一种近物距扫描镜头的制作方法

1.本实用新型涉及镜头技术领域，具体涉及一种近物距扫描镜头。


背景技术：

2.近年来，随着条码信息量的不断增加，在越来越多的场合下需要使用扫描镜头进行准确高效地扫描识别信息，随着社会的发展，社会对扫描镜头的需求越来越多和要求也越来越苛刻，但是现有的扫描镜头至少还存在以下不足：
3.1、扫描镜头受限于近物距情况下，轴外宽光束像差呈级数增加，优化难度大，像质普遍不高，通光孔径也不大。
4.2、扫描镜头通常有补光装置，或在外部光源照射时，易在可见光波段产生眩光，对识别结果产生影响。
5.3、扫描镜头受限于近物距情况下，光线入射角度的增大，普遍镜头cra (主光线入射角，chief ray angle)偏大，难以匹配现有的主流sensor的小角度cra情况，应用范围受限。
6.4、近物距扫描镜头通常使用环境都很狭窄，镜头的总长和外径不能太大，现有的镜头外形尺寸难以满足越来越严苛的环境要求。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种近物距扫描镜头，以至少解决上述存在的技术问题之一。
8.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
9.一种近物距扫描镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜，所述第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
10.所述第一透镜具负屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
11.所述第二透镜具正屈光率，所述第二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
12.所述第三透镜具正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
13.所述第四透镜具负屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
14.所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
15.所述第六透镜具正屈光率，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
16.所述第七透镜具负屈光率，所述第七透镜的物侧面为凹面、像侧面为平面；
17.该扫描镜头具有屈光率的透镜只有上述七片。
18.优选地，所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面相互胶合，并满足下列条件式：vd3-vd4＞20，其中，vd3为第三透镜的色散系数，vd4为第四透镜的色散系数。
19.优选地，所述第六透镜的像侧面与所述第七透镜的物侧面相互胶合，并满足下列条件式：vd6-vd7＞30，其中，vd6为第六透镜的色散系数，vd7为第七透镜的色散系数。
20.优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜和第四透镜之间。
21.优选地，所述第六透镜采用折射率温度系数dn/dt为负值的材料。
22.优选地，该镜头满足下列条件式：
[0023]-7＜f1＜-5，9＜f2＜12，5＜f3＜8，-20＜f4＜-9，
[0024]
9＜f5＜12，5＜f6＜9，-8＜f7＜-5，
[0025]
其中，f1为第一透镜的焦距值、f2为第二透镜的焦距值、f3为第三透镜的焦距值、f4为第四透镜的焦距值、f5为第五透镜的焦距值、f6为第六透镜的焦距值、f7为第七透镜的焦距值。
[0026]
优选地，该镜头满足下列条件式：
[0027]
40＜vd1＜60，30＜vd2＜40，40＜vd3＜60，20＜vd4＜35，
[0028]
45＜vd5＜60，50＜vd6＜70，20＜vd7＜30，
[0029]
其中，vd1为第一透镜的色散系数，vd2为第二透镜的色散系数，vd3为第三透镜的色散系数，vd4为第四透镜的色散系数，vd5为第五透镜的色散系数，vd6为第六透镜的色散系数，vd7为第七透镜的色散系数。
[0030]
优选地，该镜头满足下列条件式：
[0031]
1.5＜nd1＜1.7，1.8＜nd2＜2.0，1.7＜nd3＜1.8，
[0032]
1.7＜nd4＜1.9，1.6＜nd5＜1.8，1.5＜nd6＜1.7，1.9＜nd7＜2.2，
[0033]
其中，nd1为第一透镜的折射率，nd2为第二透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率，nd4为第四透镜的折射率，nd5为第五透镜的折射率，nd6为第六透镜的折射率，nd7为第七透镜的折射率。
[0034]
采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：
[0035]
1、本实用新型沿物侧至像侧方向采用七片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，有效地矫正了近物距引入的高级像差，提升了图像解析度。
[0036]
2、本实用新型采用可见光/850nm红外设计，通过在同一测试环境中使用可见光和红外光两种光源，提升了镜头的识别精度，降低了外界的干扰。
[0037]
3、本实用新型采用光阑前置设计，光阑在于整体光学结构的前段部分，后端光组在对矫正光学像差的同时，对光线入射角度进行合理分配，使最终像面的入射角度小于6
°
，与对应sensor的cra进行匹配，使最终的成像不会出现因cra不匹配而出现色偏等现象。
[0038]
4、本实用新型在设计时，考虑了后端制造与光装工艺，镜头整体前端口径偏小，镜头光学总长小于20mm，光学结构紧凑，适用于体积空间小的狭窄环境安装使用。
附图说明
[0039]
图1为实施例一的光路图；
[0040]
图2为实施例一中镜头在可见光435nm-656nm下的mtf曲线图；
[0041]
图3为实施例一中镜头在红外光850nm下的mtf曲线图；
[0042]
图4为实施例一中镜头的赛德尔像差图；
[0043]
图5为实施例一中镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图；
[0044]
图6为实施例一中镜头在可见光546nm下的相对照度图；
[0045]
图7为实施例二的光路图；
[0046]
图8为实施例二中镜头在可见光435nm-656nm下的mtf曲线图；
[0047]
图9为实施例二中镜头在红外光850nm下的mtf曲线图；
[0048]
图10为实施例二中镜头的赛德尔像差图；
[0049]
图11为实施例二中镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图；
[0050]
图12为实施例二中镜头在可见光546nm下的相对照度图；
[0051]
图13为实施例三的光路图；
[0052]
图14为实施例三中镜头在可见光435nm-656nm下的mtf曲线图；
[0053]
图15为实施例三中镜头在红外光850nm下的mtf曲线图；
[0054]
图16为实施例三中镜头的赛德尔像差图；
[0055]
图17为实施例三中镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图；
[0056]
图18为实施例三中镜头在可见光546nm下的相对照度图。
[0057]
附图标记说明：
[0058]
第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、光阑8、保护玻璃9。
具体实施方式
[0059]
为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0060]
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
[0061]
在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面 (或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为r值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。r值可常见被使用于光学设计软件中，例如zemax或 codev。r值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当r值为正时，判定为物侧面为凸面；当r值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当r值为正时，判定像侧面为凹面；当r值为负时，判定像侧面为凸面。
[0062]
本实用新型公开了一种近物距扫描镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜，所述第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
[0063]
所述第一透镜具负屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
[0064]
所述第二透镜具正屈光率，所述第二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
[0065]
所述第三透镜具正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
[0066]
所述第四透镜具负屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
[0067]
所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
[0068]
所述第六透镜具正屈光率，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
[0069]
所述第七透镜具负屈光率，所述第七透镜的物侧面为凹面、像侧面为平面；
[0070]
该扫描镜头具有屈光率的透镜只有上述七片。
[0071]
本实用新型采用七片透镜结构设计，通过合理搭配各透镜的光焦度、芯厚和透镜之间的相对距离，实现了500mm近物距的扫描识别镜头，其具有f2.0的大通光值，采用1/2.9”大像面设计，最大靶面尺寸可达6.5mm，画幅较大，在同类型镜头产品中，该镜头的各项指标更好。
[0072]
优选地，所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面相互胶合，并满足下列条件式：vd3-vd4＞20，其中，vd3为第三透镜的色散系数，vd4为第四透镜的色散系数，通过这样的胶合镜片选取材料搭配，可以有效的优化可见光波谱内的色差，使成像画面具有良好的色彩还原能力，不会出现蓝紫边、画面整体偏绿等现象。
[0073]
优选地，所述第六透镜的像侧面与所述第七透镜的物侧面相互胶合，并满足下列条件式：vd6-vd7＞30，其中，vd6为第六透镜的色散系数，vd7为第七透镜的色散系数，通过这样的胶合镜片选取材料搭配，可以有效的优化可见光波谱内的色差，使成像画面具有良好的色彩还原能力，不会出现蓝紫边、画面整体偏绿等现象。
[0074]
为矫正近物距的高阶像差，本实用新型中镜头采用后组两胶合片对称设计，对光路进行矫正，有效的降低了镜头的高阶像差，提升了镜头的解析度。
[0075]
优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜和第四透镜之间，设计光阑前移，使用后端光路对光线进行整形，在优化掉高级像差的同时，使镜头的cra小于6
°
，能够更好的匹配小cra的sensor，同时也提高了镜头的适用性。
[0076]
优选地，所述第六透镜采用折射率温度系数dn/dt为负值的材料，即材料的折射率随着温度的升高而降低，通过第六透镜进行温漂的矫正，使镜头可以在-10℃-65℃范围内使用时，画面清晰不失焦，实现镜头的消热差设计。
[0077]
优选地，该镜头满足下列条件式：
[0078]-7＜f1＜-5，9＜f2＜12，5＜f3＜8，-20＜f4＜-9，
[0079]
9＜f5＜12，5＜f6＜9，-8＜f7＜-5，
[0080]
其中，f1为第一透镜的焦距值、f2为第二透镜的焦距值、f3为第三透镜的焦距值、f4为第四透镜的焦距值、f5为第五透镜的焦距值、f6为第六透镜的焦距值、f7为第七透镜的焦距值。
[0081]
优选地，该镜头满足下列条件式：
[0082]
40＜vd1＜60，30＜vd2＜40，40＜vd3＜60，20＜vd4＜35，
[0083]
45＜vd5＜60，50＜vd6＜70，20＜vd7＜30，
[0084]
其中，vd1为第一透镜的色散系数，vd2为第二透镜的色散系数，vd3为第三透镜的色散系数，vd4为第四透镜的色散系数，vd5为第五透镜的色散系数，vd6为第六透镜的色散系数，vd7为第七透镜的色散系数。
[0085]
优选地，该镜头满足下列条件式：
[0086]
1.5＜nd1＜1.7，1.8＜nd2＜2.0，1.7＜nd3＜1.8，
[0087]
1.7＜nd4＜1.9，1.6＜nd5＜1.8，1.5＜nd6＜1.7，1.9＜nd7＜2.2，
[0088]
其中，nd1为第一透镜的折射率，nd2为第二透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率，nd4为第四透镜的折射率，nd5为第五透镜的折射率，nd6为第六透镜的折射率，nd7为第
七透镜的折射率。
[0089]
下面将以具体实施例对本实用新型的扫描镜头进行详细说明。
[0090]
实施例一
[0091]
参考图1所示，本实施例公开了一种近物距扫描镜头，从物侧a1至像侧 a2沿一光轴依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7，所述第一透镜1至第七透镜7各自包括一朝向物侧a1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧a2且使成像光线通过的像侧面；
[0092]
所述第一透镜1具负屈光率，所述第一透镜1的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
[0093]
所述第二透镜2具正屈光率，所述第二透镜2的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
[0094]
所述第三透镜3具正屈光率，所述第三透镜3的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
[0095]
所述第四透镜4具负屈光率，所述第四透镜4的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
[0096]
所述第五透镜5具正屈光率，所述第五透镜5的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
[0097]
所述第六透镜6具正屈光率，所述第六透镜6的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
[0098]
所述第七透镜7具负屈光率，所述第七透镜7的物侧面为凹面、像侧面为平面；
[0099]
该扫描镜头具有屈光率的透镜只有上述七片，所述光阑8设置于所述第三透镜3和第四透镜4之间，所述第三透镜3的像侧面与所述第四透镜4的物侧面相互胶合，所述第六透镜6的像侧面与所述第七透镜7的物侧面相互胶合，所述第六透镜6采用折射率温度系数dn/dt为负值的材料。
[0100]
本具体实施例的详细光学数据如表1所示。
[0101]
表1实施例一的详细光学数据
[0102]
表面 口径大小(直径)曲率半径厚度折射率色散系数焦距0被摄物面 infinity500.000
ꢀꢀꢀ
1第一透镜5.39.10.871.6455.5-5.92 3.72.61.24
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3第二透镜3.3-123.21.501.9135.310.34第三透镜2.9-8.80.24
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5光阑面2.7infinity1.09
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6第三透镜3.5-6.93.581.7354.77.37第四透镜6.8-3.70.901.8122.7-16.68 8.0-5.60.11
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9第五透镜7.746.81.851.7552.311.110 7.9-10.10.13
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11第六透镜8.09.83.071.5967.37.112第七透镜8.0-6.50.842.0025.4-6.513 7.0-2760.11.00
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14保护玻璃6.9infinity0.801.5264.2infinity15 6.8infinity2.80
ꢀꢀꢀ
16成像面6.5
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[0103]
本具体实施例中的成像镜头的光路图请参阅图1。镜头在可见光435nm
‑ꢀ
656nm下
的mtf曲线图请参阅图2，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，解析度高，成像质量优良，满足超高清成像。镜头在红外光850nm下的mtf曲线图请参阅图3，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，解析度高，成像质量优良，切换红外光使用时，确保不会出现误识别。镜头的赛德尔像差图请参阅图4，从图中可以看出，第一透镜承担了大部分球差，其余像差较为均匀。镜头在可见光下的横向色差图请参阅图5，从图中可以看出，latercolor小于8um,确保画面不会出现蓝紫边色差，具有较高的图像色彩还原性。可见光下相对照度图请参阅图6，从图中可以看出，边缘相对照度大于60％，保证大通光条件下的相对照度均匀，在夜间或弱光环境中使用时，也能保证足够的画面亮度。
[0104]
实施例二
[0105]
配合图7至图12所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0106]
本具体实施例的详细光学数据如表2所示。
[0107]
表2实施例二的详细光学数据
[0108]
表面 口径大小(直径)曲率半径厚度折射率色散系数焦距0被摄物面 infinity500.000
ꢀꢀꢀ
1第一透镜5.310.40.891.6460.2-5.92 3.72.70.96
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3第二透镜3.4138.72.051.8840.19.74第三透镜2.9-9.10.16
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5光阑面2.7infinity1.33
ꢀꢀꢀ
6第三透镜3.7-5.72.721.7452.75.97第四透镜5.2-3.01.211.7825.7-10.88 8.0-5.40.14
ꢀꢀꢀ
9第五透镜7.925.42.011.7552.310.310 8.1-10.90.53
ꢀꢀꢀ
11第六透镜8.09.53.171.6263.46.712第七透镜8.0-6.40.852.0025.4-5.913 6.994.51.00
ꢀꢀꢀ
14保护玻璃6.8infinity0.801.5264.2infinity15 6.7infinity2.19
ꢀꢀꢀ
16成像面6.5
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[0109]
本具体实施例中的成像镜头的光路图请参阅图7。镜头在可见光435nm
‑ꢀ
656nm下的mtf曲线图请参阅图8，从图中可以看出该款镜头的空间频率达 150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，解析度高，成像质量优良，满足超高清成像。镜头在红外光850nm下的mtf曲线图请参阅图9，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，解析度高，成像质量优良，切换红外光使用时，确保不会出现误识别。镜头的赛德尔像差图请参阅图10，从图中可
以看出，第一透镜承担了大部分球差，其余像差较为均匀。镜头在可见光下的横向色差图请参阅图11，从图中可以看出，latercolor小于7um,确保画面不会出现蓝紫边色差，具有较高的图像色彩还原性。可见光下相对照度图请参阅图12，从图中可以看出，边缘相对照度大于55％，保证大通光条件下的相对照度均匀，在夜间或弱光环境中使用时，也能保证足够的画面亮度。
[0110]
实施例三
[0111]
配合图13至图18所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0112]
本具体实施例的详细光学数据如表3所示。
[0113]
表3实施例三的详细光学数据
[0114]
表面 口径大小(直径)曲率半径厚度折射率色散系数焦距0被摄物面 infinity500.000
ꢀꢀꢀ
1第一透镜5.48.40.891.6455.5-6.32 3.72.61.02
ꢀꢀꢀ
3第二透镜3.5-153.02.111.9135.310.74第三透镜2.9-9.30.16
ꢀꢀꢀ
5光阑面2.7infinity1.40
ꢀꢀꢀ
6第三透镜3.8-6.02.641.7452.75.77第四透镜5.2-3.01.251.8125.5-10.98 8.0-5.30.14
ꢀꢀꢀ
9第五透镜7.926.72.001.7552.310.510 8.1-11.00.31
ꢀꢀꢀ
11第六透镜8.09.13.111.5967.37.012第七透镜8.0-6.80.852.0025.4-6.113 6.973.01.00
ꢀꢀꢀ
14保护玻璃6.8infinity0.801.5264.2infinity15 6.7infinity2.33
ꢀꢀꢀ
16成像面6.59.21.06
ꢀꢀꢀ
[0115]
本具体实施例中的成像镜头的光路图请参阅图13。镜头在可见光435nm
‑ꢀ
656nm下的mtf曲线图请参阅图14，从图中可以看出该款镜头的空间频率达 150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，解析度高，成像质量优良，满足超高清成像。镜头在红外光850nm下的mtf曲线图请参阅图15，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.4，中心至边缘均匀度高，解析度高，成像质量优良，切换红外光使用时，确保不会出现误识别。镜头的赛德尔像差图请参阅图16，从图中可以看出，第一透镜承担了大部分球差，其余像差较为均匀。镜头在可见光下的横向色差图请参阅图17，从图中可以看出，latercolor小于7um,确保画面不会出现蓝紫边色差，具有较高的图像色彩还原性。可见光下相对照度图请参阅图18，从图中可以看出，边缘相对照度大于55％，保证大通光条件下的相对照度均匀，在夜间或弱光环境中使用时，也能保证足够的画面亮度。
[0116]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。