[发明专利]一种宽光谱大视场太赫兹波镜头及其工作方法

说明书

一种宽光谱大视场太赫兹波镜头，包括沿光轴方向自物侧至像侧依次设置的第一双凸透镜、光阑、第二双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜及探测器保护片，所述第一双凸透镜、第二双凸透镜与平凸透镜均为正光焦度，所述双凹透镜为负光焦度。同时还公开了一种宽光谱大视场太赫兹波镜头的工作方法。该镜头结构简洁，所有透镜均采用TPX材料，大大降低成本和减轻系统的重量。具有大孔径、大视场、高分辨率的特点，在低光和0.2~4THz宽波段内均可获得优异的成像质量，使得该物镜所能探测的目标更多样化，大大扩展了应用范围，在太赫兹成像光学领域中具有重大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种宽光谱大视场太赫兹波镜头。

背景技术

太赫兹波(Terahertz, THz)是指频率范围在0.1 THz∼10 THz（3000 μm∼30 μm）的电磁辐射，其波长介于毫米波和红外之间。由于太赫兹波光谱能量较低，不会电离损伤生物组织，且对衣物等非金属材料具有较强的穿透能力，使得太赫兹成像技术在生物医学领域、公共安全检测等方面有着广泛的应用。而在太赫兹技术应用中，成像物镜是高质量成像系统中必备的光学元件。其中宽波段的太赫兹物镜所能探测的目标更多样化，适用领域更广。同时，大孔径和大视场的太赫兹物镜在低光条件下能够清晰成像，且其拍摄视场更宽。

但是，现有设计往往不能同时兼顾其宽光谱、大孔径和大视场这三个方面，如：基于反射元件的太赫兹物镜具有较宽光谱范围，但其孔径和视场较小；而基于折射元件的物镜更多的是仅针对某波段光谱实现大孔径和大视场成像等。此外，目前太赫兹物镜常采用高阻硅制备，该材料成本高昂，重量重，且其折射率高达3.42，在空气-硅界面的反射损耗较大。与此同时，该类镜头大多采用多个非球面，其加工工艺与球面相比，有较大的困难，大大增加成本。因此，采用新型轻便的廉价聚合物材料，减少非球面数量，设计一款具有低成本、宽光谱、大孔径、大视场、高分辨率等优异性能的太赫兹成像物镜具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽光谱大视场太赫兹波镜头，该镜头可以满足宽波段、大孔径、大视场的要求，还能实现高分辨率和高成像质量的功能，同时又能进一步降低成本，实现轻量化。

本发明的技术方案在于：一种宽光谱大视场太赫兹波镜头，包括沿光轴方向自物侧至像侧依次设置的第一双凸透镜、光阑、第二双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜及探测器保护片，所述第一双凸透镜、第二双凸透镜与平凸透镜均为正光焦度，所述双凹透镜为负光焦度。

进一步地，所述第一双凸透镜的前表面为偶次非球面，该非球面的系数满足方程：，该非球面的圆锥系数为-1.089，而四次项系数、六次项系数及八次项系数分别为：-2.122×10^-6、6.92×10^-10、-5.604×10^-12。

进一步地，所述平凸透镜的前表面为凸面，后表面为平面，所述探测器保护片的前后表面均为平面。

进一步地，所述第二双凸透镜的前后表面、平凸透镜的前后表面、双凹透镜的前后表面以及第一双凸透镜的后表面均为标准球面或标准平面。

进一步地，所述第一双凸透镜、第二双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜及探测器保护片的材料均为聚4-甲基戊烯（TPX）。

进一步地，所述第一双凸透镜、第二双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜及探测器保护片的中心厚度分别为：9.5 mm、8.1 mm、6.4 mm、2 mm、1 mm。

进一步地，镜头的总长L为62.5 mm，所述光阑靠近第一双凸透镜，两者之间的空气间隔为2 mm，所述光阑与第二双凸透镜之间的空气间隔为23.4 mm，所述第二双凸透镜与平凸透镜的空气间隔为0.12 mm，所述平凸透镜与双凹透镜的空气间隔为6.3 mm，所述双凹透镜到探测器保护片的空气间隔为3.1 mm。