CN111381347B - 透镜组件及成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学成像技术领域，具体而言，涉及透镜组件及成像装置；该透镜组件包括沿透镜组件的光轴的延伸方向依次设置的第一透镜群、光阑和第二透镜群，其中，沿光轴的延伸方向，第一透镜群包括从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜，第二透镜群包括从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜以及具有负光焦度的第五透镜；该成像装置的壳体中设置有上述的透镜组件；本发明的透镜组件可以用于使成像装置实现单倍成像，扫描图像质量较佳，装置整体结构简单，容易实现，成本较低。

Description

透镜组件及成像装置

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，具体而言，涉及透镜组件及成像装置。

背景技术

为了便于后期打印，现有文档扫描仪、票据扫描仪等扫描设备需要扫描图像与原稿1:1成像，这些扫描设备中大多选用体积小、成本低、可以1:1成像的CIS作为图像传感器采集原稿的图像，然而，受自身特性的限制，CIS的感光元件的密度较低，各感光元件之间的干扰较大，因此，CIS采集的图像的分辨率较低、质量较差。当对扫描的图像的质量要求较高时(比如，将扫描图像用于票据鉴伪时)，使用CIS采集的图像往往不能满足需求，这时，扫描设备就需要使用高性能的图像传感器，比如，CCD图像传感器，CCD图像传感器具有低失真、图像畸变小以及稳定性好等特点，适用于对图像质量要求较高的扫描设备，但是，CCD图像传感器的成像系统比较复杂，实现1:1成像时往往需要设置复杂的透镜组件，这就会造成使用CCD图像传感器的扫描设备的成像装置的体积往往较大，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透镜组件，其能够用于单倍成像，且得到的扫描图像质量较高，结构较为简单，易于实现，能够降低成本。

本发明的另一目的在于提供一种成像装置，其能够用于单倍成像，得到较高质量的扫描图像，结构较为简单，易于实现，能够降低成本。

本发明的实施例是这样实现的：

一种透镜组件，其包括沿透镜组件的光轴的延伸方向依次设置的第一透镜群、光阑和第二透镜群，其中，沿光轴的延伸方向，第一透镜群包括从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜，第二透镜群包括从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜以及具有负光焦度的第五透镜。

优选地，第一透镜为凸向物侧的弯月形透镜，第二透镜为双凹透镜，第三透镜为凸向像侧的弯月形透镜，第四透镜为双凸透镜，第五透镜为双凹透镜。

优选地，光阑设置于第二透镜和第三透镜之间，光阑的通孔为圆形，且通孔的直径小于等于7.0mm。

优选地，第一透镜、第三透镜和第四透镜的折射率的范围均为不小于1.55且不大于1.65，第一透镜、第三透镜和第四透镜的阿贝数的范围均为不小于55且不大于65；和/或，第二透镜和第五透镜的折射率的范围均为不小于1.55且不大于1.65，第二透镜和第五透镜的阿贝数的范围均为不小于30且不大于40。

优选地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的材料均为光学玻璃，且第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的光学玻璃的种类不超过两种。

一种成像装置，其包括壳体、透光板、成像组件和上述透镜组件，成像组件和透镜组件设置于壳体的内部，壳体设置有透光口，透光板设置于透光口，透镜组件位于透光板与成像组件之间。

优选地，成像装置的物距U和成像装置的像距V满足：87.8mm≤U+V≤92.3mm且0.6≤U/V≤1.06。

优选地，沿透镜组件的光轴的延伸方向，透镜组件的长度为L，成像组件的像距为V，透镜组件的有效焦距为F，L、V和F满足：(L+V)/F≤3.0。

优选地，成像装置还包括反光镜，反光镜设置于壳体的内部，且反光镜位于透光板与透镜组件之间，透光板的透光面与透镜组件的入光面垂直，反光镜的反射面与透光板的透光面以及反光镜的反射面与透镜组件的入光面均呈夹角设置。

优选地，沿透镜组件的光轴的延伸方向，透镜组件和成像组件依次设置于壳体的内部，成像组件包括图像传感器，图像传感器位于透镜组件的光轴的延长线上；图像传感器包括多个感光元件，多个感光元件沿垂直于光轴的方向排列，且多个感光元件的中心位于透镜组件的光轴的延长线上。

本发明实施例的透镜组件的有益效果是：本发明实施例提供的透镜组件仅用五片透镜即可使图像传感器实现单倍成像，且得到的扫描图像质量较高，该透镜组件的结构较简单、易于实现，能够有效地降低透镜组件的成本。

本发明实施例的成像装置的有益效果是：本发明实施例提供的成像装置中设置的透镜组件仅用五片透镜即可使得该成像装置的成像组件实现单倍成像，且得到的扫描图像质量较高，该成像装置的结构较为简单，易于实现，该成像装置的成本能够得到有效地降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中透镜组件的结构示意图；

图2为本发明实施例中透镜组件的单倍成像光路示意图；

图3为本发明实施例中成像装置的第一种结构示意图；

图4为本发明实施例中成像装置的第二种结构示意图；

图5为本发明实施例中成像装置的第三种结构示意图。

图标：100-透镜组件；a-光轴；b-物侧；c-像侧；110-第一透镜群；111-第一透镜；112-第二透镜；120-光阑；130-第二透镜群；131-第三透镜；132-第四透镜；133-第五透镜；200-成像装置；210-壳体；211-透光口；220-透光板；230-成像组件；240-反光镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例中透镜组件100的结构示意图；图2为本发明实施例中透镜组件100的单倍成像光路示意图；请参照图1和图2，本实施例提供一种透镜组件100，其包括沿透镜组件100的光轴a的延伸方向依次设置的第一透镜群110、光阑120和第二透镜群130，其中，沿光轴a的延伸方向，第一透镜群110包括从物侧b到像侧c依次设置的具有正光焦度的第一透镜111和具有负光焦度的第二透镜112，第二透镜群130包括从物侧b到像侧c依次设置的具有正光焦度的第三透镜131、具有正光焦度的第四透镜132以及具有负光焦度的第五透镜133。需要说明的是，该透镜组件100可实现的放大倍率γ满足：0.95X≤|γ|≤1.07X，透镜组件100可实现的影像半高Y满足：Y≥14.1mm。由图2所示的光路示意图容易得知，当有物体位于透镜组件100的物侧b处、有成像组件位于透镜组件100的像侧c处时，物体发出的光线经过透镜组件100传播后，能够到达像侧c处并使成像组件实现单倍成像。

本发明提供的透镜组件100能够用于图像传感器的单倍成像，且扫描的图像质量较高，该透镜组件100中含有五片透镜，透镜的数量较少，结构简单、易于实现，能够降低透镜组件100的成本。

进一步地，本实施例的第一透镜111为凸向物侧b的弯月形透镜，第二透镜112为双凹透镜，第三透镜131为凸向像侧c的弯月形透镜，第四透镜132为双凸透镜，第五透镜133为双凹透镜。

优选地，本实施例的第一透镜111、第三透镜131和第四透镜132的折射率的范围均为不小于1.55且不大于1.65，且第一透镜111、第三透镜131和第四透镜132的阿贝数的范围均为不小于55且不大于65。

优选地，本实施例的第二透镜112和第五透镜133的折射率的范围均为不小于1.55且不大于1.65，且第二透镜112和第五透镜133的阿贝数的范围均为不小于30且不大于40。

详细地，例如：在本发明的第一个实施例中：第一透镜111、第三透镜131和第四透镜132的折射率均为1.55，且第一透镜111、第三透镜131和第四透镜132的阿贝数均为55，第二透镜112和第五透镜133的折射率均为1.55，且第二透镜112和第五透镜133的阿贝数均为30；在本发明的第二个实施例中，第一透镜111、第三透镜131和第四透镜132的折射率均为1.65，且第一透镜111、第三透镜131和第四透镜132的阿贝数均为65，第二透镜112和第五透镜133的折射率均为1.65，且第二透镜112和第五透镜133的阿贝数均为40；在本发明的第三个实施例中，第一透镜111、第三透镜131和第四透镜132的折射率均为1.59，且第一透镜111、第三透镜131和第四透镜132的阿贝数均为58.63，第二透镜112和第五透镜133的折射率均为1.61，且第二透镜112和第五透镜133的阿贝数均为38.66；在本发明的第四个实施例中，第一透镜111的折射率为1.56，第一透镜111的阿贝数为56，第三透镜131的折射率为1.58，第三透镜131的阿贝数为58.9，第四透镜132的折射率为1.62，第四透镜132的阿贝数为62.5，第二透镜112的折射率为1.59，第二透镜112的阿贝数为36.1，第五透镜133的折射率为1.64，第五透镜133的阿贝数为38.3。

进一步地，本实施例中的第一透镜111、第二透镜112、第三透镜131、第四透镜132和第五透镜133的材料均为光学玻璃，且第一透镜111、第二透镜112、第三透镜131、第四透镜132和第五透镜133的光学玻璃的种类不超过两种，以使第一透镜群110和第二透镜群130的透射效果更佳。

本实施例的光阑120设置于第二透镜112和第三透镜131之间，光阑120的通孔为圆形，且光阑120的通孔的直径小于等于7.0mm，例如：光阑120的通孔的直径是7.0mm、6.5mm、6.0mm、5.5mm等，这样一来，能够有效地改善透镜组件100的成像分辨率，使得扫描的图像质量较佳。

本实施例中的透镜组件100的光学系统的参数如表1所示：

表1

表面	曲率半径(mm)	间距(mm)	折射率	阿贝数
					第一透镜前曲面	25.320	3.64	1.59	61.85
第一透镜后曲面	172.897	3.78
					第二透镜前曲面	-21.390	4.37	1.61	38.66
第二透镜后曲面	61.864	2.81
					光阑	无穷大	2.25
第三透镜前曲面	-36.612	3.425	1.59	61.85
					第三透镜后曲面	-12.789	3.12
第四透镜前曲面	21.502	3.574	1.59	61.85
					第四透镜后曲面	-45.723	4.69
第五透镜前曲面	-19.242	2.91	1.61	38.66
					第五透镜后曲面	475.275	46.894

其中，透镜的前曲面是指透镜的靠近物侧b的曲面，透镜的后曲面是指透镜的靠近像侧c的曲面，表1中所示的间距是指沿从物侧b指向像侧c的方向，对应的曲面与下一个曲面之间的距离，比如，第一透镜前曲面对应的间距是指第一透镜111的前曲面到第一透镜111的后曲面之间的距离，也即，第一透镜111的厚度，第一透镜后曲面对应的间距是指第一透镜111的后曲面到第二透镜112的前曲面之间的距离，第五透镜前曲面对应的间距是指第五透镜133的前曲面到第五透镜133的后曲面之间的距离，也即，第五透镜133的厚度，第五透镜后曲面对应的间距是指第五透镜133的后曲面到位于像侧c的图像传感器的成像面的距离。

本发明提供的透镜组件100能够用于图像传感器的单倍成像，且得到的扫描图像质量较高，该透镜组件100中仅包括五片透镜，使得整体结构较为简单，易于实现，且能够有效地降低透镜组件100的设置成本。

图3为本发明实施例中成像装置200的结构示意图；请参照图3，本发明还提供一种成像装置200，其包括壳体210、透光板220、成像组件230和上述的透镜组件100，透镜组件100和成像组件230设置于壳体210的内部，壳体210设置有透光口211，上述透光板220设置于透光口211处，以利用透光板220将成像组件230和透镜组件100封装于壳体210的内部，透镜组件100位于透光板220与成像组件230之间。

本发明提供的成像装置200中的透镜组件100能够使成像组件230实现单倍成像，且得到的扫描图像的质量较佳，该成像装置200中的透镜组件100中包括五片透镜，结构较为简单，且设置的方式也较为简单，从而使该成像装置200的整体结构也较为简单，易于实现，并且还能有效地降低该成像装置200的成本。

优选地，成像装置200的物距U和成像装置200的像距V满足：87.8mm≤U+V≤92.3mm且0.6≤U/V≤1.06；例如：U+V＝87.8，U/V＝0.6；U+V＝92.3，U/V＝1.06；U+V＝90.2，U/V＝0.85等。

进一步优选地，沿透镜组件100的光轴a的延伸方向，透镜组件100的长度为L，成像组件230的像距为V，透镜组件100的有效焦距为F，上述L、V和F满足：(L+V)/F≤3.0，例如：(L+V)/F＝3.0、(L+V)/F＝2.9、(L+V)/F＝2.5等。

请参照图3，本实施例中，沿透镜组件100的光轴a的延伸方向，透镜组件100和成像组件230依次设置于壳体210的内部；成像装置200还包括反光镜240，反光镜240设置于壳体210的内部，且反光镜240位于透光板220与透镜组件100之间，透光板220的透光面与透镜组件100的入光面垂直，反光镜240的反射面与透光板220的透光面以及反光镜240的反射面与透镜组件100的入光面均呈夹角设置，光线穿过透光板220后经过反光镜240的反射发生折射，偏转90°后达到透镜组件100，并穿过透镜组件100被成像组件230接收。

优选地，反光镜240的反射面与透光板220的透光面以及反光镜240的反射面与透镜组件100的入光面之间均呈45°夹角。在本发明的另外的实施例中，反光镜240的反射面与透光板220的透光面的夹角角度以及反光镜240的反射面与透镜组件100的入光面的夹角角度分别还可以是60°与30°、25°与65°、或40°与50°等等。

如图3所示，本实施例中，沿d所示的光线传播路径，透光板220的透光面到反光镜240的反光面的距离为L1，沿透镜组件100的光轴a的延伸方向，反光镜240的反光面到第一透镜111的物侧b的球面顶点的距离为L2，则本实施例中，物距U为L1与L2之和，像距V为第五透镜133的像侧c的球面顶点到成像组件230的成像面的距离，则L1、L2以及像距V满足：87.8mm≤L1+L2+V≤92.3mm且0.6≤(L1+L2)/V≤1.06，例如：L1+L2+V＝92.3mm、(L1+L2)/V＝1.06；L1+L2+V＝87.8mm、(L1+L2)/V＝0.6；L1+L2+V＝88.3mm、(L1+L2)/V＝0.8等。

本实施例中，透镜组件100的长度L和成像装置200的像距V之和为第一透镜111的物侧b的球面顶点到成像组件230的成像面的距离TL，则距离TL与透镜组件100的有效焦距F满足：TL/F≤3.0，例如：TL/F＝3.0；TL/F＝2.0；TL/F＝2.3等。

需要说明的是，当成像装置200的整体焦距固定的前提下，限制TL/F能够让本发明的成像装置200的光学总长度降低，使得整体的尺寸更小，以使本发明的成像装置200具有更广的适用范围。

通过在成像装置200内设置反光镜240，使得在成像装置200的内部，光线沿L型路径传播，即由壳体210外部经过透光板220进入壳体210内部的光线经过反光镜240反射后再穿过透镜组件100到达成像组件230。通过使成像装置200内部的光线传播路径发生偏折，能够缩短光线传播路径沿透镜组件100的光轴a的延伸方向的整体长度，进而缩短该成像装置200整体的长度，减小成像装置200的体积。

进一步地，本实施例的壳体210呈L型，通过将壳体210设置为L型，能够进一步减小成像装置200的体积，使得该成像装置200具有更广的利用。

进一步地，本实施例中成像组件230包括图像传感器，该图像传感器为CCD图像传感器或CMOS图像传感器，图像传感器位于透镜组件100的光轴a的延长线上。

进一步的，上述图像传感器为线阵图像传感器，图像传感器包括多个感光元件，多个感光元件沿垂直于光轴a的方向排列，且多个感光元件的中心位于透镜组件100的光轴a的延长线上，详细地，多个感光元件沿垂直于透镜组件100的光轴a的方向均匀的排列成一排。透光口211和反光镜240的长度方向均沿多个感光元件的排列方向延伸。通过如此设置，使得本发明提供的成像装置200可以应用于线阵扫描。

可选地，如图4所示，在其他实施例中，透镜组件100设置于透光板220和反光镜240之间，且反光镜240位于透镜组件100和成像组件230之间，反光镜240的反射面与透镜组件100的出光面以及反光镜240的反射面与成像组件230的入光面均呈夹角设置，即壳体210内部的光线能够穿过透镜组件100到达反光镜240，并经反光镜240的反射之后到达成像组件230。

可选地，如图5所示，在其他实施例中，该成像装置200的内部未设置反光镜240，透光板220、透镜组件100和成像组件230在壳体210的内部呈直线型依次分布，且透镜组件100的物侧b与透光板220相对，透镜组件100的像侧c与成像组件230相对设置，其中，在壳体210内部的光线呈直线传播。

本发明的成像装置200利用设置于壳体210中的透镜组件100使得CCD或CMOS图像传感器实现单倍成像，且扫描得到的图像的质量较佳，该成像装置200中的透镜组件100包括五片透镜，结构简单，易于实现，且有助于降低成像装置200整体的成本。

综上所述，本发明本发明实施例的透镜组件的有益效果是：本发明实施例提供的透镜组件仅用五片透镜即可使图像传感器实现单倍成像，且得到的扫描图像质量较高，该透镜组件的结构较简单、易于实现，能够有效地降低透镜组件的成本。

本发明实施例的成像装置的有益效果是：本发明实施例提供的成像装置中设置的透镜组件仅用五片透镜即可使得该成像装置的成像组件实现单倍成像，且得到的扫描图像质量较高，该成像装置的结构较为简单，易于实现，该成像装置的成本能够得到有效地降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种成像装置，其特征在于，包括壳体、透光板、成像组件和透镜组件，所述透镜组件包括沿所述透镜组件的光轴的延伸方向依次设置的第一透镜群、光阑和第二透镜群，其中，

沿所述光轴的延伸方向，所述第一透镜群由从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜组成，所述第二透镜群由从所述物侧到所述像侧依次设置的具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜以及具有负光焦度的第五透镜组成；

所述成像组件和所述透镜组件设置于所述壳体的内部，所述壳体设置有透光口，所述透光板设置于所述透光口，所述透镜组件位于所述透光板与所述成像组件之间；

所述成像装置的物距U和所述成像装置的像距V满足：87.8mm≤U+V≤92.3mm且0.6≤U/V≤1.06。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述第一透镜为凸向所述物侧的弯月形透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜为凸向所述像侧的弯月形透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凹透镜。

3.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述光阑设置于所述第二透镜和所述第三透镜之间，所述光阑的通孔为圆形，且所述通孔的直径小于等于7.0mm。

4.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述第一透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的折射率的范围均为不小于1.55且不大于1.65，所述第一透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的阿贝数的范围均为不小于55且不大于65；和/或，

所述第二透镜和所述第五透镜的折射率的范围均为不小于1.55且不大于1.65，所述第二透镜和所述第五透镜的阿贝数的范围均为不小于30且不大于40。

5.根据权利要求1-4任一项所述的成像装置，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的材料均为光学玻璃，且所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的所述光学玻璃的种类不超过两种。

6.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，沿所述透镜组件的光轴的延伸方向，所述透镜组件的长度为L，所述成像组件的像距为V，所述透镜组件的有效焦距为F，所述L、所述V和所述F满足：(L+V)/F≤3.0。

7.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括反光镜，所述反光镜设置于所述壳体的内部，且所述反光镜位于所述透光板与所述透镜组件之间，所述透光板的透光面与所述透镜组件的入光面垂直，所述反光镜的反射面与所述透光板的所述透光面以及所述反光镜的所述反射面与所述透镜组件的所述入光面均呈夹角设置。

8.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，沿所述透镜组件的光轴的延伸方向，所述透镜组件和所述成像组件依次设置于所述壳体的内部，所述成像组件包括图像传感器，所述图像传感器位于所述透镜组件的光轴的延长线上；所述图像传感器包括多个感光元件，所述多个感光元件沿垂直于所述光轴的方向排列，且所述多个感光元件的中心位于所述透镜组件的光轴的延长线上。

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