專利名稱：條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，特別涉及一種具有兩個(gè)透鏡所構(gòu)成的光學(xué)取像鏡頭，以運(yùn)用于小型掃瞄裝置需求的廣視角的光學(xué)取像鏡頭。
背景技術(shù)：
一般而言，掃瞄裝置的主要目的是將影像經(jīng)由光學(xué)取像鏡頭(image readinglens)讀取后，成像于電子感光元件(image sensor)，電子感光元件將影像轉(zhuǎn)換為電子訊號(hào)傳送至外界。為使影像成像時(shí)不致變形或不同波長(zhǎng)的光線能得到補(bǔ)償，因此，光學(xué)取像鏡頭的設(shè)計(jì)即成為重要的關(guān)鍵。如美國(guó)專利US6，147，816揭露使用二透鏡式的光學(xué)取像鏡頭，采用兩個(gè)新月型的透鏡構(gòu)成光學(xué)取像鏡頭，運(yùn)用在影像掃描機(jī)(image scanner)或傳真機(jī)(facsimile machine)上；如圖1A，光學(xué)取像鏡頭91包含新月型(meniscus)凸面在物側(cè)的第一透鏡 911、新月型凹面在物側(cè)的第二透鏡912、中置型光圈913與一片紅外線濾光片915，使影像可成像于成像面914 ；其主要是運(yùn)用繞射非球面(diffractive aspherical)光學(xué)面的第二透鏡912，以縮小像差及色差，使成掃描后的影像提高色彩的解析度。然而，此種設(shè)計(jì)的場(chǎng)視角(field of angle)太小，場(chǎng)視角的一半僅為約23. 6°，不能運(yùn)用于小型條碼讀取機(jī)(bar code reader machine)的光學(xué)取像鏡頭上，主要原因是小型條碼讀取機(jī)所讀取的條碼影像需要更貼近光學(xué)取像鏡頭，其場(chǎng)視角需求更大。條碼讀取機(jī)使用的光學(xué)取像鏡頭如美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)US 2009/0140048使用拋物面的接收透鏡并以繞射端面，以增加場(chǎng)視角，但其結(jié)構(gòu)不易制造，且拋物面的接收透鏡具有相當(dāng)長(zhǎng)度，不利于小型化的需求；臺(tái)灣專利TW M306698揭露單片式的光學(xué)取像鏡頭，雖制造簡(jiǎn)單，但卻需要更長(zhǎng)的接收距離，也不利于使用。為提高接收影像的品質(zhì)，美國(guó)專利US 5，917，661揭露使用二個(gè)光學(xué)透鏡，如圖 1B，光學(xué)取像鏡頭92包含雙凸型的第一透鏡921、新月型凹面在物側(cè)的第二透鏡922與后置型光圈923，使影像可成像于成像面924 ；其中，以雙凸型第一透鏡921與新月型第二透鏡922兩個(gè)透鏡組合的成光學(xué)取像鏡頭92，為增加場(chǎng)視角采用較強(qiáng)的屈光度(refraction power)，但卻需要較厚的透鏡以達(dá)成，此不利于制造也不能運(yùn)用于小型(薄形)的條碼讀取機(jī)。對(duì)于有利于高解析度條碼讀取機(jī)的光學(xué)取像鏡頭設(shè)計(jì)上，如美國(guó)專利 US7, 477，460或美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)US2007/0097522所揭露的四片透鏡式的光學(xué)取像鏡頭，其像差可獲得較好的補(bǔ)償，但其光學(xué)取像鏡頭的全長(zhǎng)仍過(guò)長(zhǎng)，且透鏡數(shù)量較多，不利于制造成本的降低。目前，條碼讀取機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)上，使用者對(duì)于小型化、條碼讀取機(jī)與條碼的距離短的需求甚殷，因此發(fā)展較短的光學(xué)取像鏡頭(全長(zhǎng)較短)，且較大的場(chǎng)視角、縮短后焦距、像差修正良好使解析度高的光學(xué)取像鏡頭為使用者迫切所需。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，提供較大的場(chǎng)視角、較短后焦距、且像差修正良好的光學(xué)取像鏡頭，以供給小型且近距離掃描需求的條碼讀取機(jī)使用；該條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡、第二透鏡與影像感測(cè)元件。其中，第一透鏡為新月型透鏡，其第一透鏡物側(cè)光學(xué)面為凸面，凸面向物側(cè)，其第一透鏡物側(cè)光學(xué)面及第一透鏡像側(cè)光學(xué)面皆為非球面；其中，第二透鏡為新月型透鏡，第二透鏡物側(cè)光學(xué)面為凹面，凹面向物側(cè)，其第二透鏡物側(cè)光學(xué)面及第二透鏡像側(cè)光學(xué)面皆為非球面；其中，影像感測(cè)元件設(shè)置于第一透鏡與第二透鏡組合后的成像面上；滿足下列條件62. 0° < 2ω < 89. 5°(1)1. 50 < TL/D1/2 < 2. 20(2)其中，2ω為光學(xué)取像鏡頭之場(chǎng)視角(度)(field of view)對(duì)角角度；TL為光軸上，第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至成像面的距離；D172影像感測(cè)元件有效感測(cè)區(qū)域?qū)蔷€長(zhǎng)的一半。本發(fā)明的另一目的在于提供一種條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，如前所述，該條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡、第二透鏡與影像感測(cè)元件；進(jìn)一步滿足下列條件之一或其組合1. 0 < I f/f ！ I +1 f/f21 < 2. 1 (3)1. 10 < R1ZR2 < 1. 50(4)1. 35 < (R3+R4) / (R3-R4) < 2. 50 (5)其中，f為該條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的焦距，為該第一透鏡的焦距，f2為該第二透鏡的焦距，R1為該第一透鏡物側(cè)光學(xué)面的近軸上曲率半徑，&為該第一透鏡像側(cè)光學(xué)面的近軸上曲率半徑，民為該第二透鏡物側(cè)光學(xué)面的近軸上曲率半徑，R4為該第二透鏡像側(cè)光學(xué)面的近軸上曲率半徑。根據(jù)本發(fā)明的另一主要目的，提供一種條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，提供較大的場(chǎng)視角、較短后焦距、且像差修正良好的光學(xué)取像鏡頭，以供給小型且近距離掃描需求的條碼讀取機(jī)使用；該條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡、孔徑光闌(Aperture Mop)、第二透鏡與影像感測(cè)元件。其中，第一透鏡為新月型透鏡，其第一透鏡物側(cè)光學(xué)面為凸面，凸面向物側(cè)，其第一透鏡物側(cè)光學(xué)面及第一透鏡像側(cè)光學(xué)面皆為非球面；其中，孔徑光闌為中置光圈，用以阻隔雜散光線；其中，第二透鏡為新月型透鏡，第二透鏡物側(cè)光學(xué)面為凹面，凹面向物側(cè)，其第二透鏡物側(cè)光學(xué)面及第二透鏡像側(cè)光學(xué)面皆為非球面；其中，影像感測(cè)元件設(shè)置于第一透鏡與第二透鏡組合后的成像面上；除滿足式(1)與式( 條件外，進(jìn)一步滿足下列條件0. 58 < BFL/TL < 0. 79(6)其中，BFL為該光學(xué)取像鏡頭的后焦距，TL為光軸上，該第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至該成像面的距離。本發(fā)明的再另一目的在于提供一種條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，如前所述，為可有利于條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭中因不同波長(zhǎng)光線產(chǎn)生色差，進(jìn)一步滿足下列條件
I Vdl-Vd21 /vdl < 0. 08(7)其中，vdl為第一透鏡的色散系數(shù)，Vd2為第二透鏡的色散系數(shù)。更進(jìn)一步，為減化制造時(shí)的材料準(zhǔn)備，第一透鏡與第二透鏡可使用相同色散系數(shù)的材料制成。本發(fā)明條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭中，第一透鏡與第二透鏡的材質(zhì)可為玻璃或塑膠，不為所限。承上所述，依本發(fā)明的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，其可具有一個(gè)或多個(gè)下述優(yōu)點(diǎn)(1)此條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭可通過(guò)兩個(gè)新月型透鏡以不同方向的組合，可增加屈光的幅度(amplitude)并可調(diào)整球差(Spherical Aberration)與像散(astigmatic field curving)、修正歪曲(distortion)。(2)此條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭可通過(guò)式(1)的限制，達(dá)到較大的場(chǎng)視角，可在較近的距離讀取條碼影像；再通過(guò)式O)的限制，可在單位長(zhǎng)度的影像感測(cè)元件有效感測(cè)區(qū)域?qū)蔷€長(zhǎng)的一半(D172)下，降低第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至成像面的距離(TL)，以達(dá)到小型化的目的；通過(guò)式(6)的限制，可在相同的第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至成像面的距離(TL)下，減少光學(xué)取像鏡頭的后焦距(BFL)，有利于條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的小型化(薄形化)。(3)此條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭可通過(guò)式(3)的限制，用以調(diào)配第一透鏡與第二透鏡間的屈光度，使屈光度配置較為平衡，以降低系統(tǒng)的敏感度與像差的產(chǎn)生，以達(dá)良好成像的目的。通過(guò)式(4)限制，可使第一透鏡的屈光度增強(qiáng)，有利于縮短條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的全長(zhǎng)；通過(guò)式(5)的限制，使第二透鏡的面型得以限制，有利于制造。(4)此條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭可通過(guò)式(7)的限制，有利于條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭中因不同波長(zhǎng)光線產(chǎn)生色差，更進(jìn)一步可使第一透鏡與第二透鏡，使用相同色散系數(shù)的材料所制成，可減化制造材料，有利于制造成本的降低。


圖IA為習(xí)知的光學(xué)取像鏡頭之一的示意圖；圖IB為習(xí)知的光學(xué)取像鏡頭之二的示意圖；圖2為本發(fā)明條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的示意圖；圖3為本發(fā)明條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的光路示意圖；圖4為本發(fā)明條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭第一實(shí)施例的像散與歪曲示意圖；圖5為本發(fā)明條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭第二實(shí)施例的像散與歪曲示意圖；圖6為本發(fā)明條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭第三實(shí)施例的像散與歪曲示意圖。附圖標(biāo)記10條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭11第一透鏡111第一透鏡物側(cè)光學(xué)面112第一透鏡像側(cè)光學(xué)面12第二透鏡121第二透鏡物側(cè)光學(xué)面122第二透鏡像側(cè)光學(xué)面13孔徑光闌14成像面15影像感測(cè)元件20成像面91光學(xué)取像鏡頭911第一透鏡912第二透鏡913孔徑光闌914成像面92光學(xué)取像鏡頭921第一透鏡922第二透鏡923孔徑光闌擬4成像面Z光軸
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，請(qǐng)參閱圖2，條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭 10沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡11、第二透鏡12與影像感測(cè)元件15。 其中，第一透鏡11為新月型透鏡，其第一透鏡物側(cè)光學(xué)面111為凸面、第一透鏡像側(cè)光學(xué)面 112為凹面；其中，第二透鏡12為新月型透鏡，第二透鏡物側(cè)光學(xué)面121為凹面、第二透鏡像側(cè)光學(xué)面122為凸面；其中，影像感測(cè)元件15設(shè)置于第一透鏡11與第二透鏡12組合后的成像面14上。條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭10可設(shè)置孔徑光闌(Aperture Mop) 13，于圖中，設(shè)于第一透鏡11及第二透鏡12之間，屬于一種中置光圈；對(duì)于不同應(yīng)用，孔徑光闌13 也可以設(shè)于第一透鏡11與被攝的條碼之間，為一種前置光圈；不為所限。第一透鏡11的第一透鏡物側(cè)光學(xué)面111及第一透鏡像側(cè)光學(xué)面112可為非球面， 第二透鏡12的第二透鏡物側(cè)光學(xué)面121及第二透鏡像側(cè)光學(xué)面122可為非球面。第一透鏡11與第二透鏡12的非球面光學(xué)面，其非球面方程式(Aspherical Surface Formula)為式⑶
Z =-.+ axr2 + a2r4 + a3r6 + aAr% + asrm + a6rn + a7r14 + ay16l + J(l-(l + Ji0cV)
(8)其中，Z為透鏡上任一點(diǎn)以光軸方向至透鏡中心點(diǎn)切平面的距離(SAG)，c是曲率， r為鏡片高度，K為圓錐系數(shù)(Conic Constant)、α工 α 8分別二 十六階的非球面系數(shù)。本發(fā)明條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭將通過(guò)以下具體實(shí)施例配合附圖予以詳細(xì)說(shuō)明。第一實(shí)施例本發(fā)明第一實(shí)施例的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭示意圖請(qǐng)參閱圖2、其光路示意圖請(qǐng)參閱圖3，第一實(shí)施例的像差曲線請(qǐng)參閱圖4。第一實(shí)施例的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭10 沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡11、孔徑光闌13、第二透鏡12與影像感測(cè)元件15。其中，第一透鏡11為新月型透鏡，其第一透鏡物側(cè)光學(xué)面111為凸面、第二透鏡像側(cè)光學(xué)面112為凹面，第一透鏡物側(cè)光學(xué)面111與第一透鏡像側(cè)光學(xué)面112均為非球面，滿足式(8)的非球面方程式；第二透鏡12為新月型透鏡，第二透鏡物側(cè)光學(xué)面121為凹面、第二透鏡像側(cè)光學(xué)面122為凸面，第二透鏡物側(cè)光學(xué)面121與第二透鏡像側(cè)光學(xué)面122均為非球面，滿足式(8)的非球面方程式；影像感測(cè)元件15設(shè)置于第一透鏡11與第二透鏡12 組合后的成像面14上。本實(shí)施例的光學(xué)數(shù)據(jù)如表一所示。表一、第一實(shí)施例的光學(xué)參數(shù)表
權(quán)利要求
1. 一種條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭；其沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡、第二透鏡與影像感測(cè)元件；其特征在于，該第一透鏡為新月型透鏡，其第一透鏡物側(cè)光學(xué)面為凸面，其第一透鏡物側(cè)光學(xué)面及第一透鏡像側(cè)光學(xué)面皆為非球面；該第二透鏡為新月型透鏡，其第二透鏡物側(cè)光學(xué)面為凹面，其第二透鏡物側(cè)光學(xué)面及第二透鏡像側(cè)光學(xué)面皆為非球面；該第一透鏡與該第二透鏡使用相同材料制成；該影像感測(cè)元件設(shè)置于該第一透鏡與該第二透鏡組合后的成像面上；且滿足下列條件62. 0° < 2ω < 89. 5°1.50 < TL/D1/2 < 2. 20其中，2ω為該條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的場(chǎng)視角對(duì)角角度(度)；TL為光軸上，該第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至該成像面的距離；D172為該影像感測(cè)元件有效感測(cè)區(qū)域?qū)蔷€長(zhǎng)的一半。
2.如權(quán)利要求1所述的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，進(jìn)一步包含一個(gè)孔徑光闌，該孔徑光闌設(shè)置于所述第一透鏡與所述第二透鏡之間。
3.如權(quán)利要求2所述的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，進(jìn)一步滿足下列條件0.58 < BFL/TL < 0. 79其中，BFL為所述條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的后焦距，TL為光軸上，所述第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至所述成像面的距離。
4.如權(quán)利要求1所述的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，進(jìn)一步滿足下列關(guān)系式1.0 < f/f ！ I +1 f/f2 < 2. 1其中，f為所述條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭的焦距，f:為所述第一透鏡的焦距，f2為所述第二透鏡的焦距。
5.如權(quán)利要求1所述的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，滿足下列關(guān)系式 Vdl-Vd21/Vdl < · 08其中，Vdl為所述第一透鏡的色散系數(shù)，Vd2為所述第二透鏡的色散系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡與所述第二透鏡使用相同色散系數(shù)的材料制成。
7.如權(quán)利要求1所述的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，滿足下列關(guān)系式 1. 10 < R1A2 < 1. 50其中，R1為所述第一透鏡物側(cè)光學(xué)面的近軸上曲率半徑，&為所述第一透鏡像側(cè)光學(xué)面的近軸上曲率半徑。
8.如權(quán)利要求1所述的條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，滿足下列關(guān)系式 1. 35 < (R3+R4) / (R3-R4) < 2. 50其中，民為所述第二透鏡物側(cè)光學(xué)面的近軸上曲率半徑，R4為所述第二透鏡像側(cè)光學(xué)面的近軸上曲率半徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種條碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭，包含新月型的第一透鏡，其凸面在物側(cè)，物側(cè)光學(xué)面與像側(cè)光學(xué)面皆為非球面；第二透鏡也為新月型透鏡，其凹面在物側(cè)，物側(cè)光學(xué)面與像側(cè)光學(xué)面皆為非球面；影像感測(cè)元件設(shè)置于第一透鏡與第二透鏡組合后的成像面上；并滿足下列條件62.0°＜2ω＜89.5°、1.50＜TL/D1/2＜2.20；其中，2ω為場(chǎng)視角對(duì)角角度(FOV)，TL為第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至成像面的距離，D1/2為影像感測(cè)元件有效感測(cè)區(qū)域?qū)蔷€長(zhǎng)的一半。藉此，提供全長(zhǎng)較短、較大的場(chǎng)視角、且像差修正良好的光學(xué)取像鏡頭給條碼讀取機(jī)使用。
文檔編號(hào)G02B13/18GK102540421SQ20111003807
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者徐三偉, 郭明哲 申請(qǐng)人:一品光學(xué)工業(yè)股份有限公司