术方案，锗材料具有良好的机械性能与导热性能，因此将其作为第二透镜200的材料。

在其中一些实施例中，第三透镜300的材料为硫系玻璃材料。具体的，第三透镜300的材料可以是IG4玻璃，IG5玻璃或IG6玻璃。

通过上述技术方案，硫系玻璃材料具有优良的红外透过率、较高的折射率和较低的折射率温度系数，因此将其作为第三透镜300的材料。

在其中一些实施例中，第四透镜400的材料为晶体材料。

具体的，在一些具体实施方式中，硒化锌或硫化锌在0.5μm~22μm波长范围内具有良好的透射性能，并且具有光传输损耗小的等特点，其折射率、同质性和均匀性能提供优质的光学性能，因此将其作为第四透镜400的材料。

作为最优选的技术方案之一，该光学系统的参数设置如下表所示：

通过上述参数设置，该光学系统达到的技术指标如下：

（1）工作波段：3.7μm~4.8μm，8μm~12μm；

（2）焦距：50mm；

（3）探测器：640*512，17μm；

（4）相对孔径：F#/1。

在本实施例所记载的方案中，该光学系统可以与非制冷双色红外探测器匹配，用于航空航天或地面等多种平台，实现多波段红外成像，用于探测、监控等任务。

图2表明了本实例中光学系统在中波红外的光学传递函数曲线分布，平均光学传递函数值在达到了0.6@30lp/mm，成像质量较优异。

图3表明了本实例中光学系统在长波红外的光学传递函数曲线分布，平均光学传递函数值在达到了0.5@30lp/mm，成像质量较优异。

进一步地，参照图4，在另外一些实施例中，第一透镜100的光焦度Φ1与整个光学系统光焦度Φ满足：

0.40≤Φ1/Φ≤0.52；

第二透镜200的光焦度Φ2与整个光学系统光焦度Φ满足：

-0.40≤Φ2/Φ≤-0.35；

其中，在另一些实施方式中，第二透镜200的光焦度Φ2与整个光学系统光焦度Φ之间满足：

-0.40≤Φ2/Φ≤-0.25；

并且，第三透镜300与第四透镜400的组合光焦度Φ34与整个光学系统光焦度Φ之间满足：

1.05≤Φ34/Φ≤1.25。

具体的，第一透镜100与第二透镜200之间设置有孔径光阑500；

在第一透镜100与第二透镜200之间设置有孔径光阑500用于调节光束的强弱，孔径光阑500设置在第二透镜200与第三透镜300之间可以保证近轴条件，改善成像质量，校正像差。

具体的，第一透镜100靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，第二透镜200靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面，第三透镜300靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凸面，第四透镜400靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，第一透镜100的凸面以及凹面、第二透镜200的凹面以及凸面以及第三透镜300的两个凸面为非球面，非球面满足：

；

Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数，其中，非球面系数的各参数如下表所示：

值得注意的是，面序号所代表的镜面按照顺序对应为沿光轴从物侧到像侧依次排列的各透镜的镜面。

通过上述技术方案，将第一透镜100的凸面以及凹面、第二透镜200的凹面以及凸面以及第三透镜300的两个凸面为非球面，可以减少透镜的像差，并且可以使透镜更平，在此基础上还可以减少周边放大率，通过非球面的设计，可以降低整个光学系统的长度，并且可以实现轻量化的效果，在保证透镜数量使用少的情况下也能满足像差校正的需求，减小整个光学系统尺寸的同时可以满足优秀的成像效果，可以起到简化设计，降低成本的目的。

具体的，第一透镜100靠近物侧一面的近轴曲率半径为30.617mm、通光孔径为22.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为37.32mm、通光孔径为20mm，第一透镜100在中轴线上的厚度为6.52mm；、

孔径光阑500的通光孔径为18.7mm，孔径光阑500与第一透镜100在中轴线上的间隔为1.95mm；

第二透镜200靠近物侧一面的近轴曲率半径为-29.461mm、通光孔径为20.4mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为-38.16mm、通光孔径为23mm，第二透镜200在中轴线上的厚度为3.98mm，第二透镜200与孔径光阑500在中轴线上的间隔为7.92mm；

第三透镜300靠近物侧一面的近轴曲率半径为38.257mm、通光孔径为27.2mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为-132.042mm、通光孔径为25.4mm，第三透镜300与第二透镜200在中轴线上的间隔为2.25mm，第三透镜300在中轴线上的厚度为10.75mm；

第四透镜400靠近物侧一面的近轴曲率半径为207.859mm、通光孔径为24.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为32.862mm、通光孔径为18.8mm，第四透镜400在中轴线上的厚度为12.01mm，第四透镜400与第三透镜300在中轴线上的间隔为0.1mm，第四透镜400与像平面在中轴线上的间隔为7.52mm。

通过上述技术方案，在保证成像质量优秀的同时缩减系统尺寸，使系统更加紧凑，节省成本，有利于使用和推广

在其中一些实施例中，第一透镜100的材料为硫系玻璃材料。

通过上述技术方案，硫系玻璃材料具有优良的红外透过率、较高的折射率和较低的折射率温度系数，因此将其作为第一透镜100的材料。

在一些具体实施方式中，第一透镜100的材料可以选择为IG6玻璃。

在其中一些实施例中，第二透镜200的材料为锗材料。

通过上述技术方案，锗材料具有良好的机械性能与导热性能，因此将其作为第二透镜200的材料。

在其中一些实施例中，第三透镜300的材料为硫系玻璃材料。

通过上述技术方案，硫系玻璃材料具有优良的红外透过率、较高的折射率和较低的折射率温度系数，因此将其作为第三透镜300的材料。

在其中一些实施例中，第四透镜400的材料为晶体材料。

在一些具体实施方式中，第四透镜400的材料可以选择为硫化锌。

作为最优选的技术方案之一，该光学系统的参数设置如下表所示：

通过上述参数设置，该光学系统达到的技术指标如下：

（1）工作波段：3.7μm~4.8μm，7.7μm~9.5μm；

（2）焦距：25mm；

（3）探测器：1280*1024，12μm；

（4）相对孔径：F#/1.2。

在本申请所记载的技术方案中，该光学系统可以与非制冷双色红外探测器匹配，用于航空航天或地面等多种平台，实现多波段红外成像，用于探测、监控等任务。

图5表明了本发明实例中光学系统在中波红外的光学传递函数曲线分布，平均光学传递函数值在达到了0.55@42lp/mm，成像质量较优异。

图6表明了本发明实例中光学系统在长波红外的光学传递函数曲线分布，平均光学传递函数值在达到了0.38@42lp/mm，成像质量较优异。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，由以下四片透镜组成，具体为沿光轴从物侧到像侧依次排列的：

具有正光焦度的第一透镜；

具有负光焦度的第二透镜；

具有正光焦度的第三透镜；

具有负光焦度的第四透镜；

所述第一透镜的光焦度为Φ1，整个光学系统光焦度为Φ，满足：

0.4≤Φ1/Φ≤0.75；

所述第二透镜的光焦度为Φ2，满足：

-0.65≤Φ2/Φ≤-0.35；

所述第一透镜与所述第二透镜的组合光焦度为Φ12，满足：

0.18≤Φ12/Φ≤0.28；

所述第三透镜与所述第四透镜的组合光焦度Φ34，满足：

1.05≤Φ34/Φ≤1.15。

2.根据权利要求1所述的一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第二透镜靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凹面，所述第三透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第四透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第一透镜的凸面以及凹面、所述第三透镜的凸面以及所述第四透镜的凸面为非球面，非球面满足：

；

Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

3.根据权利要求2所述的一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜之间设置有孔径光阑。

4.根据权利要求3所述的一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为62.602mm、通光孔径为55mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为118.39mm、通光孔径为50.2mm，所述第一透镜在中轴线上的厚度为10.02mm；

所述第二透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为-2222.65mm、通光孔径为48.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为256.38mm、通光孔径为46mm，所述第二透镜在中轴线上的厚度为10.02mm，所述第二透镜与所述第一透镜在中轴线上的间隔为4.11mm；

所述孔径光阑的通光孔径为39.6mm，所述孔径光阑与所述第二透镜在中轴线上的间隔为14.75mm；

所述第三透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为56.15mm、通光孔径为43.1mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为331.81mm、通光孔径为38.1mm，所述第三透镜与所述孔径光阑在中轴线上的间隔为25.12mm，所述第三透镜在中轴线上的厚度为15.11mm；

所述第四透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为162.83mm、通光孔径为37.2mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为47.43mm、通光孔径为21.6mm，所述第四透镜在中轴线上的厚度为24.68mm，所述第四透镜与所述第三透镜在中轴线上的间隔为0.1mm，所述第四透镜与像平面在中轴线上的间隔为10.2mm。

5.根据权利要求1所述的一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜的材料为硫系玻璃材料，所述第二透镜的材料为锗材料，所述第三透镜的材料为硫系玻璃材料，所述第四透镜的材料为晶体材料。

6.一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，由以下四片透镜组成，具体为沿光轴从物侧到像侧依次排列的：

具有正光焦度的第一透镜；

具有负光焦度的第二透镜；

具有正光焦度的第三透镜；

具有负光焦度的第四透镜；

所述第一透镜的光焦度为Φ1，整个光学系统光焦度为Φ，满足：

0.40≤Φ1/Φ≤0.52；

所述第二透镜的光焦度为Φ2，满足：

-0.40≤Φ2/Φ≤-0.35；

所述第三透镜与所述第四透镜的组合光焦度为Φ34，满足：

1.05≤Φ34/Φ≤1.25。

7.根据权利要求6所述的一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第二透镜靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面，所述第三透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凸面，所述第四透镜靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面，所述第一透镜的凸面以及凹面、所述第二透镜的凹面以及凸面以及所述第三透镜的两个凸面为非球面，非球面满足：

；

Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

8.根据权利要求7所述的一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜之间设置有孔径光阑。

9.根据权利要求8所述的一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为30.617mm、通光孔径为22.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为37.32mm、通光孔径为20mm，所述第一透镜在中轴线上的厚度为6.52mm；

所述孔径光阑的通光孔径为18.7mm，所述孔径光阑与所述第一透镜在中轴线上的间隔为1.95mm；

所述第二透镜靠近物侧一面的曲率半径为-29.461mm、通光孔径为20.4mm，靠近像侧一面的曲率半径为-38.16mm、通光孔径为23mm，所述第二透镜在中轴线上的厚度为3.98mm，所述第二透镜与所述孔径光阑在中轴线上的间隔为7.92mm；

所述第三透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为38.257mm、通光孔径为27.2mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为-132.042mm、通光孔径为25.4mm，所述第三透镜与所述第二透镜在中轴线上的间隔为2.25mm，所述第三透镜在中轴线上的厚度为10.75mm；

所述第四透镜靠近物侧一面的近轴曲率半径为207.859mm、通光孔径为24.8mm，靠近像侧一面的近轴曲率半径为32.862mm、通光孔径为18.8mm，所述第四透镜在中轴线上的厚度为12.01mm，所述第四透镜与所述第三透镜在中轴线上的间隔为0.1mm，所述第四透镜与像平面在中轴线上的间隔为7.52mm。

10.根据权利要求6所述的一种共口径中长波红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜的材料为硫系玻璃材料，所述第二透镜的材料为锗材料，所述第三透镜的材料为硫系玻璃材料，所述第四透镜的材料为晶体材料。

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