CN220305553U - 一种用于红外波段的光学系统及包含其的红外热像仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型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。

Description

一种用于红外波段的光学系统及包含其的红外热像仪

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，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

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。

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。

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。

实用新型内容

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。

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；

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。

在其中一个实施例中，所述超透镜满足如下公式：

其中，θ_Mi表示光线射入所述超透镜的最大入射角，θ_Mr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。

在其中一个实施例中，所述超透镜还满足如下公式；

其中，R_Meta表示所述超透镜的有效通光半径，R_max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。

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。

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种用于红外波段的光学系统的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的另一种用于红外波段的光学系统的结构示意图；

图3示出了图2中光学系统对应的光学传递函数模值与像高的曲线图；

图4示出了图2中光学系统对应的相对照度与像高的曲线图；

图5示出了图2中光学系统对应的场曲曲线图和畸变曲线图；

图6示出了图2中光学系统对应的点列图；

图7示出了本实用新型实施例所提供的再一种用于红外波段的光学系统的结构示意图；

图8示出了图7中光学系统对应的光学传递函数模值与视场的曲线图；

图9示出了图7中光学系统对应的点列图；

图10示出了图7中光学系统对应的相对照度与视场的曲线图；

图11示出了图7中光学系统对应的场曲曲线图和畸变曲线图；

图12示出了本实用新型实施例所提供的又一种用于红外波段的光学系统的结构示意图；

图13示出了图12中光学系统对应的光学传递函数模值与视场的曲线图；

图14示出了图12中光学系统对应的点列图；

图15示出了图12中光学系统对应的相对照度与像高的曲线图；

图16示出了图12中光学系统对应的场曲曲线图和畸变曲线图。

具体实施方式

现将在下文中参照附图更全面地描述本实用新型，在附图中示出了各实施方式。然而，本实用新型可以以许多不同的方式实施，并且不应被解释为限于本实用新型阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供使得本实用新型将是详尽的和完整的，并且将向本领域技术人员全面传达本实用新型的范围。通篇相同的附图标记表示相同的部件。再者，在附图中，为了清楚地说明，部件的厚度、比率和尺寸被放大。

本实用新型使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而非旨在成为限制。除非上下文清楚地另有所指，否则如本实用新型使用的“一”、“一个”、“该”和“至少之一”并非表示对数量的限制，而是旨在包括单数和复数二者。例如，除非上下文清楚地另有所指，否则“一个部件”的含义与“至少一个部件”相同。“至少之一”不应被解释为限制于数量“一”。“或”意指“和/或”。术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或更多个的任何和全部组合。

除非另有限定，否则本实用新型使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本领域技术人员所通常理解的含义相同的含义。如共同使用的词典中限定的术语应被解释为具有与相关的技术上下文中的含义相同的含义，并且除非在说明书中明确限定，否则不在理想化的或者过于正式的意义上将这些术语解释为具有正式的含义。

“包括”或“包含”的含义指明了性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合，但是并未排除其他的性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在······下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向，例如旋转90度或者在其它方向，并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

本实用新型参照作为理想化的实施方式的截面图描述了实施方式。从而，预见到作为例如制造技术和/或公差的结果的、相对于图示的形状变化。因此，本实用新型描述的实施方式不应被解释为限于如本实用新型示出的区域的具体形状，而是应包括因例如制造导致的形状的偏差。例如，被示出或描述为平坦的区域可以典型地具有粗糙和/或非线性特征。而且，所示出的锐角可以被倒圆。因此，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状并非旨在示出区域的精确形状并且并非旨在限制权利要求的范围。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种用于红外波段的光学系统10。该光学系统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。其中，在超透镜102的两侧表面中的任意一侧表面上可以设置有阵列排布的亚波长尺寸的纳米结构。

第一折射透镜104的物侧表面和像侧表面的表面类型为球面。第一折射透镜104的物侧表面和像侧表面的凹凸方向相同，即第一折射透镜104两侧表面同时向物侧或者像侧凸出。如此可节省第一折射透镜104的制造成本以及降低第一折射透镜104的加工难度。需要说明，物侧为光线射入侧，像侧为光线射出侧。

第二折射透镜106的物侧表面和像侧表面的表面类型为球面。第二折射透镜106的物侧表面和像侧表面的凹凸方向相同，即第二折射透镜106两侧表面同时向物侧或者像侧凸出。如此可节省第二折射透镜106的制造成本以及降低第二折射透镜106的加工难度。

上述用于红外波段的光学系统10中，采用超透镜102作为第一片镜片，即最靠近待测物体的镜片，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，因此可同时兼顾大视野成像和小体积。

为进一步地兼顾大视野成像和小体积，在一个实施例中，通过对超透镜两侧光线的入射角和出射角之间的关系进行限制，可保证大角度入射的光线经由第一片超透镜102后能够被充分压缩，使得光路的整体口径不会过大，同时出射光线的角度也不会过小导致光路整体被拉长，影响光学总长(Total Track Length,TTL)，可以对超透镜102两侧光线的入射角和出射角之间的关系限制如下：

其中，θ_Mi表示光线射入超透镜102的最大入射角，θ_Mr表示光线射出超透镜102的最大出射角，f₁表示超透镜102的等效焦距。

上述关系也可以限制超透镜102的光焦度在光学系统10中的光焦度的贡献，为光学系统10提供色差校正的能力。

在一个实施例中，为了控制光学系统10的口径满足要求的设计值，同时保证具有大光圈值(例如F数达到0.9)，需要对超透镜102的有效通光半径、光学系统10的最大通光半径以及光学系统10能支持的最大像面半径之间进行一定约束，具体约束条件如下：

其中，R_Meta表示超透镜102的有效通光半径，R_max表示光学系统10的最大通光半径，IMAG表示光学系统10能支持的最大像面半径。

在一个实施例中，第一折射透镜104具有正光焦度。第一折射透镜104的物侧表面的曲率半径的绝对值大于第一折射透镜104的像侧表面的曲率半径的绝对值。第一折射透镜104的曲率半径差异可导致光线不同程度的折射，可以被用来校正色散效应，即不同波长的光线在第一折射透镜104中折射角度不同的问题。

在另一个实施例中，第二折射透镜106具有正光焦度。第二折射透镜106的物侧表面的曲率半径的绝对值大于第二折射透镜106的像侧表面的曲率半径的绝对值。第二折射透镜106的曲率半径差异可导致光线不同程度的折射，可以被用来校正色散效应，即不同波长的光线在第二折射透镜106中折射角度不同的问题。

在一个实施例中，在光学系统的光圈要求较大时(例如F数达到0.9)，会产生球差、彗差、垂轴色差等像差。对此，采用两个镜片，即第一折射透镜104和第二折射透镜106，通过厚度、曲率等因素来影响光线的会聚，以实现像差校正。可选地，第一折射透镜104和第二折射透镜106的材料相同，且具有相同折射率n和阿贝数v，来共同起到校正光学系统像差的目的。具体分配第一折射透镜104和第二折射透镜106的光焦度与光学系统10的总光焦度的关系如下：

其中，f₂表示第一折射透镜104的焦距，f₃表示第二折射透镜106的焦距，f表示光学系统10的等效焦距。

本实施例中，通过限制如上所述的第一折射透镜104和第二折射透镜106的光焦度与光学系统10的总光焦度的关系，可以合理分配第一折射透镜104和第二折射透镜106的光焦度，避免出现一个镜片光焦度太大，而另一个镜片光焦度太小的情况，导致无法发挥两个镜片的像差校正能力。同时增大第一折射透镜104和第二折射透镜106在光学系统10的总光焦度中的比重，有利于增强对大口径产生的球差、彗差等像差的校正能力。

在一个实施例中，光学系统10还包括孔径光阑，孔径光阑与超透镜102的像侧表面相接触。

在一个实施例中，光学系统10还包括窗口玻璃108，窗口玻璃108的物侧表面与第二折射透镜106的像侧表面相对设置。可选地，窗口玻璃108的材质为硅(Si)。

本实施例中，窗口玻璃108可起到保护光学系统10的作用。

在一个实施例中，超透镜102的像侧表面具有纳米结构。即，超透镜102的纳米结构设置于超透镜朝向像侧的一侧表面，以避免光学系统10使用时造成纳米结构的磨损，影响超透镜的光学性能。

进一步，在一个实施例中，超透镜102对入射光场的相位调制满足如下公式：

其中，x和y表示相对于超透镜102中心的空间坐标，f₁表示超透镜102的焦距，λ表示射入超透镜102的光线的波长。建立纳米结构与相位的数据库，再选择与目标轮廓相位匹配的纳米结构组成整体的超透镜模型。

在上述实施例的基础上，作为一种实际产品的示例，设计用于红外波段的光学系统需满足表1所示的技术指标：

表1

该光学系统所搭配的红外探测器像面尺寸为5.6×4.2mm，像元尺寸35μm，则根据奈奎斯特采样频率，可算出该系统的衍射极限为1000/(2×35)＝14线对/毫米(lp/mm)。

为满足如上设计需求，下面提供三种光学系统10的具体结构设计。

结构设计一：

如图2所示，光学系统10包括从物侧(左侧)到物侧(右侧)依次设置的超透镜102、第一折射透镜104和第二折射透镜106。孔径光阑和超透镜像侧表面共面。窗口玻璃108设置在第二折射透镜106和红外探测器之间作为保护。光学系统10形成的像呈现在红外探测器的接收面上。

其中，图2中各组件对应的参数数据如表2所示：

表2

结构设计一所提供的光学系统10的光学总长为9.965mm，小于设计需求的10mm，满足设备小型化的目的。

图3至图6示出了该光学系统10的光学性能。

图3示出了该光学系统10在8-12μm下对应的光学传递函数模值与像高的曲线图。图3中S1虚线和T1实线对应的空间频率为3.50线对/毫米，S2虚线和T2实线对应的空间频率为7.00线对/毫米，S3虚线和T3实线对应的空间频率为14.00线对/毫米。

虚线与实线越接近，代表镜头色散和色差控制越好。图3中相应虚线和实线接近程度较高，表明该光学系统10具有优秀的色散和色差控制能力。

图4示出了该光学系统10对应的相对照度与像高的曲线图。图4中示出该光学系统10的相对照度在70％以上，满足相对照度大于50％的基本要求。

图5示出了该光学系统10对应的场曲曲线图和畸变曲线图。图5中最大视场为51.993度。图5中的左图示出该光学系统10的弧矢场曲(Sagittal Field Curvature,简写成S)在中心波长(10μm)处为0.3612毫米，子午场曲(Tangential Field Curvature，简写成T)在中心波长(10μm)处为2.6157毫米。图5中的右图示出该光学系统10的畸变大约为30％。图5表明该光学系统的场曲和畸变满足设计需求。

图6示出了该光学系统10对应的点列图。其中，该点列图对应的视场(单位为度)、均方根半径(RMS radius，单位为μm)、几何最大半径(GEO radius，单位μm)如下表3所示：

表3

该点列图的缩放条为1000，参考为主光线。

该光学系统10在不同视场下，弥散斑能量集中，位于艾里斑直径范围内，反映出该光学系统10的垂轴像差控制能力优秀。

结构设计二：

如图7所示，光学系统10包括从物侧(左侧)到物侧(右侧)依次设置的超透镜102、第一折射透镜104和第二折射透镜106。孔径光阑和超透镜像侧表面共面。窗口玻璃108设置在第二折射透镜106和红外探测器之间作为保护。光学系统10形成的像呈现在红外探测器的像面上。

其中，图7所示结构中各组件对应的参数数据如表4所示：

表4

结构设计二所提供的光学系统10的光学总长为9.972mm，小于设计需求的10mm，满足设备小型化的目的。

图8至图11示出了该光学系统10的光学性能。

图8示出了该光学系统10在8-12μm下对应的光学传递函数模值与视场的曲线图。图8中S1虚线和T1实线对应的空间频率为3.50线对/毫米，S2虚线和T2实线对应的空间频率为7.00线对/毫米，S3虚线和T3实线对应的空间频率为14.00线对/毫米。

虚线与实线越接近，代表镜头色散和色差控制越好。图8中相应虚线和实线接近程度较高，表明该光学系统10具有优秀的色散和色差控制能力。

图9示出了该光学系统10对应的点列图。其中，该点列图对应的视场(单位为度)、均方根半径(RMS radius，单位μm)、几何最大半径(GEO radius，单位μm)如下表5所示：

表5

该点列图的缩放条为400，参考为主光线。

该光学系统10在不同视场下，弥散斑能量集中，位于艾里斑直径范围内，反映出该光学系统10的垂轴像差控制能力优秀。

图10示出了该光学系统10对应的相对照度与视场的曲线图。图10中示出该光学系统10的相对照度在75％以上，满足相对照度大于50％的基本要求。

图11示出了该光学系统10对应的场曲曲线图和畸变曲线图。图11中最大视场为51.993度。图11中的左图示出该光学系统10的弧矢场曲(S)在中心波长(10μm)处0.3402毫米，子午场曲(T)在中心波长(10μm)处为0.9778毫米。图11中的右图示出该光学系统10的畸变大约为35％。图11表明该光学系统的场曲和畸变满足设计需求。

结构设计三：

如图12所示，光学系统10包括从物侧(左侧)到物侧(右侧)依次设置的超透镜102、第一折射透镜104和第二折射透镜106。孔径光阑和超透镜像侧表面共面。窗口玻璃108设置在第二折射透镜106和红外探测器之间作为保护。光学系统10形成的像呈现在红外探测器的接收面上。

其中，图12所示组件对应的参数数据如表6所示：

表6

结构设计三所提供的光学系统10的光学总长为9.966mm，小于设计需求的10mm，满足设备小型化的目的。

图13至图16示出了该光学系统10的光学性能。

图13示出了该光学系统10在8-12μm下对应的光学传递函数模值与视场的曲线图。图13中S1虚线和T1实线对应的空间频率为3.50线对/毫米，S2虚线和T2实线对应的空间频率为7.00线对/毫米，S3虚线和T3实线对应的空间频率为14.00线对/毫米。

虚线与实线越接近，代表镜头色散和色差控制越好。图8中相应虚线和实线接近程度较高，表明该光学系统10具有优秀的色散和色差控制能力。

图14示出了该光学系统10对应的点列图。其中，该点列图对应的视场(单位为度)、均方根半径(RMS radius,单位为μm)、几何最大半径(GEO radius,单位为μm)如下表7所示：

表7

该点列图的缩放条为1000，参考为主光线。

该光学系统10在不同视场下，弥散斑能量集中，位于艾里斑直径范围内，反映出该光学系统10的垂轴像差控制能力优秀。

图15示出了该光学系统10对应的相对照度与像高的曲线图。图15中示出该光学系统10的相对照度在70％以上，满足相对照度大于50％的基本要求。

图16示出了该光学系统10对应的场曲曲线图和畸变曲线图。图16中最大视场为51.993度。图16中的左图示出该光学系统10的弧矢场曲(S)在中心波长(10μm)处0.2611毫米，子午场曲(T)在中心波长(10μm)处2.6865毫米。图16中的右图示出该光学系统10的畸变大约为30％。图16表明该光学系统的场曲和畸变满足设计需求。

结构设计一、二和三所提供的光学系统的各指标项数据汇总如表8所示：

表8

在一个实施例中，还提供了一种红外热像仪，包括上述实施例涉及的光学系统10以及红外探测器。其中，入射光经过光学系统10后成像于红外探测器的接收面。

在一个实施例中，红外热像仪还包括窗口玻璃108，窗口玻璃108设置在第二折射透镜106与红外探测器之间。

本实施例中，窗口玻璃108可起到保护光学系统10和红外探测器的作用。

上述红外热像仪中使用的超透镜102可以通过半导体工艺加工，具有重量轻、厚度薄、结构及工艺简单、成本低及量产一致性高等优点。另外，将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，有助于实现红外热像仪小型化的目的。进一步地，通过对超透镜两侧光线的入射角和出射角之间的关系进行限制，可保证大角度入射的光线经由第一片超透镜后能够被充分压缩，使得光路的整体口径不会过大，同时出射光线的角度也不会过小导致光路整体被拉长。如此即可实现红外热像仪兼顾大视野和小体积的效果。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

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)；

其中，所述第一折射透镜(104)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(104)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(106)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(106)的物侧表面和像侧表面的凹凸方向相同。

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：

其中，θ_Mi表示光线射入所述超透镜(102)的最大入射角，θ_Mr表示光线射出所述超透镜(102)的最大出射角，f₁表示所述超透镜(102)的等效焦距。

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：

其中，R_Meta表示所述超透镜(102)的有效通光半径，R_max表示所述光学系统(10)的最大通光半径，IMAG表示所述光学系统(10)能支持的最大像面半径。

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：

其中，f₂表示所述第一折射透镜(104)的焦距，f₃表示所述第二折射透镜(106)的焦距，f表示所述光学系统(10)的等效焦距。

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。