專利名稱：：遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡、透鏡單元和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有廣角的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡和透鏡單元以及使用上述攝像透鏡和透鏡單元的成像裝置。
背景技術(shù)：
：遠(yuǎn)紅外線是8pm到12pm的波長范圍內(nèi)的光，該范圍包括人所發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線的波長范圍。遠(yuǎn)紅外線的波長范圍比光通信的波長范圍長得多。遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)是可以感知人或者動物發(fā)射的紅外線并在夜間使人或者動物成像的攝像機(jī)。為了使駕駛者能夠在夜間更安全地駕駛機(jī)動車，需要快速并準(zhǔn)確地識別出前方存在的人或者動物。—機(jī)動車使用前照燈照明前方從而通過反射光識別圖像。這是使用可見反射光的前方識別。然而，在使用可見反射光方法的情況下，不能看到燈發(fā)出的光不能到達(dá)的遠(yuǎn)方或者側(cè)面。這可以由遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)。人或者動物的體溫大約為310K，在310K時黑體輻射的峰值波長為大約8pm到12pm。相應(yīng)地，可以使用遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)通過捕捉人或者動物所發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線來識別人的存在。此外，由于遠(yuǎn)紅外線不是燈的反射光，因此可以看到燈的照射范圍以外的遠(yuǎn)方。如果在機(jī)動車內(nèi)設(shè)置結(jié)合有遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)和圖像處理系統(tǒng)的裝置，那么可以較早地識別出遠(yuǎn)方存在的人或者動物。于是，將提高夜間行車的安全性。優(yōu)選的是，在機(jī)動車內(nèi)設(shè)置用于夜間觀察的遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)。然而，為了使其成為可能，要解決各種難題。難題之一是遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)非常昂貴。此外，另一個難題是分辨率不夠高。因此，存在光學(xué)系統(tǒng)有缺陷的問題。此外，沒有低成本并且合適的光接收元件。由于遠(yuǎn)紅外線具有較低能量，因此不可能采用普通光電二極管探測遠(yuǎn)紅外線，普通光電二極管使用由具有較寬帶隙的Si、GaAs、InP等形成的基體。由于遠(yuǎn)紅外線具有較低能量，因此當(dāng)使用具有較窄帶隙的半導(dǎo)體制成PN結(jié)時，可以接收光線。然而，由于遠(yuǎn)紅外能量大約為室溫，因此，當(dāng)光接收元件處于室溫時，不能探測到遠(yuǎn)紅外線。如果不能高度地冷卻光接收元件，那么難以在車輛上使用光接收元件。因此，例如，使用在8pm到12pm范圍內(nèi)具有靈敏度的熱電堆探測器、SOI(絕緣體上硅)二極管或者輻射熱測定器作為遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)的成像器件。以上所述的不是具有PN結(jié)的光接收元件而是將熱轉(zhuǎn)換成電的元件和非冷卻型成像器件。目前，使用像素數(shù)為160X120或者320X240的成像器件。在本文中將圍繞光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行討論。用于聚集遠(yuǎn)紅外線的透鏡材料存在一個問題。鍺(Ge)是允許良好地透過紅外線的材料。由于鍺是允許良好地透過紅外線的材料并且具有高折射率(對于遠(yuǎn)紅外線大約為4)，因此鍺是良好的紅外材料。具有10pm波長的遠(yuǎn)紅外線透過Ge的透射率為大約40%到45%。然而，在適當(dāng)使用增透涂層的情況下，透射率為大約90%到98%。然而，Ge是產(chǎn)出量較低的稀有礦物。Ge是有限的自然資源并且非常昂貴。此外，由于Ge非常堅硬，因此需要首先通過切削較大的Ge塊來制成透鏡的形狀，然后通過研磨制作光滑表面。這是一項使用精密設(shè)備耗費(fèi)較長時間的工作。由于Ge非常堅硬，加工工具也是特別的。在使用Ge透鏡的情況下，價格會升高。推廣昂貴的遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)是困難的。已知硫?qū)倩锊Ａб彩羌t外透鏡的材料。硫?qū)倩锊Ａ呛兄T如氯、溴和碘等硫族元素和鍺的玻璃。由于硫?qū)倩锊Ａ缀醪晃占t外線，因此硫?qū)倩锊ＡЭ梢杂糜诩t外線透鏡。由于可以通過加熱來熔化硫?qū)倩锊Ａ?，因此可以通過模具的形狀使硫?qū)倩锊ＡС尚汀Ｈ欢?，由于硫?qū)倩锊Ａн€包含作為主組分的鍺，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，然后通過切削多晶ZnSe來獲得透鏡。與Ge相同，切削和研磨ZnSe的制造成本較高為了在機(jī)動車中廣泛地安裝遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)，需要以較低成本制造遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)。因此，需要開發(fā)能夠有效地探測Spin到12pm范圍的遠(yuǎn)紅外線的傳感器并以較低成本制造透鏡光學(xué)系統(tǒng)。如上所述，用于遠(yuǎn)紅外線的最佳材料是鍺。然而，鍺是昂貴的材料。相應(yīng)地，只要使用Ge，就不能制造出低成本的遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)。雖然硫?qū)倩锊Ａб彩窍乱粋€候選材料，但是因?yàn)榱驅(qū)倩锊Ａб舶罅康逆N，因此也不能降低成本。ZnSe也是用于紅外線的候選材料，但是因?yàn)槠鋵h(yuǎn)紅外線的吸收率較大，因此不適于作為攝像透鏡使用。接下來，考慮作為候選材料的ZnS(硫化鋅)。這是低成本的材料。ZnS的遠(yuǎn)紅外線透射率低于鍺而ZnS對遠(yuǎn)紅外線的吸收率大于鍺。10pm波長光的透射率是大約70%到75%。在適當(dāng)使用增透涂層的情況下，透射率是大約85%到90%。ZnS的折射率低于鍺的折射率。由于該原因，在作為透鏡的性能方面ZnS劣于鍺。此外，ZnS難以加工。目前，可以使用CVD法使ZnS多晶化，以將多晶ZnS切削成圓筒凸形或者圓筒凹形以及研磨多晶ZnS從而最終地使其表面平滑。然而，由于ZnS也是較硬的材料，因此切削和研磨ZnS的成本較高。由于這些原因，還不存在利用ZnS透鏡實(shí)現(xiàn)的紅外光學(xué)系統(tǒng)。然而，存在一些使用ZnS透鏡作為遠(yuǎn)紅外透鏡的建議。WO2003/055826提出使用燒結(jié)法制造ZnS透鏡的方法。在該情況下，使用透鏡形狀的模具通過熱壓法使ZnS粉末成型。JP-A-11-295501提出在900'C到100CTC的溫度范圍內(nèi)和150到800kg/cm2的壓力下通過熱壓法使ZnS成型而將透鏡制造成為多晶ZnS燒結(jié)壓縮體的方法。遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)的一個有益應(yīng)用是幫助機(jī)動車駕駛員觀察行人的夜視系統(tǒng)。這是使用遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)的夜間行人探測系統(tǒng)。由于人或者動物具有較高的體溫，因此人或者動物發(fā)射8pm到12pm波長范圍內(nèi)的紅外線?？梢岳酶兄鲜霾ㄩL范圍內(nèi)的紅外線的攝像機(jī)探測夜間在道路上是否存在人或者動物。由于不探測反射光，因此可以探測出現(xiàn)在燈光不能到達(dá)的遠(yuǎn)方或者斜向部分的人或者動物。在高速行駛的機(jī)動車中，希望能夠探測到在通過前照燈的反射光不能充分觀察到的視野角落處是否存在人或者動物。相應(yīng)地，優(yōu)選的是具有廣角。此外，為了辨別人和物體，需要高分辨率。此外，在系統(tǒng)用于車輛的情況下，由于在車輛中沒有足夠的空間因此該系統(tǒng)應(yīng)該較小。然而，在透鏡較小并具有廣角的情況下，趨于縮短后焦距BF。后焦距是從透鏡系統(tǒng)的最后透鏡的后表面到像面(成像表面)的距離。在使用紅外線傳感器的情況下，窗口和傳感器(光接收表面)彼此隔開幾毫米。相應(yīng)地，如果后焦距短于窗口和像面之間的距離，那么最后透鏡與窗口接觸。例如，窗口與傳感器之間的距離大約為4mm到5mm。窗口具有例如0.5mm到l.Omm的厚度。此外，需要在窗口外側(cè)安裝遮光器。該遮光器是能夠瞬間開關(guān)的金屬薄板并具有有限的厚度。該遮光器與最后透鏡或者窗口不接觸。因此，如果不能保證足夠的后焦距BF，那么不存在足夠的空間用于與傳感器組合。后焦距所需的范圍由傳感器的尺寸確定。在如上所述的窗口和傳感器表面之間的距離為4mm到5mm以及窗口的厚度為0.5mm到l.Omm的情況下，需要后焦距為6mm或者更大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種達(dá)到上述目的的方法。在將攝像機(jī)用于車輛的情況下，攝像機(jī)的整體尺寸不能過大。相應(yīng)地，后焦距BF不能過長。后焦距BF優(yōu)選地最長為20mm。因此，本發(fā)明的目的是將后焦距設(shè)定為6mm到20mm。本發(fā)明的第一目的是提供一種使用ZnS作為材料并具有長后焦距的紅外線透鏡。本發(fā)明的第二目的是提供一種具有長后焦距、高分辨率和寬視場的紅外線透鏡。如果透鏡較小并具有廣角，那么焦距較短。因此，后焦距BF通常較短。由于在傳感器中窗口和像面(傳感器表面)彼此隔開并且遮光器設(shè)置在窗口的外部，因此如果后焦距較短則在傳感器的像面上不能形成無限遠(yuǎn)處物體的像。因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有6mm或者更長的后焦距的遠(yuǎn)紅外線透鏡。本發(fā)明的紅外線透鏡由ZnS形成并構(gòu)造成包括前組和后組。前組包括第一透鏡，其具有雙凸形；以及第二透鏡，其具有負(fù)的彎月形或者雙凹形；而后組包括第三透鏡，其具有正的彎月形。每個透鏡的表面是非球面。至少一個表面是衍射表面。設(shè)置非球面和衍射表面以便抑制各種像差。這與使得后焦距BF較長的目的不直接相關(guān)。通過適當(dāng)?shù)剡x擇透鏡的形狀和焦距使得后焦距較長。此外，通過結(jié)合這些透鏡可以獲得透鏡單元。此外，還可以獲得這樣的成像裝置(紅外線攝像機(jī))其設(shè)置有透鏡單元和使在透鏡上形成的像成像的成像單元。由于本發(fā)明構(gòu)造成包括具有雙凸形的第一透鏡；負(fù)彎月形透鏡或者具有雙凹形的第二透鏡；以及具有正彎月形的第三透鏡；因此，可以實(shí)現(xiàn)較長的后焦距BF。因?yàn)榈谝煌哥R具有雙凸形，因此第一透鏡增加物體側(cè)凸面的曲率。進(jìn)行該設(shè)計以便獲得廣角。可以使像面?zhèn)鹊那瘦^小。像面?zhèn)缺砻婵梢詭缀跏瞧教沟摹Ｈ绻谝煌哥R具有正彎月形，那么就會產(chǎn)生第二透鏡不能校正的像差，因此第一透鏡具有雙凸形。第二透鏡用于發(fā)散光束。因此，需要第二透鏡在像面?zhèn)葹榘嫉摹＜词乖谑褂秘?fù)彎月形透鏡的情況下，也需要透鏡在像面?zhèn)仁前嫉膹澰滦瓮哥R。第一透鏡和第二透鏡使圖像形成在遠(yuǎn)于像面的位置上。通過第三透鏡將像拉回，從而使得圖像形成在像面(傳感器表面)上。相應(yīng)地，第三透鏡是具有正光焦度的透鏡。為了獲得廣角透鏡，通過第二透鏡發(fā)散周圍光。相應(yīng)地，第三透鏡是在物體側(cè)為凸形的正透鏡。后焦距BF是上述最后透鏡和像面之間的距離。在該發(fā)明中，后焦距BF是從第三透鏡的后表面到傳感器像面的距離。優(yōu)選的是，使得到第三透鏡的像的距離較長從而使得后焦距較長。通過第二透鏡在較遠(yuǎn)位置上成像。假設(shè)從第三透鏡到像之間的距離是a，第三透鏡的焦距是f3，從第三透鏡到像面之間的距離是b，那么l/(-a)+l/b=l/f3(f3>0;a>b)。在本文中，目標(biāo)是b〉6mm。由于b設(shè)定為較大，因此優(yōu)選的是f3極大。然而，從第一透鏡到像面之間的距離(包括攝像機(jī)和傳感器的光學(xué)系統(tǒng)的總長)是有限的(25mm到40mm)。相應(yīng)地，總焦距f的上限是有限的。然而，f應(yīng)該大到一定程度從而增加b。然后，總焦距f限制為大約10mm到30mm。需要通過第一透鏡和第二透鏡使得在像面前方無限遠(yuǎn)(較遠(yuǎn)位置)的位置處成像。根據(jù)第三透鏡的光焦度和第二透鏡與第三透鏡之間的距離，需要fn為20mm或者更大。然而，由于如果在太遠(yuǎn)處成像則應(yīng)該增大第三透鏡的光焦度，因此，f!2的上限是大約70mm。因此，將fn設(shè)定為大約20mm至70mm。除了透鏡的焦距以外，透鏡之間的距離也是相關(guān)的并且是復(fù)雜的。如果在f=10到30mm和f12=20到70mm的條件下適當(dāng)?shù)剡x擇透鏡的光焦度和透鏡之間的距離，那么后焦距BF可以設(shè)定為6mm或者更長。當(dāng)后焦距BF較長時，像面?zhèn)鹊耐哥R更靠近物體側(cè)的透鏡從而使得像面?zhèn)鹊耐哥R的離軸光束穿過距光軸較遠(yuǎn)的位置。因此，難以校正球差和像散。在本發(fā)明中，透鏡的表面用作非球面。由于非球面，可以良好地校正球差和像散。在ZnS中，波長色散較大。相應(yīng)地，在ZnS中產(chǎn)生色差，這會使性能惡化。在本發(fā)明中，衍射表面用于減少色差。此外，衍射表面也大大有助于校正球差。此外，在透鏡具有20。到30°視角的情況下，假設(shè)整個透鏡系統(tǒng)的焦距是f，前組(第一透鏡Gl和第二透鏡G2)的焦距是fu，則fn與f的比值設(shè)定為1到3以便保證光學(xué)性能。也就是說，l《f12/f《3。在本文中，f是總焦距而f12是第一透鏡和第二透鏡(前組Gl和G2)的焦距。通過滿足該條件，以較好的平衡校正視場范圍內(nèi)的本發(fā)明透鏡系統(tǒng)的像差。因此，容易實(shí)現(xiàn)這樣的構(gòu)造其后焦距BF較長并且較亮和具有廣角。如果比值小于下限"1"，那么第一透鏡的光焦度會過大。相應(yīng)地，難以校正球差。如果比值大于上限"3"，那么第二透鏡和第三透鏡的非球面的程度將過大。相應(yīng)地，難以校正具有較大傾斜角的光束的像差。此外，也難以校正畸變。通過成型法形成由ZnS制成的第一到第三透鏡。因此，與通過切削法制造這些透鏡的情況相比可以降低制造成本。此外，在本發(fā)明中，通過使用透鏡形狀的模具在高溫高壓條件下采用熱壓法使ZnS原材料粉末成型來制造ZnS透鏡。相應(yīng)地，對透鏡的形狀施加預(yù)定限制。為了在高溫高壓條件下保證足夠的可成型性(機(jī)械強(qiáng)度、加工精度)，透鏡厚度優(yōu)選地大到一定程度。另一方面，如果厚度過大(這不是優(yōu)選的)，則吸收也增加。由于在8到12pm的范圍內(nèi)ZnS的吸收率大于Ge的吸收率，因此透鏡的厚度優(yōu)選的是8mm或者更小。雖然由于透鏡的表面是不規(guī)則的，因此透鏡的厚度隨著位置而改變，但是可以利用中心厚度和周緣部分的厚度(稱為邊緣厚度)表示厚度限制。由于中間部分具有中間值，因此可以表示厚度范圍。對于為具有25pm像素間距的成像器件設(shè)計的高分辨率透鏡系統(tǒng)而言，例如，考慮到可成型性和透光性，本發(fā)明的ZnS透鏡滿足下述條件。1.5mnK中心厚度《0mm1.0mnK邊緣厚度〈8.0mm為了保證在高溫高壓條件下成型時的可成型性(機(jī)械強(qiáng)度、加工精度)，透鏡的曲率優(yōu)選是較小的。透鏡的曲率半徑R的倒數(shù)是曲率。在使用球面透鏡時，由于孔徑較小并且焦距較短因此曲率較大。透鏡表面在中心處和邊緣處之間的高度差稱為垂度。如果垂度較大，那么難以基于在高溫高壓條件下的成型法制造透鏡。在本發(fā)明中，ZnS透鏡的垂度設(shè)定為小于5mm(垂度〈5mm)。也就是說，在使用本發(fā)明的遠(yuǎn)紅外線透鏡的情況下，使第一到第三透鏡滿足下述條件。第一透鏡雙凸透鏡。第二透鏡負(fù)彎月形或者雙凹透鏡。第三透鏡正彎月形透鏡。設(shè)置非球面和衍射表面以便抑制球差和像散。20mm《fi2《70mml《f12/f《31.5mm〈中心厚度〈8.0mm1.0mm〈邊緣厚度〈8.0mm垂度〈5mm本發(fā)明的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡具有20。到40°的廣角作為視角。F值是大約0.8到1.2。由于使用低成本的ZnS而不是昂貴的Ge制造透鏡，因此降低了材料成本。然而，即使使用ZnS，通過切削法制造透鏡也需要消耗時間和成本。在該情況下，不可能實(shí)現(xiàn)低成本的制造。在本發(fā)明中，通過使用透鏡形狀得模具對ZnS原材料粉末進(jìn)行熱壓成型(進(jìn)行成型)來制造ZnS透鏡，從而實(shí)現(xiàn)低成本的制造。在本發(fā)明中，通過設(shè)計出合適的形狀(最大直徑、透鏡厚度)，該形狀滿足適用于在進(jìn)行JP-A-11-295501中披露的成型法時的壓力和溫度條件，從而實(shí)現(xiàn)較低成本的光學(xué)系統(tǒng)。為了保證在高溫高壓條件下成型時的可成型性(機(jī)械強(qiáng)度、加工精度)，透鏡厚度優(yōu)選地大到一定程度。然而，邊于在使用ZnS的情況下吸收率較大，因此如果透鏡厚度較大那么透鏡的透射率降低。需要考慮可成型性和透射率之間的平衡來確定厚度。例如，對于為具有25pm像素間距的成像器件設(shè)計的高分辨率透鏡系統(tǒng)而言，本發(fā)明設(shè)計成滿足1.5mnK中心厚度〈8.0mm、1.0mm<邊緣厚度〈8.0mm和垂度〈5mm的條件。因此，滿足可成型性和透射率。使用本發(fā)明ZnS透鏡的遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)的一個應(yīng)用是夜視系統(tǒng)。這是安裝在機(jī)動車中的夜間行人探測系統(tǒng)。通過感知由人的體溫產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線來探測道路上的行人。由于需要提高圖像識別精度、容易將攝像機(jī)安裝到車輛等，因此強(qiáng)烈需要用于車輛的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡具有高分辨率并且體積較小。通常，例如，在前格柵或者保險杠周緣設(shè)置遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)，從而處于暴露到風(fēng)雨下或者在行駛時與飛來物碰撞的嚴(yán)酷環(huán)境下。相應(yīng)地，耐環(huán)境措施，例如防止透鏡損壞或者污染的措施是重要的。存在冷卻型和非冷卻型紅外線傳感器。對于本發(fā)明的遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)，使用在8到12pm范圍內(nèi)具有靈敏度的諸如輻射熱測定器、熱電堆探測器或者SOI二極管等非冷卻型熱成像器件作為傳感器。典型的是，使用像素數(shù)量為160X120或者320X240的成像器件作為非冷卻型熱成像器件。由于成像器件是熱傳感器，因此不可能使得像素尺寸過小。然而，例如，即使現(xiàn)在也可以制造具有25um間距的像素。如果使用25pmX25pm的像素，具有上述像素數(shù)量的傳感器的有效面積為4mmX3mm或者8mmX6mm。因此，有可能使得像面較小。如果像面較小，那么可以使透鏡直徑較小。如果透鏡直徑較小，那么可以使整個攝像機(jī)較小。在不增加透鏡數(shù)量和透鏡尺寸的情況下，可以通過在透鏡表面上形成非球面或者衍射表面來制造光學(xué)性能(亮度、頻率分辨率和溫度分辨率)優(yōu)秀的高分辨率透鏡。這使得容易應(yīng)用于圖像識別處理。對于透鏡，使用具有大約20°到40°的視角和大約0.8到1.2的F值的透鏡。由于利用透鏡形狀的模具對ZnS原材料粉末進(jìn)行熱壓成型(進(jìn)行成型)來制造遠(yuǎn)紅外線透鏡，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鏡。暴露到雨水、氣體、粉塵等的透鏡的最外表面(第一透鏡的物體側(cè)表面)優(yōu)選地涂覆有諸如DLC涂層等超硬薄膜。于是，表面強(qiáng)度增加，相應(yīng)地，耐環(huán)境性也增強(qiáng)。本發(fā)明非常適用于車內(nèi)應(yīng)用，例如用于車內(nèi)遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)的透鏡。此外，本發(fā)明也適用于除了車內(nèi)應(yīng)用以外的其它應(yīng)用。通過在暴露到外部環(huán)境的透鏡的最外表面上執(zhí)行DLC涂層處理，不會損壞透鏡并且容易地移除粉塵。相應(yīng)地，作為安裝在不容易維持的位置上的監(jiān)視攝像機(jī)的透鏡，該透鏡也是有效的。由于透鏡適用于探測發(fā)射遠(yuǎn)紅外線的熱發(fā)射體，例如人，因此透鏡可以用作營救活動的有效裝置。此外，透鏡也適用于在諸如山脈或者海水等嚴(yán)酷環(huán)境下搜尋遇難者的攝像透鏡。此外，由于可以探測到不是可見光的遠(yuǎn)紅外線，因此可以精確地探測到位于室內(nèi)、處于充斥濃煙的火災(zāi)現(xiàn)場和具有較差視場的人所處的位置。此外，通過找到火災(zāi)現(xiàn)場的墻壁或者屋頂中的熱點(diǎn)(熱源)可以快速并準(zhǔn)確地滅火。本發(fā)明也可以應(yīng)用于熱圖像分析，例如用于余火處理。如果透鏡具有更寬的視角，那么焦距變得更短。相應(yīng)地，難以保證有足夠的后焦距BF。在本發(fā)明中，通過使用具有雙凸形狀的第一透鏡和具有負(fù)彎月形的透鏡或雙凹透鏡構(gòu)造前組，并且使用具有正彎月形的第三透鏡構(gòu)造后組，獲得具有長后焦距(6.0mm或者更長)的光學(xué)系統(tǒng)。如果后焦距BF增加，那么像面?zhèn)鹊耐哥R更靠近物體側(cè)的透鏡。由于像面?zhèn)鹊碾x軸光束穿過遠(yuǎn)離光軸的位置，因此球差和像散增加。難以通過結(jié)合球面透鏡來校正大球差或者大像散。因此，在本發(fā)明中，對透鏡系統(tǒng)的每個表面使用非球面。在使用非球面的情況下，可以良好地校正球差和像散。ZnS的波長色散大于Ge。在ZnS透鏡中會出現(xiàn)色差，這將降低ZnS透鏡的性能。相應(yīng)地，在本發(fā)明中，衍射表面用于減小色差。此夕卜，衍射表面還大大有助于校正球差。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡的剖視圖，該遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡構(gòu)造成包括3個透鏡第一透鏡G1，其是雙凸透鏡；第二透鏡G2，其為負(fù)彎月形并在物體側(cè)是凹面；以及第三透鏡G3，其為正彎月形并在物體側(cè)是凸面。圖2是示出MTF曲線的曲線圖，其中，橫軸是根據(jù)第一實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡的空間頻率，縱軸是調(diào)制度，而入射角是參數(shù)。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡的剖視圖，該遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡構(gòu)造成包括3個透鏡第一透鏡G4，其是雙凸透鏡；第二透鏡G5，其具有雙凹形；以及第三透鏡G6，其為正彎月形并在物體側(cè)是凸面。圖4是示出MTF曲線的曲線圖，其中，橫軸是根據(jù)第二實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡的空間頻率，縱軸是調(diào)制度，而入射角是參數(shù)。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡的剖視圖，該遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡構(gòu)造成包括3個透鏡第一透鏡G7，其是平凸透鏡，并在物體側(cè)是凸面而在像面?zhèn)仁瞧教沟模坏诙哥RG8，其具有雙凹形；以及第三透鏡G9，其為正彎月形并在物體側(cè)是凸面。圖6是示出MTF曲線的曲線圖，其中，橫軸是根據(jù)第三實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡的空間頻率，縱軸是調(diào)制度，而入射角是參數(shù)。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的透鏡單元的側(cè)視圖，其中，在鏡筒中設(shè)置有根據(jù)第一實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡和墊片并且透鏡壓片固定在鏡筒上。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的透鏡單元的透視圖，其中，在鏡筒中設(shè)置有根據(jù)第一實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡和墊片并且透鏡壓片固定在鏡筒上。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的透鏡單元的縱剖圖，其中，在鏡筒中設(shè)置有根據(jù)第一實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡和墊片并且透鏡壓片固定在鏡筒上。圖IO是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的透鏡單元的縱剖圖，其中，在鏡筒中設(shè)置有根據(jù)第二實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡和墊片并且透鏡壓片固定在鏡筒上。圖ll是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的透鏡單元的縱剖圖，其中，在鏡筒中設(shè)置有根據(jù)第三實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡和墊片并且透鏡壓片固定在鏡筒上。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的成像裝置的縱剖圖，其中，成像器件與根據(jù)第四實(shí)施例的透鏡單元結(jié)合。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的成像裝置的縱剖圖，其中，成像器件與根據(jù)第五實(shí)施例的透鏡單元結(jié)合。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的成像裝置的縱剖圖，其中，成像器件與根據(jù)第六實(shí)施例的透鏡單元結(jié)合。具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例(圖1和圖2)ZnS，3透鏡組(Gl、G2、G3)f12/f=2.34fM8.5mmf12=43.38mmF值1.01最大直徑18.4mm后截距9.08mm畸變0.05%視角30.5°后焦距(BF):9.7mm第一實(shí)施例是后焦距設(shè)定為BF=9.7mm并且f12/f=2.34的實(shí)例。fn是Gl和G2的組合焦距，f是總焦距。透鏡F值是焦距f除以有效直徑D獲得的值，即f/D。圖1示出根據(jù)第一實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)的剖視圖。.該透鏡系統(tǒng)構(gòu)造成包括三個透鏡。從物體側(cè)將該三個透鏡設(shè)定為Gl、G2和G3。三個透鏡都由ZnS形成。將ZnS的粉末材料放入透鏡形狀的模具，然后在高溫高壓條件下成型。與第四片材對應(yīng)的平坦部件是傳感器的窗口W。傳感器窗口W設(shè)置在傳感器內(nèi)并且由Ge形成。在最后透鏡G3和窗口W之間設(shè)置遮光器(未示出)。傳感器表面(像面；成像表面)J位于傳感器窗口W后方。作為物鏡的第一透鏡Gl是雙凸透鏡。由于第一透鏡Gl具有非球面，因此第一透鏡Gl不具有均勻曲率并且在像面?zhèn)鹊闹芫壊糠謳缀鯙槠教沟?。第?中間)透鏡G2在物體側(cè)具有凹面并在像面?zhèn)染哂邪济?。第二透鏡G2形成為具有復(fù)雜的非球面，并且第二透鏡G2的周緣部分具有凸面。第三透鏡G3在物體側(cè)具有凸面并且在像面?zhèn)染哂邪济妗５谌哥RG3不具有均勻的曲率。在第三透鏡G3的周緣部分中，在物體側(cè)存在凹部并且在像面?zhèn)却嬖谕共?。在?中示出各透鏡特征的概要。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>當(dāng)將設(shè)置在無限遠(yuǎn)處的物體設(shè)定為o時，順次為透鏡的兩個表面設(shè)定表面號。第一透鏡Gl的表面是表面Sl和表面S2，第二透鏡G2的表面-是表面S3和表面S4，而第三透鏡G3的表面是表面S5和表面S6。傳感器窗口W的表面是平面，分別為表面S7和表面S8。示出具有不同入射角的光束的三組軌跡。它們是這樣的三種光束穿過G1透鏡最上部的光束、穿過G2透鏡中部的光束和穿過G3透鏡下部的光束。以虛線示出具有最向上的入射角的光束(A)。以實(shí)線示出具有第二入射角的光束(B)。以點(diǎn)劃線示出具有第三大入射角的光束(C)。以雙點(diǎn)劃線示出具有第四入射角的光束(D)。以虛線示出具有第五入射角的光束(E)。雖然具有相同入射角的大量平行光束透過第一透鏡G1，但是光束會聚到像面J上的一點(diǎn)。因此，光束可以表示為三種光束。表面距離指的是透鏡厚度和透鏡之間得中心到中心距離。物體和第一透鏡Gl之間的距離是無限的。第一透鏡Gl的中心厚度是4.0000mm。第一透鏡Gl和第二透鏡G2的相對表面之間的中心到中心距離是4.1134mm。第二透鏡G2的中心厚度是2.0000mm。第二透鏡G2和第三透鏡G3的相對表面之間的中心到中心距離是5.3353mm。第三透鏡G3的中心厚度是3.300mm。第三透鏡G3和窗口的相對表面之間的距離是4.8075mm。傳感器窗口W的厚度是0.660mm,傳感器窗口和傳感器表面之間的距離是4.270mm。本發(fā)明的目的是保證廣角和寬的后焦距BF。后焦距是從最后透鏡的后表面的中心到像面(傳感器表面)之間的距離。在提供3個透鏡的第一實(shí)施例中，后焦距是從第三透鏡G3的表面S6到傳感器表面J的表面S9之間的距離。由于第三透鏡G3和窗口之間的距離4.8075mm，因此窗口厚度是0.660mm，而窗口和傳感器表面之間的距離是4.270mm，上述距離之和是9.7375mm，即后焦距BF。雖然在圖1中未示出，但是在傳感器窗口W和第三透鏡G3之間(S6和S7之間；在該實(shí)例中的距離為4.8075mm)設(shè)置遮光器。如果后焦距較短，用于打開和關(guān)閉遮光器的空間不足。下面，使用半徑坐標(biāo)r表示透鏡表面的不規(guī)則性D<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>Z(r)表示在具有半徑坐標(biāo)r的點(diǎn)處透鏡表面的高度。假設(shè)向物體側(cè)的突出的情況是"正"，而向像面?zhèn)鹊耐怀龅那闆r是"負(fù)"。R是與球面透鏡情況下的曲率半徑對應(yīng)的量。中心位于物體側(cè)而弧位于像面?zhèn)鹊膹澢砻娴那拾霃奖硎緸?負(fù)"，中心位于像面?zhèn)榷∥挥谖矬w側(cè)的彎曲表面的曲率半徑表示為"正"。R的"正"和"負(fù)"限定為使得透鏡的前后表面的凹凸形狀彼此相反。K是偏心率。A2、A4、Ae...是二階、四階、六階……非球面系數(shù)。該項也可以簡單地寫作SA2,r21。在使用球面透鏡的情況下，非球面系數(shù)是O。當(dāng)使用非球面透鏡時，非球面系數(shù)的值不是O。采用非球面以便校正諸如像散、球差和像面彎曲等像差。本發(fā)明的目的是提供具有長后焦距BF的透鏡。由于非球面系數(shù)的選擇幾乎與后焦距的確定不相關(guān)，因此不詳細(xì)描述非球面系數(shù)的選擇?？装霃绞墙邮展獾耐哥R的有效半徑。cp(r)是確定衍射表面的函數(shù)。Cj是j階衍射系數(shù)。mod(p，q)是p除以q獲得的余數(shù)。即，無論何時只要p增加q，則減去q。當(dāng)彎曲表面由于半徑r的增加而增大時，通過減去q制成具有高度為q的同心環(huán)結(jié)構(gòu)的衍射光柵。在本文中，將高度函數(shù)<:^+<:21"2+(:31"3+(:41"4...=5:(^和波長x相比較，并盡可能多地減去波長x從而獲得余數(shù)(0<余數(shù)4)。因此，確定同心衍射光柵的高度。當(dāng)高度2Cjri是正時將衍射高度2C,和+X相比較，當(dāng)高度SCj一是負(fù)時將衍射高度SC,和-X相比較。在使用ZnS的情況下，色差較大。折射率對波長的依賴性以及衍射對波長的依賴性是彼此相反的。衍射表面用來抑制色差。由于與后焦距BF的判斷不直接相關(guān)，因此將省略詳細(xì)說明。(Gr的物體側(cè)表面表面Sl)第一透鏡Gl的表面Sl是凸形非球面。曲率半徑R=20.864mm偏心率K=-2.7788x10"如下為非球面系數(shù)。A2=-3.651xlO—3mm"A4=-2.3277xl(T5mm-3A6=-1.6359xlO-7mm-5A8=-8.130xl(r10mnT7C1=C2=C3=C4=..,=0。即，在表面SI上不存在衍射作用。表面SI的孔半徑是9.2000mm。(Gl的像面?zhèn)缺砻姹砻鍿2)第一透鏡G1的表面S2是凸的非球面。曲率半徑是R-無限大。偏心率是K-1.0000x1018。即使曲率半徑為無限大，因?yàn)槠穆室草^大，因此看到的表面S2為凸形的。如下是非球面系數(shù)。A2=-3.3299xl(Tjmm-1A4=7.4046xl(T6mm-3A6=-3.0895xlCT7mm—5A8=7.171xl(T10mm-7比上述階數(shù)更高階的非球面系數(shù)為0。如下是衍射系數(shù)。C1=7.4455xl(T4C2=4,5754xl(T6mm-1孔半徑是9.6253mm。第一透鏡Gl是具有正光焦度的透鏡。(G2物體側(cè)表面表面S3)作為第二透鏡的物體側(cè)表面的表面S3是凹的球面。曲率半徑是R=-27.000mm。由于表面S3是球面，因此僅由曲率半徑R確定其形狀。(G2的像面?zhèn)缺砻鍿4)作為第二透鏡G2的像面?zhèn)缺砻娴谋砻鍿4是凹的非球面。曲率半徑是R=-42.4595mm。偏心率K4.0075x101。以下是非球面系數(shù)。A2=2.6280xl0-2mm-1A4=-2.3998xl0-4mm-3A6=9.5228xl(T7mm-5A8=-1.7313xl(T9mm—7以下是衍射系數(shù)。Cf-3.4850xl(y3C2=9.3893xl(T6mm-1(G3的物體側(cè)表面表面S5)作為第三透鏡G3的物體側(cè)表面的表面S5是凸面。曲率半徑是R=17.6039mm。偏心率K=-5.6857x10"。以下是非球面系數(shù)。A2=1.0543xiCT2mm-1A4=5.2642xl(T'mm-JA6=-8.9599xlO-8mm-5A8=-4.2538xl(T8mm-7每個衍射系數(shù)都為0。(G3的像面?zhèn)缺砻姹砻鍿6)作為第三透鏡G3的像面?zhèn)缺砻娴谋砻鍿6是凹的非球面。曲率半徑是R=19.4040mm。偏心率K=-2.4880><10。以下是非球面系數(shù)。A2=-1.6381xl0—2mm-1A4=5.3411xl(T4mm-3A6=-8.8408xl(T6mm-5A8=2,7034xl(T8mm-7每個衍射系數(shù)都為0。(窗口一的物體側(cè)表面表面S7)傳感器窗口與傳感器一體地形成，并且不由ZnS而是由Ge形成。物體側(cè)表面S7是平坦的。(窗口的像面?zhèn)缺砻姹砻鍿8)像面?zhèn)缺砻嬉彩瞧教沟摹Ｇ拾霃绞菬o限大，非球面系數(shù)是O。由于后焦距BF是9.7mm，因此滿足預(yù)定目標(biāo)(BF^6mm)。由于f12/f=2.34，因此在上述l《f12/f《3的范圍內(nèi)。由于F值是l.Ol，因此其是亮的透鏡。在圖2中示出根據(jù)第一實(shí)施例的透鏡的MTF曲線。橫軸表示空間頻率(單位lp/mm)?？v軸表示調(diào)制度。入射角設(shè)定為0°(軸上)、3.10°、6.18°、10.73°禾n15.15°。示出以各種角入射的入射光的弧矢和子午。子午是入射角的傾斜在子午線方向上的值，而弧矢是在與上述方向垂直的方向上的值。a:衍射極限b.-軸上光(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°弧矢根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，為了使得該透鏡系統(tǒng)在位于像面上的傳感器上形成高分辨率圖像，在尼奎斯特(Nyquist)頻率處的MTF應(yīng)該為0.2或者更大，尼奎斯特頻率是傳感器像素間距p的兩倍(2p)的倒數(shù)(1/2p)。在像素間距是25pm時，尼奎斯特頻率是201p/mm。根據(jù)該曲線圖，在入射角為15.15°的"j"情況下，弧矢的MTF在空間頻率是281p/mm時減小到0.29，在空間頻率是241p/mm時減小到0.34，而在空間頻率是201p/mm時減小到0.42。在入射角為10.73°的"h"情況下，弧矢的MTF在空間頻率是281p/mm時減小到0.20，在空間頻率是241p/mm時減小到0.29，而在空間頻率是201p/mm時減小到0.39。然而，在任何情況下，可以滿足當(dāng)空間頻率是201p/mm時MTF為0.2或者更大的條件。表2MTF<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>表2列出當(dāng)?shù)谝粚?shí)施例中的透鏡的入射角為0°、3.10°、6.18°、10.73°禾B15.15°時，在201p/mm的空間頻率處MTF的弧矢和子午值。201p/mm是像素間距設(shè)定為25pm時的尼奎斯特頻率。在曲線圖和表中所示的角度范圍內(nèi)，在尼奎斯特頻率是201p/mm時MTF大于0.2。可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)組合具有25pm像素間距和320x240像素尺寸的成像器件(8mmx6mm)時所需的高分辨率。在該情況下，由于像素間距是p=0.025mm,尼奎斯特頻率是l/2p=201p/mm。即使在入射角是15.15°的情況下，在尼奎斯特頻率是201p/mm時MTF大約為0.4。由于該值等于或大于0.2，因此可以實(shí)現(xiàn)與具有25pm像素間距的成像器件結(jié)合的高分辨率攝像機(jī)。此外，由于利用非球面可以將整個透鏡系統(tǒng)的透鏡厚度抑制為為較小，因此可以實(shí)現(xiàn)亮的透鏡系統(tǒng)。每個透鏡的垂度、中心厚度和邊緣厚度滿足上述條件，因此，可以基于成型法進(jìn)行制造。下面列舉第一實(shí)施例中的垂度、中心厚度和邊緣厚度的值。垂度—Gl透鏡(物體側(cè))1,4883mm,(像面?zhèn)?0.4377mmG2透鏡(物體側(cè))1.5713mm，(像面?zhèn)?0.2571mmG3透鏡(物體側(cè))1.7502mm，(像面?zhèn)?0.1502mm邊緣厚度Gl透鏡2.0740mmG2透鏡3.3142mmG3透鏡1.7000mm第二實(shí)施例(圖3和圖4)ZnS，3透鏡組(G4、G5、G6)f12/f=1.01f=20.4mmf12=20,6mmF值1.11最大直徑18.4mm后截距8.08mm田奇變1.78%視角27.1°后焦距(BF):8.7mm第二實(shí)施例是后焦距設(shè)定為BF-8.7mm并且f12/f=1.01的實(shí)例。fu是G4和G5的組合焦距，f是總焦距。透鏡的F值是f/D。由于F值是1.11，該透鏡足夠亮。圖3示出根據(jù)第二實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)的剖視圖。該透鏡系統(tǒng)構(gòu)造成包括由ZnS形成的3個透鏡G4、G5和G6。與第四片材對應(yīng)的平坦部件是傳感器的窗口W。傳感器窗口W設(shè)置在傳感器中并由Ge形成。在最后透鏡G6和窗口W之間設(shè)置遮光器(未示出)。在窗口W的后方設(shè)置傳感器表面(像面；成像表面)J。作為物鏡的第一透鏡G4是雙凸透鏡。由于第一透鏡G4的兩個表面都是非球面，因此第一透鏡G4不具有均勻曲率并且在像面?zhèn)鹊闹芫壊糠謳缀鯙槠教沟?。第?中間)透鏡G5在物體側(cè)具有凹面并在像面?zhèn)染哂邪济?。第二透鏡G5形成為具有復(fù)雜的非球面，并且第二透鏡G5的周緣部分具有凸面。第三透鏡G6在物體側(cè)具有凸面并且在像面?zhèn)染哂邪济?。第三透鏡G6也不具有均勻的曲率。在第三透鏡G6的周緣部分，在物體側(cè)存在凹部并且在像面?zhèn)却嬖谕共?。在圖4中示出根據(jù)第二實(shí)施例的透鏡的MTF曲線。橫軸表示空間頻率(單位lp/mm)?？v軸表示調(diào)制度。入射角設(shè)定為0°(軸上)、2.81°、5.59°、9.67°禾D13.55°。示出以各種角入射的入射光的弧矢和子午。衍射極限b:軸上光(0°C:2.81°子午d:2.81°弧矢6:5.59°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°弧矢根據(jù)該曲線圖，在入射角是13.55°的"i"情況下子午的MTF在281p/mm空間頻率處減小到0.13，在241p/mm空間頻率處減小到0.18，在201p/mm空間頻率處減小到0.26。在入射角是9.67°的"h"情況下，弧矢的MTF在241p/mm空間頻率處減小到0.26，在201p/mm空間頻率處減小到0.30。然而，在任何情況下，可以滿足在201p/mm空間頻率處MTF為0.2或更大的條件。為了組合構(gòu)造成包括多個像素的傳感器，在與像素尺寸對應(yīng)的尼奎斯特頻率處MTF應(yīng)該為0.2或者更大。這滿足在201p/mm空間頻率處對于小于13.55°的所有入射角MTF為0.2或更大的條件。<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>表3表示當(dāng)?shù)诙?shí)施例的透鏡的入射角為0°、2.81°、5.59°、9.67°和13.55°時在201p/mm空間頻率處的MTF的弧矢和子午的值。當(dāng)像素間距設(shè)定為25pm時，201p/mm是尼奎斯特頻率。如果使得像素間距更小，則在較高空間頻率處的MTF產(chǎn)生問題。在入射角是13.55°時，弧矢的MTF是0.257，子午的MTF是0.21。其它值都大于這些值。即，在曲線圖和表中所示的角度范圍內(nèi)，在201p/mm處MTF大于0.2。由于視角是有效入射角的兩倍，因此在該透鏡系統(tǒng)中的視角是27.1°。下面列舉第二實(shí)施例中的垂度、中心厚度和邊緣厚度的值。垂度Gl透鏡(物體側(cè))1.5136mm，(像面?zhèn)?0.3874mmG2透鏡(物體側(cè))0.2991mm，(像面?zhèn)?0.0070mmG3透鏡(物體側(cè))0.8788mm，(像面?zhèn)?0.7094mm中心厚度Gl透鏡4.0mmG2透鏡2.0mmG3透鏡3.3mm邊緣厚度Gl透鏡2.0990mmG2透鏡2.2921mmG3透鏡3.1306mm第三實(shí)施例(圖5和圖6)ZnS，3透鏡組(G7、G8、G9)一f12/f=2.98fM7.8mmf12=53mmF值1.02最大直徑17.4mm后截距8.08mm田奇變4.64%視角30.1°后焦距8.7mm第三實(shí)施例是后焦距BF設(shè)定為BF二8.7mm以及fWf二2.98的實(shí)例。由于F值是1.02，透鏡足夠亮。圖5示出根據(jù)第三實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)的剖視圖。該透鏡系統(tǒng)也構(gòu)造成包括3個透鏡G7、G8和G9并且由ZnS形成。與第四片材對應(yīng)的平坦部件是傳感器的窗口W。傳感器窗口設(shè)置在傳感器中并由Ge形成。在最后透鏡G9和窗口W之間設(shè)置遮光器(未示出)。在窗口W的后方設(shè)置傳感器表面(像面；成像表面)J。作為物鏡的第一透鏡G7是雙凸透鏡。第一表面是非常凸的表面，而第二表面幾乎為平坦的。第二(中間)透鏡G8在物體側(cè)具有凹面并在像面?zhèn)染哂邪济?。第二透鏡G8形成為具有復(fù)雜的非球面，第二透鏡G8的周緣部分具有凸面。第三透鏡G9在物體側(cè)具有凸面而在像面?zhèn)染哂邪济妗５谌哥RG9在物體側(cè)非常凹而在像面?zhèn)葞缀鯙槠教沟?。第三透鏡G9也不具有均勻曲率。第三透鏡G9的周緣部分在物體側(cè)存在凹部而在像面?zhèn)却嬖谕共?。在圖6中示出根據(jù)第三實(shí)施例的透鏡的MTF曲線。橫軸表示空間頻率(單位lp/mm)?？v軸表示調(diào)制度。入射角設(shè)定為0。(軸上)、3.21°、6.35°、10.卯°禾卩15.05°。示出以每種角度入射的入射光的弧矢和子午。a:衍射極限b:軸上光(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h15.05°子午j:15.05°弧矢對于所有入射角，在與像素尺寸對應(yīng)的尼奎斯特頻率處，MTF應(yīng)該是0.2或者更大。尼奎斯特頻率隨著傳感器的像素尺寸而改變。如上所述，當(dāng)傳感器具有25pm平方的像素時，尼奎斯特頻率是201p/mm。在上述角度范圍內(nèi)，在201p/mm的空間頻率處，MTF是0.2或者更大。根據(jù)該曲線圖，在入射角是10.90°的"g"情況下，子午的MTF在281p/mm空間頻率處減小到0.13，在241p/mm空間頻率處MTF減小到0.18，在201p/mm空間頻率處MTF減小到0.23。在入射角是10.90°的"h"情況下，弧矢的MTF在241p/mm空間頻率處減小到0.24，在201p/mm空間頻率處MTF減小到0.29。然而，在任何情況下，都滿足在201p/mm空間頻率處MTF為0.2或更大的條件。表4MTF<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>表4列出當(dāng)?shù)诙?shí)施例中的透鏡的入射角為0°、3.21°、6.35°、10.90°和15.05°時，在201p/mm空間頻率處的MTF的弧矢和子午的值。當(dāng)像素間距設(shè)定為25|_im時，尼奎斯特頻率是201p/mm。如果使得像素間距更小，則在更高空間頻率處的MTF成為問題。在入射角是10.90°時，弧矢的MTF是0.287，子午的MTF是0.229。其它值都大于這些值。SP，在曲線圖和表中所示的角度范圍內(nèi)，在201p/mm處MTF大于0.2。由于視角是有效入射角的兩倍，因此在該透鏡系統(tǒng)中的視角是30.1°。下面列舉第三實(shí)施例中的垂度、中心厚度和邊緣厚度的值。垂度Gl透鏡(物體側(cè))1.2488mm,(像面?zhèn)?0.7375mmG2透鏡(物體側(cè))0.7877mm，(像面?zhèn)?0.2215mmG3透鏡(物體側(cè))0.8541mm，(像面?zhèn)?0.7431mm中心厚度Gl透鏡4.0mmG2透鏡2.0mmG3透鏡3.3mm邊緣厚度Gl透鏡2.0137mmG2透鏡2.5662mmG3透鏡1.7028mm第四實(shí)施例構(gòu)造成包括3個透鏡的透鏡單元(圖7、圖8和圖9)通過使用根據(jù)第一實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡組形成透鏡單元。在圖7中示出透鏡單元的整個側(cè)視圖。在圖8中示出透鏡單元的透視圖。在圖9中示出透鏡單元的縱剖圖。鏡筒60由金屬形成并具有圓筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺紋帶62和位于外周表面后部的外螺紋部分63。內(nèi)周表面是光滑的管形內(nèi)表面66。在管形內(nèi)表面66的后部設(shè)置有突出的階梯部分69。鎖擋突出部70位于階梯部分69的后方。在外周部分的中部具有光滑部分73。透鏡壓片—64由金屬形成并具有蓋螺母的形狀，其具有內(nèi)螺紋部分65和前部72，該前部72在其前部具有較小直徑。例如，可以由鋁形成鏡筒60和透鏡壓片64。沿著鏡筒60的管形內(nèi)表面66插入第一透鏡Gl、第一墊片67、第二透鏡G2和第二墊片68。第三透鏡G3與更后側(cè)的階梯部分69內(nèi)接觸。通過鎖擋突出部70擠壓第三透鏡G3的后表面。從而確定第三透鏡G3在其軸線方向上的位置。第二墊片68具有大致圓筒形的形狀并且插入到第三透鏡G3和第二透鏡G2之間，從而確定第二透鏡G2和第三透鏡G3之間的相對位置。第一墊片67位于第二透鏡G2和第一透鏡Gl之間，從而確定第一透鏡Gl和第二透鏡G2之間的相對位置。透鏡壓片64旋到鏡筒60的前部外螺紋部分62上從而擠壓第一透鏡Gl的前部72。通過操作墊片67和68，將第一透鏡Gl和第二透鏡G2之間的距離設(shè)定為4.1134mm，而第二透鏡G2和第三透鏡G3之間的距離設(shè)定為5.3353mm。通過使用鋁、陶瓷、塑料等形成環(huán)形的墊片67和68。第五實(shí)施例構(gòu)造成包括3個透鏡的透鏡單元(圖IO)通過使用根據(jù)第二實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡組形成透鏡單元。該透鏡單元的側(cè)視圖和透視圖與圖7和圖8所示相同。在圖10中示出透鏡單元的縱剖圖。鏡筒60由金屬形成并具有圓筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺紋帶62和位于外周表面后部的外螺紋部分63。內(nèi)周表面是光滑的管形內(nèi)表面66。管形內(nèi)表面66的后部設(shè)置有突出的階梯部分69。鎖擋突出部70位于階梯部分69的后方。透鏡壓片64由金屬形成并具有蓋螺母的形狀，其具有內(nèi)螺紋部分65和前部72，該前部72在其前部具有較小直徑。例如，可以由鋁形成鏡筒60和透鏡壓片64。沿著鏡筒60的管形內(nèi)表面66插入第一透鏡G4、第一墊片67、第二透鏡G5和第二墊片68。第三透鏡G6與更后側(cè)的階梯部分69內(nèi)接觸。通過鎖擋突出部70擠壓第三透鏡G6的后表面。從而確定第三透鏡G6在其軸線方向上的位置。第二墊片68具有大致圓筒形的形狀并且插入到第三透鏡G6和第二透鏡G5之間，從而確定第二透鏡G5和第三透鏡G6之間的相對位置。由于第三透鏡G6的外徑較小，因此獲得在后側(cè)延展的楔形剖面。第一墊片67位于第二透鏡G5和第一透鏡G4之間，從而確定第一透鏡G4和第二透鏡G5之間的相對位置。透鏡壓片64旋到鏡筒60的前部外螺紋部分62上從而擠壓第一透鏡G4的前部72。通過使用鋁、陶瓷、塑料等形成環(huán)形的墊片67和68。第六實(shí)施例構(gòu)造成包括3個透鏡的透鏡單元(圖ll)通過使用根據(jù)第三實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡組形成透鏡單元。該透鏡單元的側(cè)視圖和透視圖與圖7和圖8所示相同。在圖11中示出透鏡單元的縱剖圖。鏡筒60由金屬形成并具有圓筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺紋帶62和位于外周表面后部的外螺紋部分63。內(nèi)周表面是光滑的管形內(nèi)表面66。管形內(nèi)表面66具有位于其后部的鎖擋突出部74。透鏡壓片64由金屬形成并具有蓋螺母的形狀，其具有內(nèi)螺紋部分65和前部72，該前部72在其前部具有較小直徑。例如，可以由鋁形成鏡筒60和透鏡壓片64。沿著鏡筒60的管形內(nèi)表面66插入第一透鏡G7、第一墊片67、第二透鏡G8和第二墊片68。通過鎖擋突出部74擠壓第三透鏡G9的后表面。從而確定第三透鏡G9在其軸線方向上的位置。第二墊片68具有大致圓筒形的形狀并且插入到第三透鏡G9和第二透鏡G8之間，從而確定第二透鏡G8和第三透鏡G9之間的相對位置。第一墊片67位于第二透鏡G8和第一透鏡G7之間，從而確定第一透鏡G7和第二透鏡G8之間的相對位置。透鏡壓片64的內(nèi)螺紋部分65旋到鏡筒60的前部外螺紋部分62上從而擠壓第一透鏡G7的前部72。通過使用鋁、陶瓷、塑料等形成環(huán)形的墊片67和68。第七實(shí)施例成像裝置，其中成像器件結(jié)合有包括3個透鏡的透鏡單元(圖12)在第七實(shí)施例中，通過將成像器件與根據(jù)第四實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡單元結(jié)合形成成像裝置。在圖12中示出根據(jù)第七實(shí)施例的整個成像裝置的縱剖圖。鏡筒60由金屬形成并具有圓筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺紋帶62和位于外周表面后部的外螺紋部分63。內(nèi)周表面是光滑的管形內(nèi)表面66。管形內(nèi)表面66的后部設(shè)置有突出的階梯部分69。鎖擋突出部70位于階梯部分69的后方。在外周部分的中部具有光滑部分73。透鏡壓片64由金屬形成并具有蓋螺母的形狀，其具有內(nèi)螺紋部分65和前部72，該前部72在其前部具有較小直徑。例如，可以由鋁形成鏡筒60和透鏡壓片64。沿著鏡筒60的管形內(nèi)表面66插入第一透鏡Gl、第一墊片67、第二透鏡G2、和第二墊片68。第三透鏡G3與更后側(cè)的階梯部分69內(nèi)接觸。通過鎖擋突出部70擠壓第三透鏡G3的后表面。從而確定第三透鏡G3在其軸線方向上的位置。第二墊片68具有大致圓筒形的形狀并且插入到第三透鏡G3和第二透鏡G2之間，從而確定第二透鏡G2和第三透鏡G3之間的相對位置。第一墊片67位于第二透鏡G2和第一透鏡Gl之間，從而確定第一透鏡Gl和第二透鏡G2之間的相對位置。透鏡壓片64旋到鏡筒60的前部外螺紋部分62上從而擠壓第一透鏡Gl的前部72。通過操作墊片67和68，將第一透鏡Gl和第二透鏡G2之間的距離設(shè)定為4.1134mm，而第二透鏡G2和第三透鏡G3之間的距離設(shè)定為5.3353mm。通過使用鋁、陶瓷、塑料等形成環(huán)形的墊片67和68。具有圓筒形的成像器件保持架80在其內(nèi)側(cè)前部具有內(nèi)螺紋部分83并在后部具有底板82。在底板82上形成具有開口的圓筒形窗口保持架84。窗口W固定到窗口保持架84的開口上。成像器件芯片86固定到底板82的中間部分。成像器件芯片86的前表面是像面J。內(nèi)螺紋部分83旋入鏡筒60的外螺紋部分63上。以這樣的方式，獲得其中一體地形成成像器件和透鏡單元的成像裝置。第八實(shí)施例成像裝置，其中成像器件結(jié)合有包括3個透鏡的透鏡單元(圖13)在第八實(shí)施例中，通過將成像器件與根據(jù)第五實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡單元結(jié)合形成成像裝置。在圖13中示出根據(jù)第八實(shí)施例的整個成像裝置的縱剖圖。.鏡筒60由金屬形成并具有圓筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺紋帶62和位于外周表面后部的外螺紋部分63。內(nèi)周表面是光滑的管形內(nèi)表面66。管形內(nèi)表面66后部設(shè)置有突出的階梯部分69。鎖擋突出部70位于階梯部分69的后方。在外周部分的中部存在光滑部分73。透鏡壓片64由金屬形成并具有蓋螺母的形狀，其具有內(nèi)螺紋部分65和前部72，該前部72在其前部具有較小直徑。例如，可以由鋁形成鏡筒60和透鏡壓片64。沿著鏡筒60的管形內(nèi)表面66插入第一透鏡G4、第一墊片67、第二透鏡G5、和第二墊片68。第三透鏡G6與更后側(cè)的階梯部分69內(nèi)接觸。通過鎖擋突出部70擠壓第三透鏡G6的后表面。從而確定第三透鏡G6在其軸線方向上的位置。第二墊片68具有大致圓筒形的形狀并且插入到第三透鏡G6和第二透鏡G5之間，從而確定第二透鏡G5和第三透鏡G6之間的相對位置。第一墊片67位于第二透鏡G5和第一透鏡G4之間，從而確定第一透鏡G4和第二透鏡G5之間的相對位置。透鏡壓片64的內(nèi)螺紋部分65旋到鏡筒60的前部外螺紋部分62上。透鏡壓片64擠壓第一透鏡G4的前部72。通過使用鋁、陶瓷、塑料等形成環(huán)形的墊片67和68。具有圓筒形的成像器件保持架80在其內(nèi)側(cè)前部具有內(nèi)螺紋部分83并在后部具有底板82。在底板82上形成具有開口的圓筒形窗口保持架84。窗口W固定到窗口保持架84的開口上。成像器件芯片86固定到底板82的中間部分。成像器件芯片86的前表面是像面J。內(nèi)螺紋部分83旋入鏡筒60的外螺紋部分63上。以這樣的方式，獲得其中一體地形成成像器件和透鏡單元的成像裝置。第九實(shí)施例成像裝置，其中成像器件結(jié)合有包括3個透鏡的透鏡單元(圖14)在第九實(shí)施例中，通過將成像器件與根據(jù)第六實(shí)施例的遠(yuǎn)紅外線透鏡單元結(jié)合形成成像裝置。在圖14中示出根據(jù)第九實(shí)施例的整個成像裝置的縱剖圖。鏡筒60由金屬形成并具有圓筒形，其具有位于其外周表面前部的外螺紋帶62和位于外周表面后部的外螺紋部分63。內(nèi)周表面是光滑的管形內(nèi)表面66。管形內(nèi)表面66的后部設(shè)置有突出的階梯部分69。鎖擋突出部70位于階梯部分69的后方。在外周部分的中部存在光滑部分73。透鏡壓片64由金屬形成并具有蓋螺母的形狀，其具有內(nèi)螺紋部分65和前部72，該前部72在其前部具有較小直徑。例如，可以由鋁形成鏡筒60和透鏡壓片64。沿著鏡筒60的管形內(nèi)表面66插入第一透鏡G7、第一墊片67、第二透鏡G8、和第二墊片68。通過鎖擋突出部74擠壓第三透鏡G9的后表面。從而確定第三透鏡G9沿著其軸線方向上的位置。第二墊片68具有大致圓筒形的形狀并且插入到第三透鏡G9和第二透鏡G8之間，從而確定第二透鏡G8和第三透鏡G9之間的相對位置。第一墊片67位于第二透鏡G8和第一透鏡G7之間，從而確定第一透鏡G7和第二透鏡G8之間的相對位置。透鏡壓片64的內(nèi)螺紋部分65旋到鏡筒60的前部外螺紋部分62上。透鏡壓片64擠壓第一透鏡G7的前部72。通過使用鋁、陶瓷、塑料等形成環(huán)形的墊片67和68。具有圓筒形的成像器件保持架80在其內(nèi)側(cè)前部具有內(nèi)螺紋部分83并在后部具有開口。盤狀座87焊接到開口上。具有開口的圓筒形窗口保持器84焊接到座87上。成像器件芯片86固定到座87的中間部分。成像器件芯片86的前表面是像面J。內(nèi)螺紋部分83旋入鏡筒60的外螺紋部分63上。以這樣的方式，獲得其中一體地形成成像器件和透鏡單元的成像裝置。一就各方面來講，上述實(shí)施例僅是示例性的而不應(yīng)該認(rèn)為這些實(shí)施例是限制性的。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，但是可以在不脫離所附加權(quán)利要求書及其等同物限定的本發(fā)明精神或者主題范圍的情況下進(jìn)行各種更改。權(quán)利要求1.一種遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡，包括第一透鏡，其由ZnS形成并具有雙凸形；第二透鏡，其由ZnS形成并具有負(fù)彎月形或雙凹形；以及第三透鏡，其由ZnS形成并具有正彎月形；其中，在任意透鏡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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡，其中，總焦距f是10mm到30mm，以及所述第一透鏡和所述第二透鏡的焦距fn是20mm到70mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡，其中，當(dāng)所述3個透鏡的總焦距是f而所述第一透鏡和所述第二透鏡的焦距是fn時，l《f12/f《3。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡，其中，利用透鏡形狀的模具采用熱壓法通過使ZnS原材料粉末成型來制造由ZnS形成的所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡，其中，在所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡中，都滿足垂度〈5mm，1.5mm〈中心厚度〈8mm，以及l(fā)mm〈邊緣厚度〈8mm。6.—種使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡的透鏡單元。7.—種成像裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求6所述的透鏡單元；以及成像單元，其使形成于所述透鏡單元上的圖像成像。全文摘要本發(fā)明公開了一種包括由ZnS形成的三個透鏡的遠(yuǎn)紅外線攝像透鏡。第一透鏡是雙凸透鏡，第二透鏡是負(fù)彎月形或者雙凹透鏡，第三透鏡是正彎月形透鏡。在透鏡的任意表面上形成衍射表面。當(dāng)所述透鏡系統(tǒng)的總焦距f是10mm到30mm并且所述第一透鏡和所述第二透鏡的焦距f₁₂是20到70mm時，1≤f₁₂/f≤3。文檔編號H04N5/33GK101387738SQ200810090609公開日2009年3月18日申請日期2008年3月31日優(yōu)先權(quán)日2007年9月10日發(fā)明者泉達(dá)也申請人:住友電氣工業(yè)株式會社;Sei復(fù)合產(chǎn)品股份有限公司