CN101387738A - 远红外线摄像透镜、透镜单元和成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括由ZnS形成的三个透镜的远红外线摄像透镜。第一透镜是双凸透镜，第二透镜是负弯月形或者双凹透镜，第三透镜是正弯月形透镜。在透镜的任意表面上形成衍射表面。当所述透镜系统的总焦距f是10mm到30mm并且所述第一透镜和所述第二透镜的焦距f12是20到70mm时，1≤f12/f≤3。

Description

远红外线摄像透镜、透镜单元和成像装置
技术领域
本发明涉及具有广角的远红外线摄像透镜和透镜单元以及使用上述摄像透镜和透镜单元的成像装置。
背景技术
远红外线是8μm到12μm的波长范围内的光，该范围包括人所发射的远红外线的波长范围。远红外线的波长范围比光通信的波长范围长得多。远红外线摄像机是可以感知人或者动物发射的红外线并在夜间使人或者动物成像的摄像机。为了使驾驶者能够在夜间更安全地驾驶机动车，需要快速并准确地识别出前方存在的人或者动物。机动车使用前照灯照明前方从而通过反射光识别图像。这是使用可见反射光的前方识别。然而，在使用可见反射光方法的情况下，不能看到灯发出的光不能到达的远方或者侧面。这可以由远红外线摄像机实现。
人或者动物的体温大约为310K，在310K时黑体辐射的峰值波长为大约8μm到12μm。相应地，可以使用远红外线摄像机通过捕捉人或者动物所发射的远红外线来识别人的存在。此外，由于远红外线不是灯的反射光，因此可以看到灯的照射范围以外的远方。如果在机动车内设置结合有远红外线摄像机和图像处理系统的装置，那么可以较早地识别出远方存在的人或者动物。于是，将提高夜间行车的安全性。
优选的是，在机动车内设置用于夜间观察的远红外线摄像机。然而，为了使其成为可能，要解决各种难题。难题之一是远红外线摄像机非常昂贵。此外，另一个难题是分辨率不够高。因此，存在光学系统有缺陷的问题。此外，没有低成本并且合适的光接收元件。
由于远红外线具有较低能量，因此不可能采用普通光电二极管探测远红外线，普通光电二极管使用由具有较宽带隙的Si、GaAs、InP等形成的基体。由于远红外线具有较低能量，因此当使用具有较窄带隙的半导体制成PN结时，可以接收光线。然而，由于远红外能量大约为室温，因此，当光接收元件处于室温时，不能探测到远红外线。如果不能高度地冷却光接收元件，那么难以在车辆上使用光接收元件。
因此，例如，使用在8μm到12μm范围内具有灵敏度的热电堆探测器、SOI(绝缘体上硅)二极管或者辐射热测定器作为远红外线摄像机的成像器件。以上所述的不是具有PN结的光接收元件而是将热转换成电的元件和非冷却型成像器件。目前，使用像素数为160×120或者320×240的成像器件。
在本文中将围绕光学系统进行讨论。用于聚集远红外线的透镜材料存在一个问题。锗(Ge)是允许良好地透过红外线的材料。由于锗是允许良好地透过红外线的材料并且具有高折射率(对于远红外线大约为4)，因此锗是良好的红外材料。具有10μm波长的远红外线透过Ge的透射率为大约40％到45％。然而，在适当使用增透涂层的情况下，透射率为大约90％到98％。
然而，Ge是产出量较低的稀有矿物。Ge是有限的自然资源并且非常昂贵。此外，由于Ge非常坚硬，因此需要首先通过切削较大的Ge块来制成透镜的形状，然后通过研磨制作光滑表面。这是一项使用精密设备耗费较长时间的工作。由于Ge非常坚硬，加工工具也是特别的。在使用Ge透镜的情况下，价格会升高。推广昂贵的远红外线摄像机是困难的。
已知硫属化物玻璃也是红外透镜的材料。硫属化物玻璃是含有诸如氯、溴和碘等硫族元素和锗的玻璃。由于硫属化物玻璃几乎不吸收红外线，因此硫属化物玻璃可以用于红外线透镜。由于可以通过加热来熔化硫属化物玻璃，因此可以通过模具的形状使硫属化物玻璃成型。然而，由于硫属化物玻璃还包含作为主组分的锗，因此材料成本增加。
ZnSe是不含Ge的材料。可以利用CVD法使ZnSe多晶化，然后通过切削多晶ZnSe来获得透镜。与Ge相同，切削和研磨ZnSe的制造成本较高
为了在机动车中广泛地安装远红外线摄像机，需要以较低成本制造远红外线摄像机。因此，需要开发能够有效地探测8μm到12μm范围的远红外线的传感器并以较低成本制造透镜光学系统。如上所述，用于远红外线的最佳材料是锗。然而，锗是昂贵的材料。相应地，只要使用Ge，就不能制造出低成本的远红外线摄像机。虽然硫属化物玻璃也是下一个候选材料，但是因为硫属化物玻璃也包含大量的锗，因此也不能降低成本。ZnSe也是用于红外线的候选材料，但是因为其对远红外线的吸收率较大，因此不适于作为摄像透镜使用。
接下来，考虑作为候选材料的ZnS(硫化锌)。这是低成本的材料。ZnS的远红外线透射率低于锗而ZnS对远红外线的吸收率大于锗。10μm波长光的透射率是大约70％到75％。在适当使用增透涂层的情况下，透射率是大约85％到90％。ZnS的折射率低于锗的折射率。由于该原因，在作为透镜的性能方面ZnS劣于锗。此外，ZnS难以加工。目前，可以使用CVD法使ZnS多晶化，以将多晶ZnS切削成圆筒凸形或者圆筒凹形以及研磨多晶ZnS从而最终地使其表面平滑。然而，由于ZnS也是较硬的材料，因此切削和研磨ZnS的成本较高。由于这些原因，还不存在利用ZnS透镜实现的红外光学系统。
然而，存在一些使用ZnS透镜作为远红外透镜的建议。WO2003/055826提出使用烧结法制造ZnS透镜的方法。在该情况下，使用透镜形状的模具通过热压法使ZnS粉末成型。
JP-A-11-295501提出在900℃到1000℃的温度范围内和150到800kg/cm2的压力下通过热压法使ZnS成型而将透镜制造成为多晶ZnS烧结压缩体的方法。
远红外线摄像机的一个有益应用是帮助机动车驾驶员观察行人的夜视系统。这是使用远红外线摄像机的夜间行人探测系统。由于人或者动物具有较高的体温，因此人或者动物发射8μm到12μm波长范围内的红外线。可以利用感知上述波长范围内的红外线的摄像机探测夜间在道路上是否存在人或者动物。由于不探测反射光，因此可以探测出现在灯光不能到达的远方或者斜向部分的人或者动物。在高速行驶的机动车中，希望能够探测到在通过前照灯的反射光不能充分观察到的视野角落处是否存在人或者动物。相应地，优选的是具有广角。此外，为了辨别人和物体，需要高分辨率。此外，在系统用于车辆的情况下，由于在车辆中没有足够的空间因此该系统应该较小。
然而，在透镜较小并具有广角的情况下，趋于缩短后焦距BF。后焦距是从透镜系统的最后透镜的后表面到像面(成像表面)的距离。在使用红外线传感器的情况下，窗口和传感器(光接收表面)彼此隔开几毫米。相应地，如果后焦距短于窗口和像面之间的距离，那么最后透镜与窗口接触。例如，窗口与传感器之间的距离大约为4mm到5mm。窗口具有例如0.5mm到1.0mm的厚度。
此外，需要在窗口外侧安装遮光器。该遮光器是能够瞬间开关的金属薄板并具有有限的厚度。该遮光器与最后透镜或者窗口不接触。因此，如果不能保证足够的后焦距BF，那么不存在足够的空间用于与传感器组合。后焦距所需的范围由传感器的尺寸确定。在如上所述的窗口和传感器表面之间的距离为4mm到5mm以及窗口的厚度为0.5mm到1.0mm的情况下，需要后焦距为6mm或者更大。
发明内容
本发明提供一种达到上述目的的方法。在将摄像机用于车辆的情况下，摄像机的整体尺寸不能过大。相应地，后焦距BF不能过长。后焦距BF优选地最长为20mm。因此，本发明的目的是将后焦距设定为6mm到20mm。本发明的第一目的是提供一种使用ZnS作为材料并具有长后焦距的红外线透镜。本发明的第二目的是提供一种具有长后焦距、高分辨率和宽视场的红外线透镜。
如果透镜较小并具有广角，那么焦距较短。因此，后焦距BF通常较短。由于在传感器中窗口和像面(传感器表面)彼此隔开并且遮光器设置在窗口的外部，因此如果后焦距较短则在传感器的像面上不能形成无限远处物体的像。因此，本发明的目的是提供一种具有6mm或者更长的后焦距的远红外线透镜。
本发明的红外线透镜由ZnS形成并构造成包括前组和后组。前组包括：第一透镜，其具有双凸形；以及第二透镜，其具有负的弯月形或者双凹形；而后组包括：第三透镜，其具有正的弯月形。每个透镜的表面是非球面。至少一个表面是衍射表面。设置非球面和衍射表面以便抑制各种像差。这与使得后焦距BF较长的目的不直接相关。通过适当地选择透镜的形状和焦距使得后焦距较长。
此外，通过结合这些透镜可以获得透镜单元。此外，还可以获得这样的成像装置(红外线摄像机)：其设置有透镜单元和使在透镜上形成的像成像的成像单元。
由于本发明构造成包括：具有双凸形的第一透镜；负弯月形透镜或者具有双凹形的第二透镜；以及具有正弯月形的第三透镜；因此，可以实现较长的后焦距BF。因为第一透镜具有双凸形，因此第一透镜增加物体侧凸面的曲率。进行该设计以便获得广角。可以使像面侧的曲率较小。像面侧表面可以几乎是平坦的。如果第一透镜具有正弯月形，那么就会产生第二透镜不能校正的像差，因此第一透镜具有双凸形。第二透镜用于发散光束。因此，需要第二透镜在像面侧为凹的。即使在使用负弯月形透镜的情况下，也需要透镜在像面侧是凹的弯月形透镜。
第一透镜和第二透镜使图像形成在远于像面的位置上。通过第三透镜将像拉回，从而使得图像形成在像面(传感器表面)上。相应地，第三透镜是具有正光焦度的透镜。为了获得广角透镜，通过第二透镜发散周围光。相应地，第三透镜是在物体侧为凸形的正透镜。
后焦距BF是上述最后透镜和像面之间的距离。在该发明中，后焦距BF是从第三透镜的后表面到传感器像面的距离。优选的是，使得到第三透镜的像的距离较长从而使得后焦距较长。通过第二透镜在较远位置上成像。假设从第三透镜到像之间的距离是a，第三透镜的焦距是f3，从第三透镜到像面之间的距离是b，那么1/(-a)+1/b＝1/f3(f3>0；a>b)。在本文中，目标是b>6mm。
由于b设定为较大，因此优选的是f3极大。然而，从第一透镜到像面之间的距离(包括摄像机和传感器的光学系统的总长)是有限的(25mm到40mm)。相应地，总焦距f的上限是有限的。然而，f应该大到一定程度从而增加b。然后，总焦距f限制为大约10mm到30mm。需要通过第一透镜和第二透镜使得在像面前方无限远(较远位置)的位置处成像。根据第三透镜的光焦度和第二透镜与第三透镜之间的距离，需要f12为20mm或者更大。
然而，由于如果在太远处成像则应该增大第三透镜的光焦度，因此，f12的上限是大约70mm。因此，将f12设定为大约20mm至70mm。除了透镜的焦距以外，透镜之间的距离也是相关的并且是复杂的。如果在f＝10到30mm和f12＝20到70mm的条件下适当地选择透镜的光焦度和透镜之间的距离，那么后焦距BF可以设定为6mm或者更长。
当后焦距BF较长时，像面侧的透镜更靠近物体侧的透镜从而使得像面侧的透镜的离轴光束穿过距光轴较远的位置。因此，难以校正球差和像散。在本发明中，透镜的表面用作非球面。由于非球面，可以良好地校正球差和像散。
在ZnS中，波长色散较大。相应地，在ZnS中产生色差，这会使性能恶化。在本发明中，衍射表面用于减少色差。此外，衍射表面也大大有助于校正球差。
此外，在透镜具有20°到30°视角的情况下，假设整个透镜系统的焦距是f，前组(第一透镜G1和第二透镜G2)的焦距是f12，则f12与f的比值设定为1到3以便保证光学性能。
也就是说，1≤f12/f≤3。
在本文中，f是总焦距而f12是第一透镜和第二透镜(前组G1和G2)的焦距。通过满足该条件，以较好的平衡校正视场范围内的本发明透镜系统的像差。因此，容易实现这样的构造：其后焦距BF较长并且较亮和具有广角。如果比值小于下限“1”，那么第一透镜的光焦度会过大。相应地，难以校正球差。如果比值大于上限“3”，那么第二透镜和第三透镜的非球面的程度将过大。相应地，难以校正具有较大倾斜角的光束的像差。此外，也难以校正畸变。
通过成型法形成由ZnS制成的第一到第三透镜。因此，与通过切削法制造这些透镜的情况相比可以降低制造成本。
此外，在本发明中，通过使用透镜形状的模具在高温高压条件下采用热压法使ZnS原材料粉末成型来制造ZnS透镜。相应地，对透镜的形状施加预定限制。为了在高温高压条件下保证足够的可成型性(机械强度、加工精度)，透镜厚度优选地大到一定程度。另一方面，如果厚度过大(这不是优选的)，则吸收也增加。由于在8到12μm的范围内ZnS的吸收率大于Ge的吸收率，因此透镜的厚度优选的是8mm或者更小。虽然由于透镜的表面是不规则的，因此透镜的厚度随着位置而改变，但是可以利用中心厚度和周缘部分的厚度(称为边缘厚度)表示厚度限制。由于中间部分具有中间值，因此可以表示厚度范围。
对于为具有25μm像素间距的成像器件设计的高分辨率透镜系统而言，例如，考虑到可成型性和透光性，本发明的ZnS透镜满足下述条件。
1.5mm<中心厚度<8.0mm
1.0mm<边缘厚度<8.0mm
为了保证在高温高压条件下成型时的可成型性(机械强度、加工精度)，透镜的曲率优选是较小的。透镜的曲率半径R的倒数是曲率。在使用球面透镜时，由于孔径较小并且焦距较短因此曲率较大。透镜表面在中心处和边缘处之间的高度差称为垂度。如果垂度较大，那么难以基于在高温高压条件下的成型法制造透镜。在本发明中，ZnS透镜的垂度设定为小于5mm(垂度<5mm)。
也就是说，在使用本发明的远红外线透镜的情况下，使第一到第三透镜满足下述条件。
第一透镜：双凸透镜。
第二透镜：负弯月形或者双凹透镜。
第三透镜：正弯月形透镜。
设置非球面和衍射表面以便抑制球差和像散。
10mm≤f≤30mm
20mm≤f12≤70mm
1≤f12/f≤3
1.5mm<中心厚度<8.0mm
1.0mm<边缘厚度<8.0mm
垂度<5mm
本发明的远红外线摄像透镜具有20°到40°的广角作为视角。F值是大约0.8到1.2。由于使用低成本的ZnS而不是昂贵的Ge制造透镜，因此降低了材料成本。然而，即使使用ZnS，通过切削法制造透镜也需要消耗时间和成本。在该情况下，不可能实现低成本的制造。在本发明中，通过使用透镜形状得模具对ZnS原材料粉末进行热压成型(进行成型)来制造ZnS透镜，从而实现低成本的制造。
在本发明中，通过设计出合适的形状(最大直径、透镜厚度)，该形状满足适用于在进行JP-A-11-295501中披露的成型法时的压力和温度条件，从而实现较低成本的光学系统。
为了保证在高温高压条件下成型时的可成型性(机械强度、加工精度)，透镜厚度优选地大到一定程度。然而，由于在使用ZnS的情况下吸收率较大，因此如果透镜厚度较大那么透镜的透射率降低。需要考虑可成型性和透射率之间的平衡来确定厚度。
例如，对于为具有25μm像素间距的成像器件设计的高分辨率透镜系统而言，本发明设计成满足1.5mm<中心厚度<8.0mm、1.0mm<边缘厚度<8.0mm和垂度<5mm的条件。因此，满足可成型性和透射率。
使用本发明ZnS透镜的远红外线摄像机的一个应用是夜视系统。这是安装在机动车中的夜间行人探测系统。通过感知由人的体温产生的远红外线来探测道路上的行人。由于需要提高图像识别精度、容易将摄像机安装到车辆等，因此强烈需要用于车辆的远红外线摄像透镜具有高分辨率并且体积较小。
通常，例如，在前格栅或者保险杠周缘设置远红外线摄像机，从而处于暴露到风雨下或者在行驶时与飞来物碰撞的严酷环境下。相应地，耐环境措施，例如防止透镜损坏或者污染的措施是重要的。
存在冷却型和非冷却型红外线传感器。对于本发明的远红外线摄像机，使用在8到12μm范围内具有灵敏度的诸如辐射热测定器、热电堆探测器或者SOI二极管等非冷却型热成像器件作为传感器。
典型的是，使用像素数量为160×120或者320×240的成像器件作为非冷却型热成像器件。由于成像器件是热传感器，因此不可能使得像素尺寸过小。然而，例如，即使现在也可以制造具有25μm间距的像素。如果使用25μm×25μm的像素，具有上述像素数量的传感器的有效面积为4mm×3mm或者8mm×6mm。因此，有可能使得像面较小。如果像面较小，那么可以使透镜直径较小。如果透镜直径较小，那么可以使整个摄像机较小。
在不增加透镜数量和透镜尺寸的情况下，可以通过在透镜表面上形成非球面或者衍射表面来制造光学性能(亮度、频率分辨率和温度分辨率)优秀的高分辨率透镜。这使得容易应用于图像识别处理。
对于透镜，使用具有大约20°到40°的视角和大约0.8到1.2的F值的透镜。
由于利用透镜形状的模具对ZnS原材料粉末进行热压成型(进行成型)来制造远红外线透镜，因此可以降低材料成本和加工成本。因此，可以低成本地制造透镜。
暴露到雨水、气体、粉尘等的透镜的最外表面(第一透镜的物体侧表面)优选地涂覆有诸如DLC涂层等超硬薄膜。于是，表面强度增加，相应地，耐环境性也增强。
本发明非常适用于车内应用，例如用于车内远红外线摄像机的透镜。此外，本发明也适用于除了车内应用以外的其它应用。
通过在暴露到外部环境的透镜的最外表面上执行DLC涂层处理，不会损坏透镜并且容易地移除粉尘。相应地，作为安装在不容易维持的位置上的监视摄像机的透镜，该透镜也是有效的。
由于透镜适用于探测发射远红外线的热发射体，例如人，因此透镜可以用作营救活动的有效装置。此外，透镜也适用于在诸如山脉或者海水等严酷环境下搜寻遇难者的摄像透镜。
此外，由于可以探测到不是可见光的远红外线，因此可以精确地探测到位于室内、处于充斥浓烟的火灾现场和具有较差视场的人所处的位置。此外，通过找到火灾现场的墙壁或者屋顶中的热点(热源)可以快速并准确地灭火。本发明也可以应用于热图像分析，例如用于余火处理。
如果透镜具有更宽的视角，那么焦距变得更短。相应地，难以保证有足够的后焦距BF。在本发明中，通过使用具有双凸形状的第一透镜和具有负弯月形的透镜或双凹透镜构造前组，并且使用具有正弯月形的第三透镜构造后组，获得具有长后焦距(6.0mm或者更长)的光学系统。
如果后焦距BF增加，那么像面侧的透镜更靠近物体侧的透镜。由于像面侧的离轴光束穿过远离光轴的位置，因此球差和像散增加。难以通过结合球面透镜来校正大球差或者大像散。因此，在本发明中，对透镜系统的每个表面使用非球面。在使用非球面的情况下，可以良好地校正球差和像散。
ZnS的波长色散大于Ge。在ZnS透镜中会出现色差，这将降低ZnS透镜的性能。相应地，在本发明中，衍射表面用于减小色差。此外，衍射表面还大大有助于校正球差。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的远红外线摄像透镜的剖视图，该远红外线摄像透镜构造成包括3个透镜：第一透镜G1，其是双凸透镜；第二透镜G2，其为负弯月形并在物体侧是凹面；以及第三透镜G3，其为正弯月形并在物体侧是凸面。
图2是示出MTF曲线的曲线图，其中，横轴是根据第一实施例的远红外线摄像透镜的空间频率，纵轴是调制度，而入射角是参数。
图3是示出根据本发明第二实施例的远红外线摄像透镜的剖视图，该远红外线摄像透镜构造成包括3个透镜：第一透镜G4，其是双凸透镜；第二透镜G5，其具有双凹形；以及第三透镜G6，其为正弯月形并在物体侧是凸面。
图4是示出MTF曲线的曲线图，其中，横轴是根据第二实施例的远红外线摄像透镜的空间频率，纵轴是调制度，而入射角是参数。
图5是示出根据本发明第三实施例的远红外线摄像透镜的剖视图，该远红外线摄像透镜构造成包括3个透镜：第一透镜G7，其是平凸透镜，并在物体侧是凸面而在像面侧是平坦的；第二透镜G8，其具有双凹形；以及第三透镜G9，其为正弯月形并在物体侧是凸面。
图6是示出MTF曲线的曲线图，其中，横轴是根据第三实施例的远红外线摄像透镜的空间频率，纵轴是调制度，而入射角是参数。
图7是示出根据本发明第四实施例的透镜单元的侧视图，其中，在镜筒中设置有根据第一实施例的远红外线透镜和垫片并且透镜压片固定在镜筒上。
图8是示出根据本发明第四实施例的透镜单元的透视图，其中，在镜筒中设置有根据第一实施例的远红外线透镜和垫片并且透镜压片固定在镜筒上。
图9是示出根据本发明第四实施例的透镜单元的纵剖图，其中，在镜筒中设置有根据第一实施例的远红外线透镜和垫片并且透镜压片固定在镜筒上。
图10是示出根据本发明第五实施例的透镜单元的纵剖图，其中，在镜筒中设置有根据第二实施例的远红外线透镜和垫片并且透镜压片固定在镜筒上。
图11是示出根据本发明第六实施例的透镜单元的纵剖图，其中，在镜筒中设置有根据第三实施例的远红外线透镜和垫片并且透镜压片固定在镜筒上。
图12是示出根据本发明第七实施例的成像装置的纵剖图，其中，成像器件与根据第四实施例的透镜单元结合。
图13是示出根据本发明第八实施例的成像装置的纵剖图，其中，成像器件与根据第五实施例的透镜单元结合。
图14是示出根据本发明第九实施例的成像装置的纵剖图，其中，成像器件与根据第六实施例的透镜单元结合。
具体实施方式
第一实施例(图1和图2)
ZnS，3透镜组(G1、G2、G3)
f12/f＝2.34
f＝18.5mm
f12＝43.38mm
F值：1.01
最大直径：18.4mm
后截距：9.08mm
畸变：0.05％
视角：30.5°
后焦距(BF)：9.7mm
第一实施例是后焦距设定为BF＝9.7mm并且f12/f＝2.34的实例。f12是G1和G2的组合焦距，f是总焦距。透镜F值是焦距f除以有效直径D获得的值，即f/D。
图1示出根据第一实施例的透镜系统的剖视图。该透镜系统构造成包括三个透镜。从物体侧将该三个透镜设定为G1、G2和G3。三个透镜都由ZnS形成。将ZnS的粉末材料放入透镜形状的模具，然后在高温高压条件下成型。与第四片材对应的平坦部件是传感器的窗口W。传感器窗口W设置在传感器内并且由Ge形成。在最后透镜G3和窗口W之间设置遮光器(未示出)。传感器表面(像面；成像表面)J位于传感器窗口W后方。
作为物镜的第一透镜G1是双凸透镜。由于第一透镜G1具有非球面，因此第一透镜G1不具有均匀曲率并且在像面侧的周缘部分几乎为平坦的。第二(中间)透镜G2在物体侧具有凹面并在像面侧具有凹面。第二透镜G2形成为具有复杂的非球面，并且第二透镜G2的周缘部分具有凸面。第三透镜G3在物体侧具有凸面并且在像面侧具有凹面。第三透镜G3不具有均匀的曲率。在第三透镜G3的周缘部分中，在物体侧存在凹部并且在像面侧存在凸部。在表1中示出各透镜特征的概要。
表1
 
透镜 表面 表面类型     曲率半径(mm) 表面距离 孔半径(mm)  
物体 无限
G1透镜 S1 非球面 20.8640 4.0000 9.2000
S2 非球面 无限 4.1134 9.6253
G2透镜 S3 球面 -27.0000 2.0000 9.0795
S4 非球面 -42.4595 5.3353 9.4535
G3透镜 S5 非球面 17.6039 3.3000 8.2909
S6 非球面 19.4040 4.8075 8.4190
窗口 S7 无限 0.6600 6.6824
S8 无限 4.2700 6.6143
当将设置在无限远处的物体设定为0时，顺次为透镜的两个表面设定表面号。第一透镜G1的表面是表面S1和表面S2，第二透镜G2的表面是表面S3和表面S4，而第三透镜G3的表面是表面S5和表面S6。传感器窗口W的表面是平面，分别为表面S7和表面S8。
示出具有不同入射角的光束的三组轨迹。它们是这样的三种光束：穿过G1透镜最上部的光束、穿过G2透镜中部的光束和穿过G3透镜下部的光束。
以虚线示出具有最向上的入射角的光束(A)。以实线示出具有第二入射角的光束(B)。以点划线示出具有第三大入射角的光束(C)。以双点划线示出具有第四入射角的光束(D)。以虚线示出具有第五入射角的光束(E)。虽然具有相同入射角的大量平行光束透过第一透镜G1，但是光束会聚到像面J上的一点。因此，光束可以表示为三种光束。
表面距离指的是透镜厚度和透镜之间得中心到中心距离。物体和第一透镜G1之间的距离是无限的。第一透镜G1的中心厚度是4.0000mm。第一透镜G1和第二透镜G2的相对表面之间的中心到中心距离是4.1134mm。第二透镜G2的中心厚度是2.0000mm。第二透镜G2和第三透镜G3的相对表面之间的中心到中心距离是5.3353mm。第三透镜G3的中心厚度是3.300mm。第三透镜G3和窗口的相对表面之间的距离是4.8075mm。传感器窗口W的厚度是0.660mm，传感器窗口和传感器表面之间的距离是4.270mm。
本发明的目的是保证广角和宽的后焦距BF。后焦距是从最后透镜的后表面的中心到像面(传感器表面)之间的距离。在提供3个透镜的第一实施例中，后焦距是从第三透镜G3的表面S6到传感器表面J的表面S9之间的距离。
由于第三透镜G3和窗口之间的距离4.8075mm，因此窗口厚度是0.660mm，而窗口和传感器表面之间的距离是4.270mm，上述距离之和是9.7375mm，即后焦距BF。虽然在图1中未示出，但是在传感器窗口W和第三透镜G3之间(S6和S7之间；在该实例中的距离为4.8075mm)设置遮光器。如果后焦距较短，用于打开和关闭遮光器的空间不足。
下面，使用半径坐标r表示透镜表面的不规则性。
Figure A200810090609D00171
Figure A200810090609D00172
Z(r)表示在具有半径坐标r的点处透镜表面的高度。假设向物体侧的突出的情况是“正”，而向像面侧的突出的情况是“负”。R是与球面透镜情况下的曲率半径对应的量。中心位于物体侧而弧位于像面侧的弯曲表面的曲率半径表示为“负”，中心位于像面侧而弧位于物体侧的弯曲表面的曲率半径表示为“正”。R的“正”和“负”限定为使得透镜的前后表面的凹凸形状彼此相反。
K是偏心率。
A2、A4、A6...是二阶、四阶、六阶……非球面系数。该项也可以简单地写作∑A2ir2i。在使用球面透镜的情况下，非球面系数是0。当使用非球面透镜时，非球面系数的值不是0。采用非球面以便校正诸如像散、球差和像面弯曲等像差。本发明的目的是提供具有长后焦距BF的透镜。由于非球面系数的选择几乎与后焦距的确定不相关，因此不详细描述非球面系数的选择。
孔半径是接收光的透镜的有效半径。
Figure A200810090609D00181
是确定衍射表面的函数。
Cj是j阶衍射系数。mod(p，q)是p除以q获得的余数。即，无论何时只要p增加q，则减去q。当弯曲表面由于半径r的增加而增大时，通过减去q制成具有高度为q的同心环结构的衍射光栅。在本文中，将高度函数C1r+C2r2+C3r3+C4r4...＝∑Cjrj和波长λ相比较，并尽可能多地减去波长λ从而获得余数(0<余数<λ)。因此，确定同心衍射光栅的高度。当高度∑Cjrj是正时将衍射高度∑Cjrj和+λ相比较，当高度∑Cjrj是负时将衍射高度∑Cjrj和-λ相比较。在使用ZnS的情况下，色差较大。折射率对波长的依赖性以及衍射对波长的依赖性是彼此相反的。衍射表面用来抑制色差。由于与后焦距BF的判断不直接相关，因此将省略详细说明。
(G1的物体侧表面：表面S1)
第一透镜G1的表面S1是凸形非球面。
曲率半径R＝20.864mm
偏心率K＝-2.7788×10-1
如下为非球面系数。
A2＝-3.651×10-3mm-1
A4＝-2.3277×10-5mm-3
A6＝-1.6359×10-7mm-5
A8＝-8.130×10-10mm-7
C1＝C2＝C3＝C4＝...＝0。
即，在表面S1上不存在衍射作用。
表面S1的孔半径是9.2000mm。
(G1的像面侧表面：表面S2)
第一透镜G1的表面S2是凸的非球面。曲率半径是R＝无限大。偏心率是K＝1.0000×1018。即使曲率半径为无限大，因为偏心率也较大，因此看到的表面S2为凸形的。如下是非球面系数。
A2＝-3.3299×10-3mm-1
A4＝7.4046×10-6mm-3
A6＝-3.0895×10-7mm-5
A8＝7.171×10-10mm-7
比上述阶数更高阶的非球面系数为0。
如下是衍射系数。
C1＝-7.4455×10-4
C2＝4.5754×10-6mm-1
孔半径是9.6253mm。第一透镜G1是具有正光焦度的透镜。
(G2物体侧表面：表面S3)
作为第二透镜的物体侧表面的表面S3是凹的球面。曲率半径是R＝-27.000mm。由于表面S3是球面，因此仅由曲率半径R确定其形状。
(G2的像面侧：表面S4)
作为第二透镜G2的像面侧表面的表面S4是凹的非球面。曲率半径是R＝-42.4595mm。偏心率K＝1.0075×101。以下是非球面系数。
A2＝2.6280×10-2mm-1
A4＝-2.3998×10-4mm-3
A6＝9.5228×10-7mm-5
A8＝-1.7313×10-9mm-7
以下是衍射系数。
C1＝-3.4850×10-3
C2＝9.3893×10-6mm-1
(G3的物体侧表面：表面S5)
作为第三透镜G3的物体侧表面的表面S5是凸面。曲率半径是R＝17.6039mm。偏心率K＝-5.6857×10-1。以下是非球面系数。
A2＝1.0543×10-2mm-1
A4＝5.2642×10-7mm-3
A6＝-8.9599×10-8mm-5
A8＝-4.2538×10-8mm-7
每个衍射系数都为0。
(G3的像面侧表面：表面S6)
作为第三透镜G3的像面侧表面的表面S6是凹的非球面。曲率半径是R＝19.4040mm。偏心率K＝-2.4880×10。以下是非球面系数。
A2＝-1.6381×10-2mm-1
A4＝5.3411×10-4mm-3
A6＝-8.8408×10-6mm-5
A8＝2.7034×10-8mm-7
每个衍射系数都为0。
(窗口的物体侧表面：表面S7)
传感器窗口与传感器一体地形成，并且不由ZnS而是由Ge形成。物体侧表面S7是平坦的。
(窗口的像面侧表面：表面S8)
像面侧表面也是平坦的。曲率半径是无限大，非球面系数是0。
由于后焦距BF是9.7mm，因此满足预定目标(BF≥6mm)。由于f12/f＝2.34，因此在上述1≤f12/f≤3的范围内。由于F值是1.01，因此其是亮的透镜。
在图2中示出根据第一实施例的透镜的MTF曲线。横轴表示空间频率(单位：lp/mm)。纵轴表示调制度。入射角设定为0°(轴上)、3.10°、6.18°、10.73°和15.15°。示出以各种角入射的入射光的弧矢和子午。子午是入射角的倾斜在子午线方向上的值，而弧矢是在与上述方向垂直的方向上的值。
a：衍射极限
b：轴上光(0°)
c：3.10°子午
d：3.10°弧矢
e：6.18°子午
f：6.18°弧矢
g：10.73°子午
h：10.73°弧矢
i：15.15°子午
j：15.15°弧矢
根据经验，为了使得该透镜系统在位于像面上的传感器上形成高分辨率图像，在尼奎斯特(Nyquist)频率处的MTF应该为0.2或者更大，尼奎斯特频率是传感器像素间距p的两倍(2p)的倒数(1/2p)。在像素间距是25μm时，尼奎斯特频率是20lp/mm。
根据该曲线图，在入射角为15.15°的“j”情况下，弧矢的MTF在空间频率是28lp/mm时减小到0.29，在空间频率是24lp/mm时减小到0.34，而在空间频率是20lp/mm时减小到0.42。在入射角为10.73°的“h”情况下，弧矢的MTF在空间频率是28lp/mm时减小到0.20，在空间频率是24lp/mm时减小到0.29，而在空间频率是20lp/mm时减小到0.39。
然而，在任何情况下，可以满足当空间频率是20lp/mm时MTF为0.2或者更大的条件。
表2 MTF
 
弧矢 子午
0.00° 0.646 0.646
3.10° 0.648 0.631
6.18° 0.611 0.598
10.73° 0.393 0.486
15.15° 0.422 0.452
表2列出当第一实施例中的透镜的入射角为0°、3.10°、6.18°、10.73°和15.15°时，在20lp/mm的空间频率处MTF的弧矢和子午值。20lp/mm是像素间距设定为25μm时的尼奎斯特频率。在曲线图和表中所示的角度范围内，在尼奎斯特频率是20lp/mm时MTF大于0.2。
可以实现当组合具有25μm像素间距和320×240像素尺寸的成像器件(8mm×6mm)时所需的高分辨率。在该情况下，由于像素间距是p＝0.025mm，尼奎斯特频率是1/2p＝20lp/mm。即使在入射角是15.15°的情况下，在尼奎斯特频率是20lp/mm时MTF大约为0.4。由于该值等于或大于0.2，因此可以实现与具有25μm像素间距的成像器件结合的高分辨率摄像机。
此外，由于利用非球面可以将整个透镜系统的透镜厚度抑制为为较小，因此可以实现亮的透镜系统。每个透镜的垂度、中心厚度和边缘厚度满足上述条件，因此，可以基于成型法进行制造。
下面列举第一实施例中的垂度、中心厚度和边缘厚度的值。
垂度
G1透镜：(物体侧)1.4883mm，(像面侧)0.4377mm
G2透镜：(物体侧)1.5713mm，(像面侧)0.2571mm
G3透镜：(物体侧)1.7502mm，(像面侧)0.1502mm
边缘厚度
G1透镜：2.0740mm
G2透镜：3.3142mm
G3透镜：1.7000mm
第二实施例(图3和图4)
ZnS，3透镜组(G4、G5、G6)
f12/f＝1.01
f＝20.4mm
f12＝20.6mm
F值：1.11
最大直径：18.4mm
后截距：8.08mm
畸变：1.78％
视角：27.1°
后焦距(BF)：8.7mm
第二实施例是后焦距设定为BF＝8.7mm并且f12/f＝1.01的实例。f12是G4和G5的组合焦距，f是总焦距。透镜的F值是f/D。由于F值是1.11，该透镜足够亮。
图3示出根据第二实施例的透镜系统的剖视图。该透镜系统构造成包括由ZnS形成的3个透镜G4、G5和G6。与第四片材对应的平坦部件是传感器的窗口W。传感器窗口W设置在传感器中并由Ge形成。在最后透镜G6和窗口W之间设置遮光器(未示出)。在窗口W的后方设置传感器表面(像面；成像表面)J。
作为物镜的第一透镜G4是双凸透镜。由于第一透镜G4的两个表面都是非球面，因此第一透镜G4不具有均匀曲率并且在像面侧的周缘部分几乎为平坦的。第二(中间)透镜G5在物体侧具有凹面并在像面侧具有凹面。第二透镜G5形成为具有复杂的非球面，并且第二透镜G5的周缘部分具有凸面。第三透镜G6在物体侧具有凸面并且在像面侧具有凹面。第三透镜G6也不具有均匀的曲率。在第三透镜G6的周缘部分，在物体侧存在凹部并且在像面侧存在凸部。
在图4中示出根据第二实施例的透镜的MTF曲线。横轴表示空间频率(单位：lp/mm)。纵轴表示调制度。入射角设定为0°(轴上)、2.81°、5.59°、9.67°和13.55°。示出以各种角入射的入射光的弧矢和子午。
a：衍射极限
b：轴上光(0°)
c：2.81°子午
d：2.81°弧矢
e：5.59°子午
f：5.59°弧矢
g：9.67°子午
h：9.67°弧矢
i：13.55°子午
j：13.55°弧矢
根据该曲线图，在入射角是13.55°的“i”情况下子午的MTF在28lp/mm空间频率处减小到0.13，在24lp/mm空间频率处减小到0.18，在20lp/mm空间频率处减小到0.26。在入射角是9.67°的“h”情况下，弧矢的MTF在24lp/mm空间频率处减小到0.26，在20lp/mm空间频率处减小到0.30。然而，在任何情况下，可以满足在20lp/mm空间频率处MTF为0.2或更大的条件。为了组合构造成包括多个像素的传感器，在与像素尺寸对应的尼奎斯特频率处MTF应该为0.2或者更大。这满足在20lp/mm空间频率处对于小于13.55°的所有入射角MTF为0.2或更大的条件。
表3 MTF
 
弧矢 子午
0.00° 0.315 0.315
2.81° 0.528 0.488
5.59° 0.426 0.368
9.67° 0.297 0.252
13.55° 0.257 0.21
表3表示当第二实施例的透镜的入射角为0°、2.81°、5.59°、9.67°和13.55°时在20lp/mm空间频率处的MTF的弧矢和子午的值。当像素间距设定为25μm时，20lp/mm是尼奎斯特频率。如果使得像素间距更小，则在较高空间频率处的MTF产生问题。在入射角是13.55°时，弧矢的MTF是0.257，子午的MTF是0.21。其它值都大于这些值。即，在曲线图和表中所示的角度范围内，在20lp/mm处MTF大于0.2。由于视角是有效入射角的两倍，因此在该透镜系统中的视角是27.1°。
下面列举第二实施例中的垂度、中心厚度和边缘厚度的值。
垂度
G1透镜：(物体侧)1.5136mm，(像面侧)0.3874mm
G2透镜：(物体侧)0.2991mm，(像面侧)0.0070mm
G3透镜：(物体侧)0.8788mm，(像面侧)0.7094mm
中心厚度
G1透镜：4.0mm
G2透镜：2.0mm
G3透镜：3.3mm
边缘厚度
G1透镜：2.0990mm
G2透镜：2.2921mm
G3透镜：3.1306mm
第三实施例(图5和图6)
ZnS，3透镜组(G7、G8、G9)
f12/f＝2.98
f＝17.8mm
f12＝53mm
F值：1.02
最大直径：17.4mm
后截距：8.08mm
畸变：4.64％
视角：30.1°
后焦距：8.7mm
第三实施例是后焦距BF设定为BF＝8.7mm以及f12/f＝2.98的实例。由于F值是1.02，透镜足够亮。
图5示出根据第三实施例的透镜系统的剖视图。该透镜系统也构
造成包括3个透镜G7、G8和G9并且由ZnS形成。与第四片材对应的平坦部件是传感器的窗口W。传感器窗口设置在传感器中并由Ge形成。在最后透镜G9和窗口W之间设置遮光器(未示出)。在窗口W的后方设置传感器表面(像面；成像表面)J。
作为物镜的第一透镜G7是双凸透镜。第一表面是非常凸的表面，而第二表面几乎为平坦的。第二(中间)透镜G8在物体侧具有凹面并在像面侧具有凹面。第二透镜G8形成为具有复杂的非球面，第二透镜G8的周缘部分具有凸面。第三透镜G9在物体侧具有凸面而在像面侧具有凹面。第三透镜G9在物体侧非常凹而在像面侧几乎为平坦的。第三透镜G9也不具有均匀曲率。第三透镜G9的周缘部分在物体侧存在凹部而在像面侧存在凸部。
在图6中示出根据第三实施例的透镜的MTF曲线。横轴表示空间频率(单位：lp/mm)。纵轴表示调制度。入射角设定为0°(轴上)、3.21°、6.35°、10.90°和15.05°。示出以每种角度入射的入射光的弧矢和子午。
a：衍射极限
b：轴上光(0°)
c：3.21°子午
d：3.21°弧矢
e：6.35°子午
f：6.35°弧矢
g：10.90°子午
h：10.90°弧矢
i：15.05°子午
j：15.05°弧矢
对于所有入射角，在与像素尺寸对应的尼奎斯特频率处，MTF应该是0.2或者更大。尼奎斯特频率随着传感器的像素尺寸而改变。如上所述，当传感器具有25μm平方的像素时，尼奎斯特频率是20lp/mm。在上述角度范围内，在20lp/mm的空间频率处，MTF是0.2或者更大。
根据该曲线图，在入射角是10.90°的“g”情况下，子午的MTF在28lp/mm空间频率处减小到0.13，在24lp/mm空间频率处MTF减小到0.18，在20lp/mm空间频率处MTF减小到0.23。在入射角是10.90°的“h”情况下，弧矢的MTF在24lp/mm空间频率处减小到0.24，在20lp/mm空间频率处MTF减小到0.29。然而，在任何情况下，都满足在20lp/mm空间频率处MTF为0.2或更大的条件。
表4 MTF
 
弧矢 子午
0.00° 0.377 0.377
3.21° 0.398 0.365
6.35° 0.399 0.334
10.90° 0.287 0.229
15.05° 0.41 0.319
表4列出当第二实施例中的透镜的入射角为0°、3.21°、6.35°、10.90°和15.05°时，在20lp/mm空间频率处的MTF的弧矢和子午的值。当像素间距设定为25μm时，尼奎斯特频率是20lp/mm。如果使得像素间距更小，则在更高空间频率处的MTF成为问题。
在入射角是10.90°时，弧矢的MTF是0.287，子午的MTF是0.229。其它值都大于这些值。即，在曲线图和表中所示的角度范围内，在20lp/mm处MTF大于0.2。由于视角是有效入射角的两倍，因此在该透镜系统中的视角是30.1°。
下面列举第三实施例中的垂度、中心厚度和边缘厚度的值。
垂度
G1透镜：(物体侧)1.2488mm，(像面侧)0.7375mm
G2透镜：(物体侧)0.7877mm，(像面侧)0.2215mm
G3透镜：(物体侧)0.8541mm，(像面侧)0.7431mm
中心厚度
G1透镜：4.0mm
G2透镜：2.0mm
G3透镜：3.3mm
边缘厚度
G1透镜：2.0137mm
G2透镜：2.5662mm
G3透镜：1.7028mm
第四实施例：构造成包括3个透镜的透镜单元(图7、图8和图9)
通过使用根据第一实施例的远红外线透镜组形成透镜单元。在图7中示出透镜单元的整个侧视图。在图8中示出透镜单元的透视图。在图9中示出透镜单元的纵剖图。
镜筒60由金属形成并具有圆筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺纹带62和位于外周表面后部的外螺纹部分63。内周表面是光滑的管形内表面66。在管形内表面66的后部设置有突出的阶梯部分69。锁挡突出部70位于阶梯部分69的后方。在外周部分的中部具有光滑部分73。
透镜压片64由金属形成并具有盖螺母的形状，其具有内螺纹部分65和前部72，该前部72在其前部具有较小直径。例如，可以由铝形成镜筒60和透镜压片64。
沿着镜筒60的管形内表面66插入第一透镜G1、第一垫片67、第二透镜G2和第二垫片68。第三透镜G3与更后侧的阶梯部分69内接触。通过锁挡突出部70挤压第三透镜G3的后表面。从而确定第三透镜G3在其轴线方向上的位置。第二垫片68具有大致圆筒形的形状并且插入到第三透镜G3和第二透镜G2之间，从而确定第二透镜G2和第三透镜G3之间的相对位置。第一垫片67位于第二透镜G2和第一透镜G1之间，从而确定第一透镜G1和第二透镜G2之间的相对位置。透镜压片64旋到镜筒60的前部外螺纹部分62上从而挤压第一透镜G1的前部72。
通过操作垫片67和68，将第一透镜G1和第二透镜G2之间的距离设定为4.1134mm，而第二透镜G2和第三透镜G3之间的距离设定为5.3353mm。通过使用铝、陶瓷、塑料等形成环形的垫片67和68。
第五实施例：构造成包括3个透镜的透镜单元(图10)
通过使用根据第二实施例的远红外线透镜组形成透镜单元。该透镜单元的侧视图和透视图与图7和图8所示相同。在图10中示出透镜单元的纵剖图。
镜筒60由金属形成并具有圆筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺纹带62和位于外周表面后部的外螺纹部分63。内周表面是光滑的管形内表面66。管形内表面66的后部设置有突出的阶梯部分69。锁挡突出部70位于阶梯部分69的后方。
透镜压片64由金属形成并具有盖螺母的形状，其具有内螺纹部分65和前部72，该前部72在其前部具有较小直径。例如，可以由铝形成镜筒60和透镜压片64。
沿着镜筒60的管形内表面66插入第一透镜G4、第一垫片67、第二透镜G5和第二垫片68。第三透镜G6与更后侧的阶梯部分69内接触。通过锁挡突出部70挤压第三透镜G6的后表面。从而确定第三透镜G6在其轴线方向上的位置。第二垫片68具有大致圆筒形的形状并且插入到第三透镜G6和第二透镜G5之间，从而确定第二透镜G5和第三透镜G6之间的相对位置。由于第三透镜G6的外径较小，因此获得在后侧延展的楔形剖面。第一垫片67位于第二透镜G5和第一透镜G4之间，从而确定第一透镜G4和第二透镜G5之间的相对位置。透镜压片64旋到镜筒60的前部外螺纹部分62上从而挤压第一透镜G4的前部72。
通过使用铝、陶瓷、塑料等形成环形的垫片67和68。
第六实施例：构造成包括3个透镜的透镜单元(图11)
通过使用根据第三实施例的远红外线透镜组形成透镜单元。该透镜单元的侧视图和透视图与图7和图8所示相同。在图11中示出透镜单元的纵剖图。
镜筒60由金属形成并具有圆筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺纹带62和位于外周表面后部的外螺纹部分63。内周表面是光滑的管形内表面66。管形内表面66具有位于其后部的锁挡突出部74。
透镜压片64由金属形成并具有盖螺母的形状，其具有内螺纹部分65和前部72，该前部72在其前部具有较小直径。例如，可以由铝形成镜筒60和透镜压片64。沿着镜筒60的管形内表面66插入第一透镜G7、第一垫片67、第二透镜G8和第二垫片68。通过锁挡突出部74挤压第三透镜G9的后表面。从而确定第三透镜G9在其轴线方向上的位置。第二垫片68具有大致圆筒形的形状并且插入到第三透镜G9和第二透镜G8之间，从而确定第二透镜G8和第三透镜G9之间的相对位置。第一垫片67位于第二透镜G8和第一透镜G7之间，从而确定第一透镜G7和第二透镜G8之间的相对位置。透镜压片64的内螺纹部分65旋到镜筒60的前部外螺纹部分62上从而挤压第一透镜G7的前部72。
通过使用铝、陶瓷、塑料等形成环形的垫片67和68。
第七实施例：成像装置，其中成像器件结合有包括3个透镜的透镜单元(图12)
在第七实施例中，通过将成像器件与根据第四实施例的远红外线透镜单元结合形成成像装置。在图12中示出根据第七实施例的整个成像装置的纵剖图。
镜筒60由金属形成并具有圆筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺纹带62和位于外周表面后部的外螺纹部分63。内周表面是光滑的管形内表面66。管形内表面66的后部设置有突出的阶梯部分69。锁挡突出部70位于阶梯部分69的后方。在外周部分的中部具有光滑部分73。
透镜压片64由金属形成并具有盖螺母的形状，其具有内螺纹部分65和前部72，该前部72在其前部具有较小直径。例如，可以由铝形成镜筒60和透镜压片64。
沿着镜筒60的管形内表面66插入第一透镜G1、第一垫片67、第二透镜G2、和第二垫片68。第三透镜G3与更后侧的阶梯部分69内接触。通过锁挡突出部70挤压第三透镜G3的后表面。从而确定第三透镜G3在其轴线方向上的位置。第二垫片68具有大致圆筒形的形状并且插入到第三透镜G3和第二透镜G2之间，从而确定第二透镜G2和第三透镜G3之间的相对位置。第一垫片67位于第二透镜G2和第一透镜G1之间，从而确定第一透镜G1和第二透镜G2之间的相对位置。透镜压片64旋到镜筒60的前部外螺纹部分62上从而挤压第一透镜G1的前部72。
通过操作垫片67和68，将第一透镜G1和第二透镜G2之间的距离设定为4.1134mm，而第二透镜G2和第三透镜G3之间的距离设定为5.3353mm。通过使用铝、陶瓷、塑料等形成环形的垫片67和68。
具有圆筒形的成像器件保持架80在其内侧前部具有内螺纹部分83并在后部具有底板82。在底板82上形成具有开口的圆筒形窗口保持架84。窗口W固定到窗口保持架84的开口上。成像器件芯片86固定到底板82的中间部分。成像器件芯片86的前表面是像面J。内螺纹部分83旋入镜筒60的外螺纹部分63上。以这样的方式，获得其中一体地形成成像器件和透镜单元的成像装置。
第八实施例：成像装置，其中成像器件结合有包括3个透镜的透镜单元(图13)
在第八实施例中，通过将成像器件与根据第五实施例的远红外线透镜单元结合形成成像装置。在图13中示出根据第八实施例的整个成像装置的纵剖图。
镜筒60由金属形成并具有圆筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺纹带62和位于外周表面后部的外螺纹部分63。内周表面是光滑的管形内表面66。管形内表面66后部设置有突出的阶梯部分69。锁挡突出部70位于阶梯部分69的后方。在外周部分的中部存在光滑部分73。
透镜压片64由金属形成并具有盖螺母的形状，其具有内螺纹部分65和前部72，该前部72在其前部具有较小直径。例如，可以由铝形成镜筒60和透镜压片64。
沿着镜筒60的管形内表面66插入第一透镜G4、第一垫片67、第二透镜G5、和第二垫片68。第三透镜G6与更后侧的阶梯部分69内接触。通过锁挡突出部70挤压第三透镜G6的后表面。从而确定第三透镜G6在其轴线方向上的位置。第二垫片68具有大致圆筒形的形状并且插入到第三透镜G6和第二透镜G5之间，从而确定第二透镜G5和第三透镜G6之间的相对位置。第一垫片67位于第二透镜G5和第一透镜G4之间，从而确定第一透镜G4和第二透镜G5之间的相对位置。透镜压片64的内螺纹部分65旋到镜筒60的前部外螺纹部分62上。透镜压片64挤压第一透镜G4的前部72。
通过使用铝、陶瓷、塑料等形成环形的垫片67和68。
具有圆筒形的成像器件保持架80在其内侧前部具有内螺纹部分83并在后部具有底板82。在底板82上形成具有开口的圆筒形窗口保持架84。窗口W固定到窗口保持架84的开口上。成像器件芯片86固定到底板82的中间部分。成像器件芯片86的前表面是像面J。内螺纹部分83旋入镜筒60的外螺纹部分63上。以这样的方式，获得其中一体地形成成像器件和透镜单元的成像装置。
第九实施例：成像装置，其中成像器件结合有包括3个透镜的透镜单元(图14)
在第九实施例中，通过将成像器件与根据第六实施例的远红外线透镜单元结合形成成像装置。在图14中示出根据第九实施例的整个成像装置的纵剖图。
镜筒60由金属形成并具有圆筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺纹带62和位于外周表面后部的外螺纹部分63。内周表面是光滑的管形内表面66。管形内表面66的后部设置有突出的阶梯部分69。锁挡突出部70位于阶梯部分69的后方。在外周部分的中部存在光滑部分73。
透镜压片64由金属形成并具有盖螺母的形状，其具有内螺纹部分65和前部72，该前部72在其前部具有较小直径。例如，可以由铝形成镜筒60和透镜压片64。
沿着镜筒60的管形内表面66插入第一透镜G7、第一垫片67、第二透镜G8、和第二垫片68。通过锁挡突出部74挤压第三透镜G9的后表面。从而确定第三透镜G9沿着其轴线方向上的位置。第二垫片68具有大致圆筒形的形状并且插入到第三透镜G9和第二透镜G8之间，从而确定第二透镜G8和第三透镜G9之间的相对位置。第一垫片67位于第二透镜G8和第一透镜G7之间，从而确定第一透镜G7和第二透镜G8之间的相对位置。透镜压片64的内螺纹部分65旋到镜筒60的前部外螺纹部分62上。透镜压片64挤压第一透镜G7的前部72。通过使用铝、陶瓷、塑料等形成环形的垫片67和68。
具有圆筒形的成像器件保持架80在其内侧前部具有内螺纹部分83并在后部具有开口。盘状座87焊接到开口上。具有开口的圆筒形窗口保持器84焊接到座87上。成像器件芯片86固定到座87的中间部分。成像器件芯片86的前表面是像面J。内螺纹部分83旋入镜筒60的外螺纹部分63上。以这样的方式，获得其中一体地形成成像器件和透镜单元的成像装置。
就各方面来讲，上述实施例仅是示例性的而不应该认为这些实施例是限制性的。本发明不限于上述实施例，但是可以在不脱离所附加权利要求书及其等同物限定的本发明精神或者主题范围的情况下进行各种更改。

Claims (7)

1.一种远红外线摄像透镜，包括：
第一透镜，其由ZnS形成并具有双凸形；
第二透镜，其由ZnS形成并具有负弯月形或双凹形；以及
第三透镜，其由ZnS形成并具有正弯月形；其中，
在任意透镜表面上形成衍射表面；以及
后焦距等于或者大于6mm并且等于或者小于20mm。
2.根据权利要求1所述的远红外线摄像透镜，其中，
总焦距f是10mm到30mm，以及
所述第一透镜和所述第二透镜的焦距f12是20mm到70mm。
3.根据权利要求1所述的远红外线摄像透镜，其中，
当所述3个透镜的总焦距是f而所述第一透镜和所述第二透镜的焦距是f12时，1≤f12/f≤3。
4.根据权利要求1所述的远红外线摄像透镜，其中，
利用透镜形状的模具采用热压法通过使ZnS原材料粉末成型来制造由ZnS形成的所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜。
5.根据权利要求1所述的远红外线摄像透镜，其中，
在所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜中，都满足：垂度<5mm，
1.5mm<中心厚度<8mm，以及
1mm<边缘厚度<8mm。
6.一种使用根据权利要求1所述的透镜的透镜单元。
7.一种成像装置，包括：
根据权利要求6所述的透镜单元；以及
成像单元，其使形成于所述透镜单元上的图像成像。
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