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基于非致冷焦平面阵列探测器的热成像系统，要求光学系统具有足够大的相对孔径。本文介绍了大视场、大相对口径长波红外光学系统的结构选型、基本参数确定及设计和研制。给出适用于非致冷焦平面面阵凝视式长波红外广角地平仪镜头的光学设计和研制结果，其工作波段10至16微米，全视场角为135°，相对孔径达F/0.8。证明采用"负-正-正"型式的反远距像方远心光路镜头结构，能够很好地解决大视场大相对口径镜头的轴外像差校正和像面照度均匀性问题。此镜头仅有三块非球面锗透镜构成，结构简单、体积很小、后工作距离大，成像质量接近于衍射极限，在20线对/毫米空间频率处的调制传递函数值超过0.6。