專利名稱：二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，特別涉及一種具有兩個透鏡所構(gòu)成的光學(xué)取像鏡頭，以應(yīng)用于小型掃瞄裝置需要的廣視角的光學(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(imagereading lens)讀取后，成像于電子感光組件(image sensor)，電子感光組件將影像轉(zhuǎn)換為電子信號傳送至外界。為使影像成像時不致變形或不同波長的光線能得到補(bǔ)償，因此，光學(xué)取像鏡頭的設(shè)計即成為重要的關(guān)鍵。如美國專利US6，147，816公開使用二透鏡式的光學(xué)取像鏡頭，采用兩個新月型的透鏡構(gòu)成光學(xué)取像鏡頭，應(yīng)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 ；其主要是應(yīng)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分辨率。然而，此種設(shè)計的場視角(field of angle)太小，場視角的一半僅為約23. 6°，不能應(yīng)用于小型條形碼讀取機(jī) (bar code reader machine)的光學(xué)取像鏡頭上，主要原因是小型條形碼讀取機(jī)所讀取的條形碼影像需要更貼近光學(xué)取像鏡頭，其場視角需求更大。條形碼讀取機(jī)使用的光學(xué)取像鏡頭如美國專利公開號US2009/0140048使用拋物面的接收透鏡并以繞射端面，以增加場視角，但其結(jié)構(gòu)不易制造，且拋物面的接收透鏡具有相當(dāng)長度，不利于小型化的需求；臺灣專利TW M306698公開了單片式的光學(xué)取像鏡頭，雖制造簡單，但卻需要更長的接收距離，也不利于使用。為提高接收影像的質(zhì)量，美國專利US 5，917，661公開使用兩個光學(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 922兩個透鏡組合成的光學(xué)取像鏡頭92，是為增加場視角采用較強(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應(yīng)用于小型(薄形)的條形碼讀取機(jī)。對于有利于高分辨率條形碼讀取機(jī)的光學(xué)取像鏡頭設(shè)計上，如美國專利 US7, 477，460或美國專利公開號US2007/0097522所公開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)取像鏡頭的全長仍過長，且透鏡數(shù)量較多，不利于制造成本的降低。目前，條形碼讀取機(jī)的發(fā)展趨勢上，使用者對于小型化、條形碼讀取機(jī)與條形碼的距離短的需求很大，因此發(fā)展較短的光學(xué)取像鏡頭(全長較短)，且較大的場視角、縮短后焦距、像差修正良好使分辨率高的光學(xué)取像鏡頭為使用者迫切所需。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的條形碼讀取機(jī)光學(xué)取像鏡頭中，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，第二透鏡為一新月型透鏡，第二透鏡物側(cè)光學(xué)面為凹面，凹面面向物側(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，影像感測組件設(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)取像鏡頭的場視角(度)(field of view)對角角度；TL為光軸上，第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至成像面的距離；D172為影像感測組件有效感測區(qū)域?qū)蔷€長的一半。本實(shí)用新型的另一目的提供一種二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，如前所述，該二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含一第一透鏡、一第二透鏡與一影像感測組件；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 < R1A2 < 1. 50(4)1. 35 < (R3+R4) / (R3-R4) < 2. 50(5)其中，f為該二透鏡廣角光學(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)本實(shí)用新型的另一主要目的，提供一種二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，提供較大的場視角、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形碼讀取機(jī)使用；該二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含一第一透鏡、一孔徑光闌(Aperture Mop)、一第二透鏡與一影像感測組件。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，第二透鏡為一新月型透鏡，第二透鏡物側(cè)光學(xué)面為凹面，凹面面向物側(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，影像感測組件設(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。本實(shí)用新型的再一目的提供一種二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，如前所述，為可有利于二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭中因不同波長光線產(chǎn)生色差，進(jìn)一滿足下列條件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。[0024]本實(shí)用新型二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭中，第一透鏡與第二透鏡的材質(zhì)可為玻璃或塑料，不為所限。綜上所述，本實(shí)用新型的二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，其可具有一或多個下述優(yōu)占.
^ \\\ ·(1)此二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭可通過兩個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)此二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭可通過式⑴的限制，達(dá)到較大的場視角，可在較近的距離讀取條形碼影像；再通過式O)的限制，可在單位長度的影像感測組件有效感測區(qū)域?qū)蔷€長的一半(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)，有利于二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭的小型化(薄形化)。(3)此二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭可通過式(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)到良好成像的目的。通過式(4)的限制，可使第一透鏡的屈光度增強(qiáng)，有利于縮短二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭的全長；通過式(5)的限制，使第二透鏡的面型得以限制，有利于制造。(4)此二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭可通過式(7)的限制，有利于二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭中因不同波長光線產(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)的材料制成，可減化制造材料，有利于制造成本的降低。
圖IA為現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)取像鏡頭之一的示意圖；圖IB為現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)取像鏡頭之二的示意圖；圖2為本實(shí)用新型二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭的示意圖；圖3為本實(shí)用新型二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭的光路示意圖；圖4為本實(shí)用新型二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭第一實(shí)施例的像散與歪曲示意圖；圖5為本實(shí)用新型二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭第二實(shí)施例的像散與歪曲示意圖；以及圖6為本實(shí)用新型二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭第三實(shí)施例的像散與歪曲示意圖。結(jié)合附圖標(biāo)注以下附圖標(biāo)記10 二透鏡廣角光學(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 影像感測組件；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； 915 紅外線濾光片；92 光學(xué)取像鏡頭；921 第一透鏡；922 第二透鏡；923 孔徑光闌； 924 成像面；Z 光軸；f 薄型光學(xué)系統(tǒng)的整體的焦距；Vl 第一透鏡的色散系數(shù)氓第一透鏡物側(cè)光學(xué)面的曲率半徑；r2 第一透鏡像側(cè)光學(xué)面的曲率半徑；fi 第一透鏡的焦距；V2 第二透鏡的色散系數(shù)；民第二透鏡物側(cè)光學(xué)面的曲率半徑；r4 第二透鏡像側(cè)光學(xué)面的曲率半徑；f2 第二透鏡的焦距；TL 光軸上第一透鏡的物側(cè)光學(xué)面至成像面的距離；BFL 光學(xué)取像鏡頭的后焦距Jno 光圈值；2 ω 光學(xué)取像鏡頭之場視角對角角度(FOV)(度)；以及 D172 影像感測組件有效感測區(qū)域?qū)蔷€長的一半。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的一種二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，請參閱圖2，二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭10沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含一第一透鏡11、一第二透鏡12與一影像感測組件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為一新月型透鏡，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，影像感測組件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。二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭10可設(shè)置一孔徑光闌(Aperture Mop) 13，如圖所示，設(shè)于第一透鏡11及第二透鏡12之間，屬于一種中置光圈；對于不同應(yīng)用，孔徑光闌13亦可設(shè)于第一透鏡11與被攝的條形碼之間，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 =---+ a,2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6rn + a7r14 + a8r16
i+V(i-(i+i0cV)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 1 α 8分別二 十六階的非球面系數(shù)。本實(shí)用新型二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭將通過以下具體實(shí)施例配合附圖予以詳細(xì)說明。第一實(shí)施例本實(shí)用新型第一實(shí)施例的二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭示意圖請參閱圖2、其光路示意圖請參閱圖3，第一實(shí)施例的像差曲線請參閱圖4。第一實(shí)施例的二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭10沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含一第一透鏡11、一孔徑光闌13、一第二透鏡12 與一影像感測組件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，是使用式(8)的非球面方程式所構(gòu)成；第二透鏡12為一新月型透鏡，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，是使用式(8)的非球面方程式所構(gòu)成；影像感測組件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
7J\ ο表一、第一實(shí)施例的光學(xué)參數(shù)表
權(quán)利要求1. 一種二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，其沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含一第一透鏡、一第二透鏡與一影像感測組件；其中，該第一透鏡為一新月型透鏡，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；其中，該第二透鏡為一新月型透鏡，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；其中，該第一透鏡與該第二透鏡使用相同材料制成；其中，該影像感測組件設(shè)置于該第一透鏡與該第二透鏡組合后的成像面上；所述二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭滿足下列條件62. 0° < 2ω < 89. 5°1.50 < TL/D1/2 < 2. 20其中，2ω為該二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭的場視角對角角度；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為該影像感測組件有效感測區(qū)域?qū)蔷€長的一半。
2.如權(quán)利要求1所述的二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，進(jìn)一步包含一孔徑光闌，該孔徑光闌設(shè)置于該第一透鏡與該第二透鏡之間。
3.如權(quán)利要求2所述的二透鏡廣角光學(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為該二透鏡廣角光學(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。
4.如權(quán)利要求1所述的二透鏡廣角光學(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為該二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭的焦距，f:為該第一透鏡的焦距，f2為該第二透鏡的焦距。
5.如權(quán)利要求1所述的二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，該第一透鏡的色散系數(shù)為Vdl，該第二透鏡的色散系數(shù)為Vd2 ；滿足下列關(guān)系式Vdl-Vd21/Vdl < · 08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)。
6.如權(quán)利要求5所述的二透鏡廣角光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，該第一透鏡與該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所述的二透鏡廣角光學(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。
8.如權(quán)利要求1所述的二透鏡廣角光學(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。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種二透鏡廣角光學(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；影像感測組件設(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為場視角對角角度(FOV)，TL為第一透鏡物側(cè)光學(xué)面至成像面的距離，D1/2為影像感測組件有效感測區(qū)域?qū)蔷€長的一半。本實(shí)用新型提供全長較短、較大的場視角、且像差修正良好的光學(xué)取像鏡頭給條形碼讀取機(jī)使用。
文檔編號G02B13/00GK201955536SQ20112003870
公開日2011年8月31日 申請日期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 申請人:一品光學(xué)工業(yè)股份有限公司