专利名称：条码读取机光学取像镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种条码读取机光学取像镜头，特别涉及一种具有两个透镜所构成的光学取像镜头，以运用于小型扫瞄装置需求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(image readinglens)读取后，成像于电子感光元件(image sensor)，电子感光元件将影像转换为电子讯号传送至外界。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揭露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，运用在影像扫描机(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 ；其主要是运用绕射非球面(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解析度。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°，不能运用于小型条码读取机(bar code reader machine)的光学取像镜头上，主要原因是小型条码读取机所读取的条码影像需要更贴近光学取像镜头，其场视角需求更大。条码读取机使用的光学取像镜头如美国专利公开号US 2009/0140048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揭露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。为提高接收影像的品质，美国专利US 5，917，661揭露使用二个光学透镜，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922两个透镜组合的成光学取像镜头92，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运用于小型(薄形)的条码读取机。对于有利于高解析度条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所揭露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，条码读取机的发展趋势上，使用者对于小型化、条码读取机与条码的距离短的需求甚殷，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、像差修正良好使解析度高的光学取像镜头为使用者迫切所需。
发明内容
有鉴于上述现有技术的问题，本发明的主要目的在于提供一种条码读取机光学取像镜头，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码读取机使用；该条码读取机光学取像镜头沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜与影像感测元件。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，第二透镜为新月型透镜，第二透镜物侧光学面为凹面，凹面向物侧，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，影像感测元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为光学取像镜头之场视角(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影像感测元件有效感测区域对角线长的一半。本发明的另一目的在于提供一种条码读取机光学取像镜头，如前所述，该条码读取机光学取像镜头沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜与影像感测元件；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 < R1ZR2 < 1. 50(4)1. 35 < (R3+R4) / (R3-R4) < 2. 50 (5)其中，f为该条码读取机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。根据本发明的另一主要目的，提供一种条码读取机光学取像镜头，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码读取机使用；该条码读取机光学取像镜头沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜、孔径光阑(Aperture Mop)、第二透镜与影像感测元件。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，第二透镜为新月型透镜，第二透镜物侧光学面为凹面，凹面向物侧，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，影像感测元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。本发明的再另一目的在于提供一种条码读取机光学取像镜头，如前所述，为可有利于条码读取机光学取像镜头中因不同波长光线产生色差，进一步满足下列条件
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。本发明条码读取机光学取像镜头中，第一透镜与第二透镜的材质可为玻璃或塑胶，不为所限。承上所述，依本发明的条码读取机光学取像镜头，其可具有一个或多个下述优点(1)此条码读取机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)此条码读取机光学取像镜头可通过式(1)的限制，达到较大的场视角，可在较近的距离读取条码影像；再通过式O)的限制，可在单位长度的影像感测元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)，有利于条码读取机光学取像镜头的小型化(薄形化)。(3)此条码读取机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，以达良好成像的目的。通过式(4)限制，可使第一透镜的屈光度增强，有利于缩短条码读取机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)此条码读取机光学取像镜头可通过式(7)的限制，有利于条码读取机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所制成，可减化制造材料，有利于制造成本的降低。
图IA为习知的光学取像镜头之一的示意图；图IB为习知的光学取像镜头之二的示意图；图2为本发明条码读取机光学取像镜头的示意图；图3为本发明条码读取机光学取像镜头的光路示意图；图4为本发明条码读取机光学取像镜头第一实施例的像散与歪曲示意图；图5为本发明条码读取机光学取像镜头第二实施例的像散与歪曲示意图；图6为本发明条码读取机光学取像镜头第三实施例的像散与歪曲示意图。附图标记10条码读取机光学取像镜头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影像感测元件20成像面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92光学取像镜头921第一透镜922第二透镜923孔径光阑拟4成像面Z光轴
具体实施例方式本发明的一种条码读取机光学取像镜头，请参阅图2，条码读取机光学取像镜头 10沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜11、第二透镜12与影像感测元件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，影像感测元件15设置于第一透镜11与第二透镜12组合后的成像面14上。条码读取机光学取像镜头10可设置孔径光阑(Aperture Mop) 13，于图中，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 也可以设于第一透镜11与被摄的条码之间，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 =-.+ axr2 + a2r4 + a3r6 + aAr% + asrm + a6rn + a7r14 + ay16l + J(l-(l + Ji0cV)
(8)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工 α 8分别二 十六阶的非球面系数。本发明条码读取机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。第一实施例本发明第一实施例的条码读取机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。第一实施例的条码读取机光学取像镜头10 沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜11、孔径光阑13、第二透镜12与影像感测元件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，满足式(8)的非球面方程式；第二透镜12为新月型透镜，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，满足式(8)的非球面方程式；影像感测元件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示。表一、第一实施例的光学参数表
权利要求
1. 一种条码读取机光学取像镜头；其沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜与影像感测元件；其特征在于，该第一透镜为新月型透镜，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；该第二透镜为新月型透镜，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；该第一透镜与该第二透镜使用相同材料制成；该影像感测元件设置于该第一透镜与该第二透镜组合后的成像面上；且满足下列条件62. 0° < 2ω < 89. 5°1.50 < TL/D1/2 < 2. 20其中，2ω为该条码读取机光学取像镜头的场视角对角角度(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为该影像感测元件有效感测区域对角线长的一半。
2.如权利要求1所述的条码读取机光学取像镜头，其特征在于，进一步包含一个孔径光阑，该孔径光阑设置于所述第一透镜与所述第二透镜之间。
3.如权利要求2所述的条码读取机光学取像镜头，其特征在于，进一步满足下列条件0.58 < BFL/TL < 0. 79其中，BFL为所述条码读取机光学取像镜头的后焦距，TL为光轴上，所述第一透镜物侧光学面至所述成像面的距离。
4.如权利要求1所述的条码读取机光学取像镜头，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为所述条码读取机光学取像镜头的焦距，f:为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的条码读取机光学取像镜头，其特征在于，满足下列关系式 Vdl-Vd21/Vdl < · 08其中，Vdl为所述第一透镜的色散系数，Vd2为所述第二透镜的色散系数。
6.如权利要求5所述的条码读取机光学取像镜头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜使用相同色散系数的材料制成。
7.如权利要求1所述的条码读取机光学取像镜头，其特征在于，满足下列关系式 1. 10 < R1A2 < 1. 50其中，R1为所述第一透镜物侧光学面的近轴上曲率半径，&为所述第一透镜像侧光学面的近轴上曲率半径。
8.如权利要求1所述的条码读取机光学取像镜头，其特征在于，满足下列关系式 1. 35 < (R3+R4) / (R3-R4) < 2. 50其中，民为所述第二透镜物侧光学面的近轴上曲率半径，R4为所述第二透镜像侧光学面的近轴上曲率半径。
全文摘要
本发明提供一种条码读取机光学取像镜头，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；影像感测元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为影像感测元件有效感测区域对角线长的一半。藉此，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码读取机使用。
文档编号G02B13/18GK102540421SQ20111003807
公开日2012年7月4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