CN113126259B - 一种光学扫描镜头及扫描设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学扫描镜头及扫描设备，沿光轴由物侧到像侧依次包括：第一透镜，具有正屈折力，其物侧表面于近轴处为凸面；第二透镜，具有正屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面；第三透镜，具有负屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面；第四透镜；第一透镜、第二透镜和第四透镜的折射率小于1.6，且0.0＜f/f1＜2.0；f为光学扫描镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距。本发明为四片式镜头，其中各透镜的面形结构与光学参数的最佳化范围相结合，在具备稳定高成像品质同时，还能够有效压缩镜片整体尺寸和保证进光量，从而在扫描设备的体积较小、光圈的尺寸受限的情况下确保扫描效果。

Description

一种光学扫描镜头及扫描设备
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种光学扫描镜头及扫描设备。
背景技术
如今各类超市、商店等场所，在结账时需要利用扫码设备进行扫码，如用条形码扫码设备扫描商品，在结账时用二维码扫码设备扫描客户的付款二维码等。
由于需要手持扫描设备进行扫码，若扫描设备的体积过大，会因过于笨重而增加使用难度，也会增加使用者的工作强度，因此扫描设备的体积趋于向小型化发展，但由于光圈的大小会受限于扫描设备的体积，在扫描设备的体积较小的情况下，光圈的尺寸限制会导致进光量低，使得扫描效果并不理想。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种光学扫描镜头及扫描设备，解决现有技术中的扫描设备的体积和扫描效果难以兼顾的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种光学扫描镜头，沿光轴由物侧到像侧依次包括第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜至第四透镜中各透镜均具有朝向物方的物侧表面以及朝向像方的像侧表面，其中：
所述第一透镜具有正屈折力，其物侧表面于近轴处为凸面；所述第二透镜具有正屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面；所述第三透镜具有负屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面；所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜具有小于1.6的折射率，所述光学扫描镜头满足以下关系式：
0.0＜f/f1＜2.0；
其中f表示所述光学扫描镜头的焦距，f1表示第一透镜的焦距。
进一步地，所述第四透镜具有负屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：
f3/f4＜1.6；
1.0＜f1/f2＜3.0；
其中f2表示所述第二透镜的焦距，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：
1.0＜TTL/f＜2.0；
其中TTL表示所述光学扫描镜头的光学总长。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：
4.0＜f/EPD；
其中EPD表示所述光学扫描镜头的入瞳直径。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：
1.5＜R42/R41＜4.0；
0.0＜R42/f4＜1.5；
其中所述R41表示所述第四透镜物侧表面的曲率半径，R42表示所述第四透镜像侧表面的曲率半径，f4表示所述第四透镜的焦距。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：
-3.0＜(R21-R22)/(R31-R32)＜-1；
其中所述R21表示所述第二透镜物侧表面的曲率半径，所述R22表示所述第二透镜像侧表面的曲率半径，所述R31表示所述第三透镜物侧表面的曲率半径，R32表示所述第三透镜像侧表面的曲率半径。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：
0.2＜R11/f1＜1.2；
其中所述R11表示所述第一透镜物侧表面的曲率半径。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：
1.0＜Fno/f＜2.0；
其中所述Fno表示所述光学扫描镜头的光圈值。
本发明还提供了一种扫描设备，包括如上任一项所述的光学扫描镜头。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种光学扫描镜头及扫描设备，为四片式镜头，其中各透镜的面形结构与光学参数的最佳化范围相结合，在具备稳定高成像品质同时，还能够有效压缩镜片整体尺寸和保证进光量，从而在扫描设备的体积较小、光圈的尺寸受限的情况下确保扫描效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了本发明实施例一的一种光学扫描镜头的示意图；
图2由左至右依序为本发明实施例一的一种光学扫描镜头的像散和畸变曲线图；
图3为本发明实施例一的一种光学扫描镜头的球差曲线图；
图4示出了本发明实施例二的一种光学扫描镜头的示意图；
图5由左至右依序为本发明实施例二的一种光学扫描镜头的像散和畸变曲线图；
图6为本发明实施例二的一种光学扫描镜头的球差曲线图；
图7示出了本发明实施例三的一种光学扫描镜头的示意图；
图8由左至右依序为本发明实施例三的一种光学扫描镜头的像散和畸变曲线图；
图9为本发明实施例三的一种光学扫描镜头的球差曲线图。
其中：
第一透镜：110、210、310；物侧表面：111、211、311；像侧表面：112、212、312；
第二透镜：120、220、320；物侧表面：121、221、321；像侧表面：122、222、322；
第三透镜：130、230、330；物侧表面：131、231、331；像侧表面：132、232、332；
第四透镜：140、240、340；物侧表面：141、241、341；像侧表面：142、242、342；
红外滤光片：150、250、350；
光阑：101、201、301；
f：高清光学取像镜头的焦距；
f1：第一透镜焦距；
f2：第二透镜焦距；
f3：第三透镜焦距；
f4：第四透镜焦距；
TTL：光学扫描镜头的光学总长；
EPD：光学扫描镜头的入瞳直径；
R11：第一透镜物侧表面的曲率半径；
R21：第二透镜物侧表面的曲率半径；
R22：第二透镜像侧表面的曲率半径；
R31：第三透镜物侧表面的曲率半径；
R32：第三透镜像侧表面的曲率半径；
R41：第四透镜物侧表面的曲率半径；
R42：第四透镜像侧表面的曲率半径；
Fno：光学扫描镜头的光圈值。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供一种光学扫描镜头，沿光轴由物侧到像侧依次包括第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜至第四透镜中各透镜均具有朝向物方的物侧表面以及朝向像方的像侧表面；光学扫描镜头还包括一位于像侧、用于供被摄物成像的成像面。
在该光学扫描镜头中，光阑位于第一透镜和第二透镜之间，有利于缩小前端口径，从而达到缩小扫描镜头尺寸的效果。
其中，第一透镜具有正屈折力，其物侧表面于近轴处为凸面；第二透镜具有正屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面；第三透镜具有负屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面；第四透镜具有负屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面。
可以理解的是，平行光经过光学系统时光线的传播方向会发生偏折，屈折力用于表征光学系统对入射平行光束的屈折本领。光学系统具有正屈折力，表明对光线的屈折是汇聚性的；光学系统具有负屈折力，表明对光线的屈折是发散性的。在本发明光学扫描镜头中，若透镜的屈折力或焦距未界定其区域位置时，则表示该透镜的屈折力或焦距可为透镜于近光轴处的屈折力或焦距。
对于光学扫描镜头中的各透镜排布，在从物方到像方为从左到右的情况下，透镜物侧表面为凸面是指透镜物侧面过面上任意一点做切面，表面总是在切面的右边，其曲率半径为正，反之物侧表面则为凹面，其曲率半径为负。透镜像侧表面为凸面是指透镜像侧面过面上任意一点做切面，表面总是在切面的左边，其曲率半径为负，反之像侧表面为凹面，其曲率半径为正。
另外，近轴处是指光轴附近的区域，若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该凸面可位于透镜表面近轴处；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该凹面可位于透镜表面近轴处。
具体地，第一透镜、第二透镜和第四透镜具有小于1.6的折射率，且光学扫描镜头满足以下关系式：0.0＜f/f1＜2.0；借此合理地将前两片透镜产生的正负球差平衡后的残差控制在较小的合理范围内，从而减轻在后透镜平衡剩余球差的负担，从而有利于确保轴上视场的像质。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：f3/f4＜1.6，1.0＜f1/f2＜3.0；其中f2表示第二透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距。借此调整第二透镜至第四透镜的焦距，从而得到较短的焦距并确保镜头的进光量。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：1.0＜TTL/f＜2.0；其中TTL表示光学扫描镜头的光学总长。借此有助于缩短光学扫描镜头的总长度，促进其小型化。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：4.0＜f/EPD；其中EPD表示光学扫描镜头的入瞳直径。借此能够在确保进光量的同时得到较短的后焦距，从而进一步实现镜头小型化。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：1.5＜R42/R41＜4.0，0.0＜R42/f4＜1.5；其中R41表示第四透镜物侧表面的曲率半径，R42表示第四透镜像侧表面的曲率半径，f4表示第四透镜的焦距。
以及，-3.0＜(R21-R22)/(R31-R32)＜-1；其中R21表示第二透镜物侧表面的曲率半径，R22表示第二透镜像侧表面的曲率半径，R31表示第三透镜物侧表面的曲率半径，R32表示第三透镜像侧表面的曲率半径。借此有效分配第二透镜至第四透镜的曲率，有助于提升制造良率，同时能够将控制第二透镜至第四透镜的球差在合理的范围内有利于确保良好的成像质量，并缩短光学扫描镜头的总长度，以使其的体积更为小型化。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：0.2＜R11/f1＜1.2；其中R11表示第一透镜物侧表面的曲率半径。借此调整第一透镜的面形，有助于在确保扫描效果的同时减小镜头前端透镜的外径。
进一步地，光学扫描镜头还满足以下关系式：1.0＜Fno/f＜2.0；其中Fno表示光学扫描镜头的光圈值。借此在实现光学扫描镜头小型化的同时确保进光量，从而改善扫描效果。
由上述描述中可以得知，本发明所提供的光学扫描镜头具有小型化以及确保进光量的功能，能够提供良好的扫描效果，满足实际应用需求。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
请参阅图1至图3，图1示出了本发明实施例一的一种光学扫描镜头的示意图，图2由左至右依序为本发明实施例一的一种光学扫描镜头的像散和畸变曲线图，图3为本发明实施例一的一种光学扫描镜头的球差曲线图。
本发明提供一种光学扫描镜头，沿光轴由物侧到像侧依次包括第一透镜110、光阑101、第二透镜120、第三透镜130和第四透镜140，第一透镜110至第四透镜140中各透镜均具有朝向物方的物侧表面以及朝向像方的像侧表面；光学扫描镜头还包括一位于像侧、用于供被摄物成像的成像面。
在该光学扫描镜头中，光阑位于第一透镜110和第二透镜120之间，有利于缩小前端口径，从而达到缩小扫描镜头尺寸的效果。
其中，第一透镜110具有正屈折力，其物侧表面111于近轴处为凸面；第二透镜120具有正屈折力，其物侧表面121于近轴处为凹面，其像侧表面122于近轴处为凸面；第三透镜130具有负屈折力，其物侧表面131于近轴处为凹面，其像侧表面132于近轴处为凸面；第四透镜140具有负屈折力，其物侧表面141于近轴处为凹面，其像侧表面142于近轴处为凸面。
此外，本光学扫描镜头还包含红外滤光片150，该红外滤光片150置于第四透镜140与成像面之间，通过红外滤光片150滤除进入镜头中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。具体地，红外滤光片150可以采用玻璃材质，以避免影响焦距。
请配合参照下列表1-1、表1-2以及表1-3。
Figure BDA0003042493960000081
Figure BDA0003042493960000082
Figure BDA0003042493960000091
Figure BDA0003042493960000092
Figure BDA0003042493960000101
表1-1为实施例一详细的结构数据，其中曲率半径、厚度及焦距的单位为毫米，f为光学扫描镜头的焦距，Fno为光圈值，FOV为最大视场角，且表面0到18依序表示由物侧至像侧的表面，其中表面1-10依次表示光圈、第一透镜物侧表面111、第一透镜像侧表面112、光阑101、第二透镜物侧表面121、第二透镜像侧表面122、第三透镜物侧表面131、第三透镜像侧表面132、第四透镜物侧表面141和第四透镜像侧表面142。
表1-2为实施例一中的非球面系数数据，其中，k表非球面曲线方程式中的锥面系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20则表示各表面第4、6、8、10、12、14、16、18及20阶非球面系数。
表1-3为实施例一中该光学扫描镜头所满足的条件。
此外，以下各实施例表格乃对应各实施例的示意图与曲线图，表格中数据的定义皆与第一实施例的表1-1、表1-2以及表1-3的定义相同。
实施例二
请参阅图4至图6，图4示出了本发明实施例二的一种光学扫描镜头的示意图，图5由左至右依序为本发明实施例二的一种光学扫描镜头的像散和畸变曲线图，图6为本发明实施例二的一种光学扫描镜头的球差曲线图。
本发明提供一种光学扫描镜头，沿光轴由物侧到像侧依次包括第一透镜210、光阑201、第二透镜220、第三透镜230和第四透镜240，第一透镜210至第四透镜240中各透镜均具有朝向物方的物侧表面以及朝向像方的像侧表面；光学扫描镜头还包括一位于像侧、用于供被摄物成像的成像面。
在该光学扫描镜头中，光阑201位于第一透镜210和第二透镜220之间，有利于缩小前端口径，从而达到缩小扫描镜头尺寸的效果。
其中，第一透镜210具有正屈折力，其物侧表面211于近轴处为凸面；第二透镜220具有正屈折力，其物侧表面221于近轴处为凹面，其像侧表面222于近轴处为凸面；第三透镜230具有负屈折力，其物侧表面231于近轴处为凹面，其像侧表面232于近轴处为凸面；第四透镜240具有负屈折力，其物侧表面241于近轴处为凹面，其像侧表面242于近轴处为凸面。
此外，本光学扫描镜头还包含红外滤光片250，该红外滤光片250置于第四透镜240与成像面之间，通过红外滤光片250滤除进入镜头中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。具体地，红外滤光片250可以采用玻璃材质，以避免影响焦距。
请配合参照下列表2-1、表2-2以及表2-3。
Figure BDA0003042493960000111
Figure BDA0003042493960000121
Figure BDA0003042493960000122
Figure BDA0003042493960000131
Figure BDA0003042493960000132
表2-1为实施例一详细的结构数据，其中曲率半径、厚度及焦距的单位为毫米，f为光学扫描镜头的焦距，Fno为光圈值，FOV为最大视场角，且表面0到18依序表示由物侧至像侧的表面，其中表面1-10依次表示光圈、第一透镜物侧表面211、第一透镜像侧表面212、光阑201、第二透镜物侧表面221、第二透镜像侧表面222、第三透镜物侧表面231、第三透镜像侧表面232、第四透镜物侧表面241和第四透镜像侧表面242。
表2-2为实施例二中的非球面系数数据，其中，k表非球面曲线方程式中的锥面系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20则表示各表面第4、6、8、10、12、14、16、18及20阶非球面系数。
表2-3为实施例二中该光学扫描镜头所满足的条件。
实施例三
请参阅图7至图9，图7示出了本发明实施例三的一种光学扫描镜头的示意图，图8由左至右依序为本发明实施例三的一种光学扫描镜头的像散和畸变曲线图，图9为本发明实施例三的一种光学扫描镜头的球差曲线图。
本发明提供一种光学扫描镜头，沿光轴由物侧到像侧依次包括第一透镜310、光阑301、第二透镜320、第三透镜330和第四透镜340，第一透镜310至第四透镜340中各透镜均具有朝向物方的物侧表面以及朝向像方的像侧表面；光学扫描镜头还包括一位于像侧、用于供被摄物成像的成像面。
在该光学扫描镜头中，光阑301位于第一透镜310和第二透镜320之间，有利于缩小前端口径，从而达到缩小扫描镜头尺寸的效果。
其中，第一透镜310具有正屈折力，其物侧表面311于近轴处为凸面；第二透镜320具有正屈折力，其物侧表面321于近轴处为凹面，其像侧表面322于近轴处为凸面；第三透镜33具有负屈折力，其物侧表面331于近轴处为凹面，其像侧表面332于近轴处为凸面；第四透镜340具有负屈折力，其物侧表面341于近轴处为凹面，其像侧表面342于近轴处为凸面。
此外，本光学扫描镜头还包含红外滤光片350，该红外滤光片350置于第四透镜340与成像面之间，通过红外滤光片350滤除进入镜头中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。具体地，红外滤光片350可以采用玻璃材质，以避免影响焦距。
请配合参照下列表3-1、表3-2以及表3-3。
Figure BDA0003042493960000141
Figure BDA0003042493960000151
Figure BDA0003042493960000152
Figure BDA0003042493960000161
Figure BDA0003042493960000162
表3-1为实施例三详细的结构数据，其中曲率半径、厚度及焦距的单位为毫米，f为光学扫描镜头的焦距，Fno为光圈值，FOV为最大视场角，且表面0到18依序表示由物侧至像侧的表面，其中表面1-10依次表示光圈、第一透镜物侧表面311、第一透镜像侧表面312、光阑301、第二透镜物侧表面321、第二透镜像侧表面322、第三透镜物侧表面331、第三透镜像侧表面332、第四透镜物侧表面341和第四透镜像侧表面342。
表3-2为实施例三中的非球面系数数据，其中，k表非球面曲线方程式中的锥面系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20则表示各表面第4、6、8、10、12、14、16、18及20阶非球面系数。
表3-3为实施例三中该光学扫描镜头所满足的条件。
实施例四
本发明还提供了一种扫描设备，包括如上任一实施例所提供的光学扫描镜头。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种光学扫描镜头，其特征在于，由沿光轴由物侧到像侧依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成，所述第一透镜至第四透镜中各透镜均具有朝向物方的物侧表面以及朝向像方的像侧表面，所述第一透镜至第四透镜的物侧表面和像侧表面均为非球面，其中：
所述第一透镜具有正屈折力，其物侧表面于近轴处为凸面；所述第二透镜具有正屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面； 所述第三透镜具有负屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面；所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜具有小于 1.6 的折射率；所述第四透镜具有负屈折力，其物侧表面于近轴处为凹面，其像侧表面于近轴处为凸面；所述光学扫描镜头满足以下关系式：
0.0＜f/f1＜2.0； f3/f4＜1.6；
1.0＜f1/f2＜3.0；
其中f 表示所述光学扫描镜头的焦距，f1 表示第一透镜的焦距，f2 表示所述第二透镜的焦距，f3 表示所述第三透镜的焦距，f4 表示所述第四透镜的焦距。
2.根据权利要求 1 所述的光学扫描镜头，其特征在于，还满足以下关系式：
1.0＜TTL/f＜2.0；
其中TTL 表示所述光学扫描镜头的光学总长。
3.根据权利要求 1 所述的光学扫描镜头，其特征在于，还满足以下关系式：
4.0＜f/EPD；
其中EPD 表示所述光学扫描镜头的入瞳直径。
4.根据权利要求 1 所述的光学扫描镜头，其特征在于，还满足以下关系式：
1.5＜R42/R41＜4.0；
0.0＜R42/f4＜1.5；
其中所述R41 表示所述第四透镜物侧表面的曲率半径，R42 表示所述第四透镜像侧表面的曲率半径，f4 表示所述第四透镜的焦距。
5.根据权利要求 1 所述的光学扫描镜头，其特征在于，还满足以下关系式：
-3.0＜(R21-R22)/(R31-R32)＜-1；
其中所述R21 表示所述第二透镜物侧表面的曲率半径，所述R22 表示所述第二透镜像侧表面的曲率半径，所述R31 表示所述第三透镜物侧表面的曲率半径，R32 表示所述第三透镜像侧表面的曲率半径。
6.根据权利要求 1 所述的光学扫描镜头，其特征在于，还满足以下关系式：
0.2＜R11/f1＜1.2；
其中所述R11 表示所述第一透镜物侧表面的曲率半径。
7.根据权利要求 1 所述的光学扫描镜头，其特征在于，还满足以下关系式：
1.0＜Fno/f＜2.0；
其中所述Fno 表示所述光学扫描镜头的光圈值。
8.一种扫描设备，其特征在于，包括如权利要求 1-7 任一项所述的光学扫描镜头。
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