专利名称：二透镜广角光学取像镜头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种二透镜广角光学取像镜头，特别涉及一种具有两个透镜所构成的光学取像镜头，以应用于小型扫瞄装置需要的广视角的光学取像镜头。
背景技术：
一般而言，扫瞄装置的主要目的是将影像经由光学取像镜头(imagereading lens)读取后，成像于电子感光组件(image sensor)，电子感光组件将影像转换为电子信号传送至外界。为使影像成像时不致变形或不同波长的光线能得到补偿，因此，光学取像镜头的设计即成为重要的关键。如美国专利US6，147，816公开使用二透镜式的光学取像镜头，采用两个新月型的透镜构成光学取像镜头，应用在影像扫描机(image scanner)或传真机(facsimile machine)上；如图1A，光学取像镜头91包含新月型(meniscus)凸面在物侧的第一透镜 911、新月型凹面在物侧的第二透镜912、中置型光圈913与一片红外线滤光片915，使影像可成像于成像面914 ；其主要是应用绕射非球面(diffractive aspherical)光学面的第二透镜912，以缩小像差及色差，使成扫描后的影像提高色彩的分辨率。然而，此种设计的场视角(field of angle)太小，场视角的一半仅为约23. 6°，不能应用于小型条形码读取机 (bar code reader machine)的光学取像镜头上，主要原因是小型条形码读取机所读取的条形码影像需要更贴近光学取像镜头，其场视角需求更大。条形码读取机使用的光学取像镜头如美国专利公开号US2009/0140048使用抛物面的接收透镜并以绕射端面，以增加场视角，但其结构不易制造，且抛物面的接收透镜具有相当长度，不利于小型化的需求；台湾专利TW M306698公开了单片式的光学取像镜头，虽制造简单，但却需要更长的接收距离，也不利于使用。为提高接收影像的质量，美国专利US 5，917，661公开使用两个光学透镜，如图 1B，光学取像镜头92包含双凸型的第一透镜921、新月型凹面在物侧的第二透镜922与后置型光圈923，使影像可成像于成像面924 ；其中，以双凸型第一透镜921与新月型第二透镜 922两个透镜组合成的光学取像镜头92，是为增加场视角采用较强的屈光度(refraction power)，但却需要较厚的透镜以达成，此不利于制造也不能应用于小型(薄形)的条形码读取机。对于有利于高分辨率条形码读取机的光学取像镜头设计上，如美国专利 US7, 477，460或美国专利公开号US2007/0097522所公开的四片透镜式的光学取像镜头，其像差可获得较好的补偿，但其光学取像镜头的全长仍过长，且透镜数量较多，不利于制造成本的降低。目前，条形码读取机的发展趋势上，使用者对于小型化、条形码读取机与条形码的距离短的需求很大，因此发展较短的光学取像镜头(全长较短)，且较大的场视角、缩短后焦距、像差修正良好使分辨率高的光学取像镜头为使用者迫切所需。
实用新型内容本实用新型的条形码读取机光学取像镜头中，第一透镜为新月型透镜，其第一透镜物侧光学面为凸面，凸面面向物侧，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面；其中，第二透镜为一新月型透镜，第二透镜物侧光学面为凹面，凹面面向物侧，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；其中，影像感测组件设置于第一透镜与第二透镜组合后的成像面上；满足下列条件62. 0° < 2ω < 89. 5°(1)1. 50 < TL/D1/2 < 2. 20(2)其中，2ω为光学取像镜头的场视角(度)(field of view)对角角度；TL为光轴上，第一透镜物侧光学面至成像面的距离；D172为影像感测组件有效感测区域对角线长的一半。本实用新型的另一目的提供一种二透镜广角光学取像镜头，如前所述，该二透镜广角光学取像镜头沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含一第一透镜、一第二透镜与一影像感测组件；进一步满足下列条件之一或其组合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为该二透镜广角光学取像镜头的焦距，为该第一透镜的焦距，f2为该第二透镜的焦距，R1为该第一透镜物侧光学面的近轴上曲率半径，&为该第一透镜像侧光学面的近轴上曲率半径，民为该第二透镜物侧光学面的近轴上曲率半径，R4为该第二透镜像侧光学面的近轴上曲率半径。根据本实用新型的另一主要目的，提供一种二透镜广角光学取像镜头，提供较大的场视角、较短后焦距、且像差修正良好的光学取像镜头，以供给小型且近距离扫描需求的条形码读取机使用；该二透镜广角光学取像镜头沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含一第一透镜、一孔径光阑(Aperture Mop)、一第二透镜与一影像感测组件。其中，第一透镜为新月型透镜，其第一透镜物侧光学面为凸面，凸面面向物侧，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面；其中，孔径光阑为中置光圈，用以阻隔杂散光线；其中，第二透镜为一新月型透镜，第二透镜物侧光学面为凹面，凹面面向物侧，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；其中，影像感测组件设置于第一透镜与第二透镜组合后的成像面上；除满足式(1)与式( 条件外，进一步满足下列条件0. 58 < BFL/TL < 0. 79(6)其中，BFL为该光学取像镜头的后焦距，TL为光轴上，该第一透镜物侧光学面至该成像面的距离。本实用新型的再一目的提供一种二透镜广角光学取像镜头，如前所述，为可有利于二透镜广角光学取像镜头中因不同波长光线产生色差，进一满足下列条件I Vdl-Vd21 /vdl < 0. 08(7)其中，Vdl为第一透镜的色散系数，Vd2为第二透镜的色散系数。更进一步，为减化制造时的材料准备，第一透镜与第二透镜可使用相同色散系数的材料制成。[0024]本实用新型二透镜广角光学取像镜头中，第一透镜与第二透镜的材质可为玻璃或塑料，不为所限。综上所述，本实用新型的二透镜广角光学取像镜头，其可具有一或多个下述优占.
^ \\\ ·(1)此二透镜广角光学取像镜头可通过两个新月型透镜以不同方向的组合，可增加屈光的幅度(amplitude)并可调整球差(Spherical Aberration)与像散(astigmatic field curving)、修正歪曲(distortion)。(2)此二透镜广角光学取像镜头可通过式⑴的限制，达到较大的场视角，可在较近的距离读取条形码影像；再通过式O)的限制，可在单位长度的影像感测组件有效感测区域对角线长的一半(D172)下，降低第一透镜物侧光学面至成像面的距离(TL)，以达到小型化的目的；通过式(6)的限制，可在相同的第一透镜物侧光学面至成像面的距离(TL)下， 减少光学取像镜头的后焦距(BFL)，有利于二透镜广角光学取像镜头的小型化(薄形化)。(3)此二透镜广角光学取像镜头可通过式(3)的限制，用以调配第一透镜与第二透镜间的屈光度，使屈光度配置较为平衡，以降低系统的敏感度与像差的产生，以达到良好成像的目的。通过式(4)的限制，可使第一透镜的屈光度增强，有利于缩短二透镜广角光学取像镜头的全长；通过式(5)的限制，使第二透镜的面型得以限制，有利于制造。(4)此二透镜广角光学取像镜头可通过式(7)的限制，有利于二透镜广角光学取像镜头中因不同波长光线产生色差，更进一步可使第一透镜与第二透镜使用相同色散系数的材料制成，可减化制造材料，有利于制造成本的降低。
图IA为现有技术中的光学取像镜头之一的示意图；图IB为现有技术中的光学取像镜头之二的示意图；图2为本实用新型二透镜广角光学取像镜头的示意图；图3为本实用新型二透镜广角光学取像镜头的光路示意图；图4为本实用新型二透镜广角光学取像镜头第一实施例的像散与歪曲示意图；图5为本实用新型二透镜广角光学取像镜头第二实施例的像散与歪曲示意图；以及图6为本实用新型二透镜广角光学取像镜头第三实施例的像散与歪曲示意图。结合附图标注以下附图标记10 二透镜广角光学取像镜头；11 第一透镜；111 第一透镜物侧光学面；112 第一透镜像侧光学面；12 第二透镜；121 第二透镜物侧光学面；122 第二透镜像侧光学面； 13 孔径光阑；14 成像面；15 影像感测组件；91 光学取像镜头；911 第一透镜；912 第二透镜；913 孔径光阑；914 成像面； 915 红外线滤光片；92 光学取像镜头；921 第一透镜；922 第二透镜；923 孔径光阑； 924 成像面；Z 光轴；f 薄型光学系统的整体的焦距；Vl 第一透镜的色散系数氓第一透镜物侧光学面的曲率半径；r2 第一透镜像侧光学面的曲率半径；fi 第一透镜的焦距；V2 第二透镜的色散系数；民第二透镜物侧光学面的曲率半径；r4 第二透镜像侧光学面的曲率半径；f2 第二透镜的焦距；TL 光轴上第一透镜的物侧光学面至成像面的距离；BFL 光学取像镜头的后焦距Jno 光圈值；2 ω 光学取像镜头之场视角对角角度(FOV)(度)；以及 D172 影像感测组件有效感测区域对角线长的一半。
具体实施方式
本实用新型的一种二透镜广角光学取像镜头，请参阅图2，二透镜广角光学取像镜头10沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含一第一透镜11、一第二透镜12与一影像感测组件15。其中，第一透镜11为新月型透镜，其第一透镜物侧光学面111为凸面、第一透镜像侧光学面112为凹面；其中，第二透镜12为一新月型透镜，第二透镜物侧光学面121为凹面、第二透镜像侧光学面122为凸面；其中，影像感测组件15设置于第一透镜11与第二透镜12组合后的成像面14上。二透镜广角光学取像镜头10可设置一孔径光阑(Aperture Mop) 13，如图所示，设于第一透镜11及第二透镜12之间，属于一种中置光圈；对于不同应用，孔径光阑13亦可设于第一透镜11与被摄的条形码之间，为一种前置光圈；不为所限。第一透镜11的第一透镜物侧光学面111及第一透镜像侧光学面112可为非球面， 第二透镜12的第二透镜物侧光学面121及第二透镜像侧光学面122可为非球面。第一透镜11与第二透镜12的非球面光学面，其非球面方程式(Aspherical Surface Formula)为式⑶
Z =---+ a,2 + a2r4 + a3r6 + a4r8 + a5r10 + a6rn + a7r14 + a8r16
i+V(i-(i+i0cV)其中，Z为透镜上任一点以光轴方向至透镜中心点切平面的距离(SAG)，c是曲率， r为镜片高度，K为圆锥系数(Conic Constant)、α 1 α 8分别二 十六阶的非球面系数。本实用新型二透镜广角光学取像镜头将通过以下具体实施例配合附图予以详细说明。第一实施例本实用新型第一实施例的二透镜广角光学取像镜头示意图请参阅图2、其光路示意图请参阅图3，第一实施例的像差曲线请参阅图4。第一实施例的二透镜广角光学取像镜头10沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含一第一透镜11、一孔径光阑13、一第二透镜12 与一影像感测组件15。其中，第一透镜11为新月型透镜，其第一透镜物侧光学面111为凸面、第二透镜像侧光学面112为凹面，第一透镜物侧光学面111与第一透镜像侧光学面112 均为非球面，是使用式(8)的非球面方程式所构成；第二透镜12为一新月型透镜，第二透镜物侧光学面121为凹面、第二透镜像侧光学面122为凸面，第二透镜物侧光学面121与第二透镜像侧光学面122均为非球面，是使用式(8)的非球面方程式所构成；影像感测组件15 设置于第一透镜11与第二透镜12组合后的成像面14上。本实施例的光学数据如表一所
7J\ ο表一、第一实施例的光学参数表
权利要求1. 一种二透镜广角光学取像镜头，其特征在于，其沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含一第一透镜、一第二透镜与一影像感测组件；其中，该第一透镜为一新月型透镜，其第一透镜物侧光学面为凸面，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面；其中，该第二透镜为一新月型透镜，其第二透镜物侧光学面为凹面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；其中，该第一透镜与该第二透镜使用相同材料制成；其中，该影像感测组件设置于该第一透镜与该第二透镜组合后的成像面上；所述二透镜广角光学取像镜头满足下列条件62. 0° < 2ω < 89. 5°1.50 < TL/D1/2 < 2. 20其中，2ω为该二透镜广角光学取像镜头的场视角对角角度；TL为光轴上、该第一透镜物侧光学面至该成像面的距离；D172为该影像感测组件有效感测区域对角线长的一半。
2.如权利要求1所述的二透镜广角光学取像镜头，其特征在于，进一步包含一孔径光阑，该孔径光阑设置于该第一透镜与该第二透镜之间。
3.如权利要求2所述的二透镜广角光学取像镜头，其特征在于，进一步满足下列条件0.58 < BFL/TL < 0. 79其中，BFL为该二透镜广角光学取像镜头的后焦距，TL为光轴上、该第一透镜物侧光学面至该成像面的距离。
4.如权利要求1所述的二透镜广角光学取像镜头，其特征在于，进一步满足下列关系式1.0 < f/f ！ I +1 f/f2 < 2. 1其中，f为该二透镜广角光学取像镜头的焦距，f:为该第一透镜的焦距，f2为该第二透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的二透镜广角光学取像镜头，其特征在于，该第一透镜的色散系数为Vdl，该第二透镜的色散系数为Vd2 ；满足下列关系式Vdl-Vd21/Vdl < · 08其中，Vdl为第一透镜的色散系数，Vd2为第二透镜的色散系数。
6.如权利要求5所述的二透镜广角光学取像镜头，其特征在于，该第一透镜与该第二透镜使用相同色散系数的材料制成。
7.如权利要求1所述的二透镜广角光学取像镜头，其特征在于，满足下列关系式 1. 10 < R1A2 < 1. 50其中，R1为该第一透镜物侧光学面的近轴上曲率半径，&为该第一透镜像侧光学面的近轴上曲率半径。
8.如权利要求1所述的二透镜广角光学取像镜头，其特征在于，满足下列关系式 1. 35 < (R3+R4) / (R3-R4) < 2. 50其中，民为该第二透镜物侧光学面的近轴上曲率半径，R4为该第二透镜像侧光学面的近轴上曲率半径。
专利摘要本实用新型公开了一种二透镜广角光学取像镜头，包含新月型的第一透镜，其凸面在物侧，物侧光学面与像侧光学面皆为非球面；第二透镜也为新月型透镜，其凹面在物侧，物侧光学面与像侧光学面皆为非球面；影像感测组件设置于第一透镜与第二透镜组合后的成像面上；并满足下列条件62.0°＜2ω＜89.5°、1.50＜TL/D1/2＜2.20；其中，2ω为场视角对角角度(FOV)，TL为第一透镜物侧光学面至成像面的距离，D1/2为影像感测组件有效感测区域对角线长的一半。本实用新型提供全长较短、较大的场视角、且像差修正良好的光学取像镜头给条形码读取机使用。
文档编号G02B13/00GK201955536SQ20112003870
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月15日 优先权日2010年12月30日
发明者徐三伟, 郭明哲 申请人:一品光学工业股份有限公司