CN2552026Y - 短光程镜头 - Google Patents
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Abstract
一种扫描仪用短光程镜头，由镜筒、透镜组和光阑组成，所述透镜组由前后排列的四片透镜构成，并固定在镜筒中，其特征在于：(1)、所述四片透镜依次为：正弯月形透镜→负双凹透镜→光阑→正双凸透镜→负弯月形透镜；(2)、所述透镜组的入射视角为50°～80°，出射视角为50°～80°；(3)、光阑的Fno为5～6；(4)、第四片采用大直径透镜。上述设计突破了现有入射视角45°～50°，Fno为6.5～7.5，最小光程TT为230mm的局限，大胆采用大视角、小Fno值的新设计，与此同时又通过四片透镜和光阑的有机组合较好地解决了视场与扫描影像品质之间的矛盾，从而将镜头光程TT缩短到183.7mm左右，比原来缩短了20.1％，而且可以满足原设计的解析度要求，没有大的像散、场曲与畸变现象产生，由此可使扫描仪变得更加轻巧，厚度更薄。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种扫描仪镜头(Lens)，具体涉及一种短光程镜头，这种镜头能够使现有扫描头的体积缩小、厚度变薄，有利于扫描仪实现超薄化。
背景技术
当前，扫描仪的发展趋势为轻巧化、超薄化，这是摆在本领域技术人员面前的一道难题。要使扫描仪实现轻巧化、超薄化，从整个扫描仪结构来看扫描头的体积和厚度是关键，因此如何减少扫描头体积和厚度成了解决上述技术问题的焦点。
在扫描头中，镜头是光学扫描影像装置的核心部件，其光程(TT<TotalTrack>)、视角、焦距等光学性能参数不仅与光路设计有关，而且直接与扫描头体积和厚度有关。从某种程度上讲，镜头的光程、视角等光学性能参数一旦确定要想进一步缩小扫描头的体积和厚度是比较困难的。目前公知技术中，与本实用新型最接近的扫描仪镜头由镜筒、透镜组和光阑组成，参见附图1所示，镜筒为直筒状，透镜组由四片透镜所组成，第一片为正平凸透镜，第二片为负双凹透镜，第三片为正双凸透镜，第四片为负平凹透镜，以上四片透镜的直径基本相同，并且前后排列固定在镜筒中，光阑位于透镜之间。这种镜头的光程一般为250TT，最小只能做到230TT，视角一般不超过50°。如果要进一步缩短光程、扩大视角，尽管对扫描仪的轻巧化、超薄化十分有利，但就目前现有技术而言是不可能的。因为上述指标几乎是现有技术光学设计的底线，如果超出这一范围就会出现像散，产生场曲与畸变等不良影像，使扫描影像不能满足使用要求。为此，本实用新型从改进镜头设计的角度出发，提供一种既能满足扫描影像品质，又能缩小扫描头体积和厚度的短光程、大视角镜头。
发明内容
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种短光程镜头，由镜筒、透镜组和光阑组成，所述透镜组由前后排列的四片透镜构成，并固定在镜筒中，上述透镜组和光阑的结构特征为：
(1)、所述四片透镜依次为：
第一片——正弯月形透镜；
第二片——负双凹透镜；
第三片——正双凸透镜；
第四片——负弯月形透镜；
(2)、所述透镜组的入射视角为50°～80°，出射视角为50°～80°；
(3)、光阑位于第二至第三片透镜之间，Fno为5～6；
(4)、第四片透镜直径大于第三片透镜直径，以此构成整个透镜组径向的前小后大结构。
上述技术方案的有关内容和变化解释如下：
1、本申请文件中默认长度单位为毫米(mm)，凡未进行标注的长度单位都以毫米(mm)为准。透镜两个折射面的半径R值，负值表示折射面凹型朝左，正值表示折射面凹型朝右，所述左、右以图视方向为准。
2、上述技术方案中，关于透镜形状和特征文字表述以公开出版的教课书所定义的概念为准，参见西安电子科技大学出版社2000年8月第1版的《物理光学与应用光学》教材中有关透镜的章节部分。
所述“正”表示正透镜，其光焦度为正，对光束起会聚作用，相应地“负”表示负透镜，其光焦度为负，对光束起发散作用。
根据透镜折射面的凹型朝向，本方案四片透镜的半径R和厚度性质分别为：
第一片——正弯月形透镜，R1-1＞0，R1-2＞0，｜R1-1｜＜｜R1-2｜，D1＞0；
第二片——负双凹透镜，R2-1＜0，R2-2＞0，D2＞0；
第三片——正双凸透镜，R3-1＞0，R3-2＜0，D3＞0；
第四片——负弯月形透镜，R4-1＜0，R4-2＜0，｜R4-1｜＜｜R4-2｜，D4＞0；
3、上述技术方案中，所述“光阑”是指光学系统中可以限制光束的透镜边框、或者特别设计的一些带孔的金属薄片。光阑的内孔边缘就是限制光束的光孔，这个光孔对光学零件来说称为通光孔径。光阑的通光孔一般是圆形的，其中心和光轴重合，光阑平面和光轴垂直。所述“Fno”也称F数，是焦距和入射光瞳直径之比f’/D，也是相对孔径的倒数，它是光学系统的一个重要性能指标。对照相物镜来说，有时称F数为光圈数。上述方案的光阑“Fno”较好的范围是5.6～5.8。
4、上述技术方案中，所述入射视角和出射视角是指镜头整体的入射全视角和出射全视角，该角为半画角的2倍。以上方案中透镜组的入射视角和出射视角较好的范围分别为63°～67°和64°～68°。
5、上述技术方案中，所述四片透镜的折射面半径、厚度以及间隔等参数分别在以下范围中：
第一片——正弯月形透镜两个折射面的半径分别为R1-1＝7.000±0.5，R1-2＝17.298±0.5，厚度为D1＝1.630±0.1；
第二片——负双凹透镜两个折射面的半径分别为R2-1＝-16.904±0.5，R2-2＝21.970±0.5，厚度为D2＝0.800±0.1；
第三片——正双凸透镜两个折射面的半径分别为R3-1＝7.853±0.5，R3-2＝-12.134±0.5，厚度为D3＝5.030±0.1；
第四片——负弯月形透镜两个折射面的半径分别为R4-1＝-3.664±0.5，R4-2＝-12.780±0.5，厚度为D4＝2.480±0.1；
第一片与第二片之间的空气间隔为S1＝0.531±0.1；
第二片与光阑之间的空气间隔为S2＝0.575±0.1；
光阑与第三片之间的空气间隔S3＝0.435±0.1；
第三片与第四片之间的空气间隔S4＝2.390±0.1。
6、上述技术方案中，为了确保透镜组的出射视角，第四片透镜直径是第三片透镜的1.36～1.96倍，因此整个透镜组径向呈前小后大结构。第一片、第二片和第三片透镜直径一般相同。
本实用新型原理是：在保证原设计所要求解析度的基础上，通过四片透镜的有机组合增加入射和出射视角，减小光阑的Fno值，尤其是第四片透镜采用大直径镜片来达到缩短光程的目的。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术的区别：
1、镜筒不再是直筒状，而是前部的直径小，后部的直径大，进一步说透镜组中的第四片透镜直径大于前三片透镜直径。
2、本实用新型光阑不再局限于Fno值为6.5～7.5的设计，而减小到5～6之间。
3、本实用新型入射视角设计不再局限于现有技术中的45°～50°，而大胆使用大于50°以上的视角，这也造成成像距变短，出射瞳角度达66°左右。
4、本实用新型光程TT可以缩短到183.7mm左右，比现有技术最小光程TT为230mm，减少了46.3mm，缩短了20.1％。
由于以上设计突破了现有技术设计范围，大胆采用大视角、小Fno值的新设计，与此同时又通过四片透镜和光阑的有机组合和搭配较好地解决了视场与扫描影像品质之间的矛盾，从而既达到了缩短光程的目的，又可以满足原设计的解析度要求，而且没有大的像散、场曲与畸变现象产生，由此可见这样的设计可大大缩小扫描头的积体和厚度，使扫描仪变得更加轻巧，厚度更薄。
附图说明
附图1为本实用新型透镜组及光阑装配示意图；
附图2为扫描仪光学系统图；
附图3为正弯月形透镜图(第一片)；
附图4为负双凹透镜(第二片)；
附图5为正双凸透镜(第三片)；
附图6为负弯月形透镜(第四片)；
附图7为本实用新型光路图；
附图8为本实用新型光路图中镜头部分放大图；
附图9为现有技术透镜组设计结构图。
以上附图中：1、正弯月形透镜；2、负双凹透镜；3、光阑；4、正双凸透镜；5、负弯月形透镜；6、物面；7、平板玻璃；8、扫描镜头；9、CCD保护玻璃；10、CCD感光面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：参见附图1～图6所示，一种短光程镜头，由镜筒、透镜组和光阑组成，所述透镜组由前后排列的四片透镜构成，并固定在镜筒中。所述四片透镜依次为：
第一片——正弯月形透镜，其两个折射面的半径分别为R1-1＝7.000，R1-2＝17.298，厚度为D1＝1.630±0.03，D1’＝1.892±0.03，直径d1＝7.000，直径d1’＝6.000。
第二片——负双凹透镜两个折射面的半径分别为R2-1＝-16.904，R2-2＝22.360，厚度为D2＝0.800±0.03，D2’＝1.068±0.03，直径d2＝7.000，直径d2’＝6.000。
第三片——正双凸透镜两个折射面的半径分别为R3-1＝7.872，R3-2＝-12.300，厚度为D3＝5.030±0.02，直径d3＝7.000。
第四片——负弯月形透镜两个折射面的半径分别为R4-1＝-3.664，R4-2＝-12.649，厚度为D4＝2.450±0.03，直径d4＝11.600，d4’＝6.100±0.03。
透镜、光阑在镜筒光轴上的间隔为：
第一片与第二片之间的空气间隔为S1＝0.531±0.03；
第二片与光阑之间的空气间隔为S2＝0.570±0.02；
光阑与第三片之间的空气间隔S3＝0.450±0.02；
第三片与第四片之间的空气间隔S4＝2.400±0.01。
镜头入射视角为65.4°出射视角为66°。光阑的通光孔径为φ2.3，Fno为5.7，焦距f’＝13.85。光程TT为183.691。
实施例二：参见附图1～图6所示，一种短光程镜头，由镜筒、透镜组和光阑组成，所述透镜组由前后排列的四片透镜构成，并固定在镜筒中。所述四片透镜依次为：
第一片——正弯月形透镜两个折射面的半径分别为R1-1＝7.000，R1-2＝17.298，厚度为D1＝1.630±0.03，D1’＝1.892±0.03，直径d1＝7.000，直径d1’＝6.000。
第二片——负双凹透镜两个折射面的半径分别为R2-1＝-16.904，R2-2＝21.580，厚度为D2＝0.800±0.03，D2’＝1.068±0.03，直径d2＝7.000，直径d2’＝6.000。
第三片——正双凸透镜两个折射面的半径分别为R3-1＝7.834，R3-2＝-11.967，厚度为D3＝5.030±0.02，直径d3＝7.000。
第四片——负弯月形透镜两个折射面的半径分别为R4-1＝-3.664，R4-2＝-12.910，厚度为D4＝2.510±0.03，直径d4＝11.600，d4’＝6.100±0.03。
透镜、光阑在镜筒光轴上的间隔为：
第一片与第二片之间的空气间隔为S1＝0.531±0.03；
第二片与光阑之间的空气间隔为S2＝0.580±0.02；
光阑与第三片之间的空气间隔S3＝0.420±0.02；
第三片与第四片之间的空气间隔S4＝2.380±0.01。
镜头入射视角为65.4°出射视角为66°。光阑的通光孔径为φ2.3，Fno为5.7，焦距f’＝13.87。光程TT为183.706。
Claims (6)
1、一种短光程镜头，由镜筒、透镜组和光阑组成，所述透镜组由前后排列的四片透镜构成，并固定在镜筒中，其特征在于：
(1)、所述四片透镜依次为：
第一片——正弯月形透镜；
第二片——负双凹透镜；
第三片——正双凸透镜；
第四片——负弯月形透镜；
(2)、所述透镜组的入射视角为50°～80°，出射视角为50°～80°；
(3)、光阑位于第二至第三片透镜之间，Fno为5～6；
(4)、第四片透镜直径大于第三片透镜直径，以此构成整个透镜组径向的前小后大结构。
2、根据权利要求1所述的短光程镜头，其特征在于：所述透镜组的入射视角为63°～67°，出射视角为64°～68°；光阑的Fno为5.6～5.8。
3、根据权利要求1所述的短光程镜头，其特征在于：
第一片——正弯月形透镜两个折射面的半径分别为R1-1＝7.000±0.5，R1-2＝17.298±0.5，厚度为D1＝1.630±0.1；
第二片——负双凹透镜两个折射面的半径分别为R2-1＝-16.904±0.5，R2-2＝21.970±0.5，厚度为D2＝0.800±0.1；
第三片——正双凸透镜两个折射面的半径分别为R3-1＝7.853±0.5，R3-2＝-12.134±0.5，厚度为D3＝5.030±0.1；
第四片——负弯月形透镜两个折射面的半径分别为R4-1＝-3.664±0.5，R4-2＝-12.780±0.5，厚度为D4＝2.480±0.1；
第一片与第二片之间的空气间隔为S1＝0.531±0.1；
第二片与光阑之间的空气间隔为S2＝0.575±0.1；
光阑与第三片之间的空气间隔S3＝0.435±0.1；
第三片与第四片之间的空气间隔S4＝2.390±0.1。
4、根据权利要求3所述的短光程镜头，其特征在于：
第一片——正弯月形透镜两个折射面的半径分别为R1-1＝7.000，R1-2＝17.298，厚度为D1＝1.630±0.03；
第二片——负双凹透镜两个折射面的半径分别为R2-1＝-16.904，R2-2＝22.360，厚度为D2＝0.800±0.03；
第三片——正双凸透镜两个折射面的半径分别为R3-1＝7.872，R3-2＝-12.300，厚度为D3＝5.030±0.02；
第四片——负弯月形透镜两个折射面的半径分别为R4-1＝-3.664，R4-2＝-12.649，厚度为D4＝2.450±0.03；
第一片与第二片之间的空气间隔为S1＝0.531±0.03；
第二片与光阑之间的空气间隔为S2＝0.570±0.02；
光阑与第三片之间的空气间隔S3＝0.450±0.02；
第三片与第四片之间的空气间隔S4＝2.400±0.01。
5、根据权利要求3所述的短光程镜头，其特征在于：
第一片——正弯月形透镜两个折射面的半径分别为R1-1＝7.000，R1-2＝17.298，厚度为D1＝1.630±0.03；
第二片——负双凹透镜两个折射面的半径分别为R2-1＝-16.904，R2-2＝21.580，厚度为D2＝0.800±0.03；
第三片——正双凸透镜两个折射面的半径分别为R3-1＝7.834，R3-2＝-11.967，厚度为D3＝5.030±0.02；
第四片——负弯月形透镜两个折射面的半径分别为R4-1＝-3.664，R4-2＝-12.910，厚度为D4＝2.510±0.03；
第一片与第二片之间的空气间隔为S1＝0.531±0.03；
第二片与光阑之间的空气间隔为S2＝0.580±0.02；
光阑与第三片之间的空气间隔S3＝0.420±0.02；
第三片与第四片之间的空气间隔S4＝2.380±0.01。
6、根据权利要求4或5所述的短光程镜头，其特征在于：第一片、第二片和第三片透镜直径相同，第四片透镜直径是第三片透镜的1.36～1.96倍。
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