專利名稱：短光程鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種掃描儀鏡頭(Lens)，具體涉及一種短光程鏡頭，這種鏡頭能夠使現(xiàn)有掃描頭的體積縮小、厚度變薄，有利于掃描儀實現(xiàn)超薄化。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，掃描儀的發(fā)展趨勢為輕巧化、超薄化，這是擺在本領(lǐng)域技術(shù)人員面前的一道難題。要使掃描儀實現(xiàn)輕巧化、超薄化，從整個掃描儀結(jié)構(gòu)來看掃描頭的體積和厚度是關(guān)鍵，因此如何減少掃描頭體積和厚度成了解決上述技術(shù)問題的焦點。
在掃描頭中，鏡頭是光學(xué)掃描影像裝置的核心部件，其光程(TT<TotalTrack>)、視角、焦距等光學(xué)性能參數(shù)不僅與光路設(shè)計有關(guān)，而且直接與掃描頭體積和厚度有關(guān)。從某種程度上講，鏡頭的光程、視角等光學(xué)性能參數(shù)一旦確定要想進(jìn)一步縮小掃描頭的體積和厚度是比較困難的。目前公知技術(shù)中，與本實用新型最接近的掃描儀鏡頭由鏡筒、透鏡組和光闌組成，參見附圖1所示，鏡筒為直筒狀，透鏡組由四片透鏡所組成，第一片為正平凸透鏡，第二片為負(fù)雙凹透鏡，第三片為正雙凸透鏡，第四片為負(fù)平凹透鏡，以上四片透鏡的直徑基本相同，并且前后排列固定在鏡筒中，光闌位于透鏡之間。這種鏡頭的光程一般為250TT，最小只能做到230TT，視角一般不超過50°。如果要進(jìn)一步縮短光程、擴大視角，盡管對掃描儀的輕巧化、超薄化十分有利，但就目前現(xiàn)有技術(shù)而言是不可能的。因為上述指標(biāo)幾乎是現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)設(shè)計的底線，如果超出這一范圍就會出現(xiàn)像散，產(chǎn)生場曲與畸變等不良影像，使掃描影像不能滿足使用要求。為此，本實用新型從改進(jìn)鏡頭設(shè)計的角度出發(fā)，提供一種既能滿足掃描影像品質(zhì)，又能縮小掃描頭體積和厚度的短光程、大視角鏡頭。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種短光程鏡頭，由鏡筒、透鏡組和光闌組成，所述透鏡組由前后排列的四片透鏡構(gòu)成，并固定在鏡筒中，上述透鏡組和光闌的結(jié)構(gòu)特征為(1)、所述四片透鏡依次為
第一片——正彎月形透鏡；第二片——負(fù)雙凹透鏡；第三片——正雙凸透鏡；第四片——負(fù)彎月形透鏡；(2)、所述透鏡組的入射視角為50°～80°，出射視角為50°～80°；(3)、光闌位于第二至第三片透鏡之間，F(xiàn)no為5～6；(4)、第四片透鏡直徑大于第三片透鏡直徑，以此構(gòu)成整個透鏡組徑向的前小后大結(jié)構(gòu)。
上述技術(shù)方案的有關(guān)內(nèi)容和變化解釋如下1、本申請文件中默認(rèn)長度單位為毫米(mm)，凡未進(jìn)行標(biāo)注的長度單位都以毫米(mm)為準(zhǔn)。透鏡兩個折射面的半徑R值，負(fù)值表示折射面凹型朝左，正值表示折射面凹型朝右，所述左、右以圖視方向為準(zhǔn)。
2、上述技術(shù)方案中，關(guān)于透鏡形狀和特征文字表述以公開出版的教課書所定義的概念為準(zhǔn)，參見西安電子科技大學(xué)出版社2000年8月第1版的《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》教材中有關(guān)透鏡的章節(jié)部分。
所述“正”表示正透鏡，其光焦度為正，對光束起會聚作用，相應(yīng)地“負(fù)”表示負(fù)透鏡，其光焦度為負(fù)，對光束起發(fā)散作用。
根據(jù)透鏡折射面的凹型朝向，本方案四片透鏡的半徑R和厚度性質(zhì)分別為第一片——正彎月形透鏡，R1-1＞0，R1-2＞0，｜R1-1｜＜｜R1-2｜，D1＞0；第二片——負(fù)雙凹透鏡，R2-1＜0，R2-2＞0，D2＞0；第三片——正雙凸透鏡，R3-1＞0，R3-2＜0，D3＞0；第四片——負(fù)彎月形透鏡，R4-1＜0，R4-2＜0，｜R4-1｜＜｜R4-2｜，D4＞0；3、上述技術(shù)方案中，所述“光闌”是指光學(xué)系統(tǒng)中可以限制光束的透鏡邊框、或者特別設(shè)計的一些帶孔的金屬薄片。光闌的內(nèi)孔邊緣就是限制光束的光孔，這個光孔對光學(xué)零件來說稱為通光孔徑。光闌的通光孔一般是圓形的，其中心和光軸重合，光闌平面和光軸垂直。所述“Fno”也稱F數(shù)，是焦距和入射光瞳直徑之比f’/D，也是相對孔徑的倒數(shù)，它是光學(xué)系統(tǒng)的一個重要性能指標(biāo)。對照相物鏡來說，有時稱F數(shù)為光圈數(shù)。上述方案的光闌“Fno”較好的范圍是5.6～5.8。
4、上述技術(shù)方案中，所述入射視角和出射視角是指鏡頭整體的入射全視角和出射全視角，該角為半畫角的2倍。以上方案中透鏡組的入射視角和出射視角較好的范圍分別為63°～67°和64°～68°。
5、上述技術(shù)方案中，所述四片透鏡的折射面半徑、厚度以及間隔等參數(shù)分別在以下范圍中第一片——正彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R1-1＝7.000±0.5，R1-2＝17.298±0.5，厚度為D1＝1.630±0.1；第二片——負(fù)雙凹透鏡兩個折射面的半徑分別為R2-1＝-16.904±0.5，R2-2＝21.970±0.5，厚度為D2＝0.800±0.1；第三片——正雙凸透鏡兩個折射面的半徑分別為R3-1＝7.853±0.5，R3-2＝-12.134±0.5，厚度為D3＝5.030±0.1；第四片——負(fù)彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R4-1＝-3.664±0.5，R4-2＝-12.780±0.5，厚度為D4＝2.480±0.1；第一片與第二片之間的空氣間隔為S1＝0.531±0.1；第二片與光闌之間的空氣間隔為S2＝0.575±0.1；光闌與第三片之間的空氣間隔S3＝0.435±0.1；第三片與第四片之間的空氣間隔S4＝2.390±0.1。
6、上述技術(shù)方案中，為了確保透鏡組的出射視角，第四片透鏡直徑是第三片透鏡的1.36～1.96倍，因此整個透鏡組徑向呈前小后大結(jié)構(gòu)。第一片、第二片和第三片透鏡直徑一般相同。
本實用新型原理是在保證原設(shè)計所要求解析度的基礎(chǔ)上，通過四片透鏡的有機組合增加入射和出射視角，減小光闌的Fno值，尤其是第四片透鏡采用大直徑鏡片來達(dá)到縮短光程的目的。
由于上述技術(shù)方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別1、鏡筒不再是直筒狀，而是前部的直徑小，后部的直徑大，進(jìn)一步說透鏡組中的第四片透鏡直徑大于前三片透鏡直徑。
2、本實用新型光闌不再局限于Fno值為6.5～7.5的設(shè)計，而減小到5～6之間。
3、本實用新型入射視角設(shè)計不再局限于現(xiàn)有技術(shù)中的45°～50°，而大膽使用大于50°以上的視角，這也造成成像距變短，出射瞳角度達(dá)66°左右。
4、本實用新型光程TT可以縮短到183.7mm左右，比現(xiàn)有技術(shù)最小光程TT為230mm，減少了46.3mm，縮短了20.1％。
由于以上設(shè)計突破了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計范圍，大膽采用大視角、小Fno值的新設(shè)計，與此同時又通過四片透鏡和光闌的有機組合和搭配較好地解決了視場與掃描影像品質(zhì)之間的矛盾，從而既達(dá)到了縮短光程的目的，又可以滿足原設(shè)計的解析度要求，而且沒有大的像散、場曲與畸變現(xiàn)象產(chǎn)生，由此可見這樣的設(shè)計可大大縮小掃描頭的積體和厚度，使掃描儀變得更加輕巧，厚度更薄。


附圖1為本實用新型透鏡組及光闌裝配示意圖；附圖2為掃描儀光學(xué)系統(tǒng)圖；附圖3為正彎月形透鏡圖(第一片)；附圖4為負(fù)雙凹透鏡(第二片)；附圖5為正雙凸透鏡(第三片)；附圖6為負(fù)彎月形透鏡(第四片)；附圖7為本實用新型光路圖；附圖8為本實用新型光路圖中鏡頭部分放大圖；附圖9為現(xiàn)有技術(shù)透鏡組設(shè)計結(jié)構(gòu)圖。
以上附圖中1、正彎月形透鏡；2、負(fù)雙凹透鏡；3、光闌；4、正雙凸透鏡；5、負(fù)彎月形透鏡；6、物面；7、平板玻璃；8、掃描鏡頭；9、CCD保護(hù)玻璃；10、CCD感光面。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述實施例一參見附圖1～圖6所示，一種短光程鏡頭，由鏡筒、透鏡組和光闌組成，所述透鏡組由前后排列的四片透鏡構(gòu)成，并固定在鏡筒中。所述四片透鏡依次為第一片——正彎月形透鏡，其兩個折射面的半徑分別為R1-1＝7.000，R1-2＝17.298，厚度為D1＝1.630±0.03，D1’＝1.892±0.03，直徑d1＝7.000，直徑d1’＝6.000。
第二片——負(fù)雙凹透鏡兩個折射面的半徑分別為R2-1＝-16.904，R2-2＝22.360，厚度為D2＝0.800±0.03，D2’＝1.068±0.03，直徑d2＝7.000，直徑d2’＝6.000。
第三片——正雙凸透鏡兩個折射面的半徑分別為R3-1＝7.872，R3-2＝-12.300，厚度為D3＝5.030±0.02，直徑d3＝7.000。
第四片——負(fù)彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R4-1＝-3.664，R4-2＝-12.649，厚度為D4＝2.450±0.03，直徑d4＝11.600，d4’＝6.100±0.03。
透鏡、光闌在鏡筒光軸上的間隔為第一片與第二片之間的空氣間隔為S1＝0.531±0.03；第二片與光闌之間的空氣間隔為S2＝0.570±0.02；光闌與第三片之間的空氣間隔S3＝0.450±0.02；第三片與第四片之間的空氣間隔S4＝2.400±0.01。
鏡頭入射視角為65.4°出射視角為66°。光闌的通光孔徑為φ2.3，F(xiàn)no為5.7，焦距f’＝13.85。光程TT為183.691。
實施例二參見附圖1～圖6所示，一種短光程鏡頭，由鏡筒、透鏡組和光闌組成，所述透鏡組由前后排列的四片透鏡構(gòu)成，并固定在鏡筒中。所述四片透鏡依次為第一片——正彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R1-1＝7.000，R1-2＝17.298，厚度為D1＝1.630±0.03，D1’＝1.892±0.03，直徑d1＝7.000，直徑d1’＝6.000。
第二片——負(fù)雙凹透鏡兩個折射面的半徑分別為R2-1＝-16.904，R2-2＝21.580，厚度為D2＝0.800±0.03，D2’＝1.068±0.03，直徑d2＝7.000，直徑d2’＝6.000。
第三片——正雙凸透鏡兩個折射面的半徑分別為R3-1＝7.834，R3-2＝-11.967，厚度為D3＝5.030±0.02，直徑d3＝7.000。
第四片——負(fù)彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R4-1＝-3.664，R4-2＝-12.910，厚度為D4＝2.510±0.03，直徑d4＝11.600，d4’＝6.100±0.03。
透鏡、光闌在鏡筒光軸上的間隔為第一片與第二片之間的空氣間隔為S1＝0.531±0.03；第二片與光闌之間的空氣間隔為S2＝0.580±0.02；光闌與第三片之間的空氣間隔S3＝0.420±0.02；第三片與第四片之間的空氣間隔S4＝2.380±0.01。
鏡頭入射視角為65.4°出射視角為66°。光闌的通光孔徑為φ2.3，F(xiàn)no為5.7，焦距f’＝13.87。光程TT為183.706。
權(quán)利要求1.一種短光程鏡頭，由鏡筒、透鏡組和光闌組成，所述透鏡組由前后排列的四片透鏡構(gòu)成，并固定在鏡筒中，其特征在于(1)、所述四片透鏡依次為第一片——正彎月形透鏡；第二片——負(fù)雙凹透鏡；第三片——正雙凸透鏡；第四片——負(fù)彎月形透鏡；(2)、所述透鏡組的入射視角為50°～80°，出射視角為50°～80°；(3)、光闌位于第二至第三片透鏡之間，F(xiàn)no為5～6；(4)、第四片透鏡直徑大于第三片透鏡直徑，以此構(gòu)成整個透鏡組徑向的前小后大結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短光程鏡頭，其特征在于所述透鏡組的入射視角為63°～67°，出射視角為64°～68°；光闌的Fno為5.6～5.8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短光程鏡頭，其特征在于第一片——正彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R1-1＝7.000±0.5，R1-2＝17.298±0.5，厚度為D1＝1.630±0.1；第二片——負(fù)雙凹透鏡兩個折射面的半徑分別為R2-1＝-16.904±0.5，R2-2＝21.970±0.5，厚度為D2＝0.800±0.1；第三片——正雙凸透鏡兩個折射面的半徑分別為R3-1＝7.853±0.5，R3-2＝-12.134±0.5，厚度為D3＝5.030±0.1；第四片——負(fù)彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R4-1＝-3.664±0.5，R4-2＝-12.780±0.5，厚度為D4＝2.480±0.1；第一片與第二片之間的空氣間隔為S1＝0.531±0.1；第二片與光闌之間的空氣間隔為S2＝0.575±0.1；光闌與第三片之間的空氣間隔S3＝0.435±0.1；第三片與第四片之間的空氣間隔S4＝2.390±0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的短光程鏡頭，其特征在于第一片——正彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R1-1＝7.000，R1-2＝17.298，厚度為D1＝1.630±0.03；第二片——負(fù)雙凹透鏡兩個折射面的半徑分別為R2-1＝-16.904，R2-2＝22.360，厚度為D2＝0.800±0.03；第三片——正雙凸透鏡兩個折射面的半徑分別為R3-1＝7.872，R3-2＝-12.300，厚度為D3＝5.030±0.02；第四片——負(fù)彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R4-1＝-3.664，R4-2＝-12.649，厚度為D4＝2.450±0.03；第一片與第二片之間的空氣間隔為S1＝0.531±0.03；第二片與光闌之間的空氣間隔為S2＝0.570±0.02；光闌與第三片之間的空氣間隔S3＝0.450±0.02；第三片與第四片之間的空氣間隔S4＝2.400±0.01。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的短光程鏡頭，其特征在于第一片——正彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R1-1＝7.000，R1-2＝17.298，厚度為D1＝1.630±0.03；第二片——負(fù)雙凹透鏡兩個折射面的半徑分別為R2-1＝-16.904，R2-2＝21.580，厚度為D2＝0.800±0.03；第三片——正雙凸透鏡兩個折射面的半徑分別為R3-1＝7.834，R3-2＝-11.967，厚度為D3＝5.030±0.02；第四片——負(fù)彎月形透鏡兩個折射面的半徑分別為R4-1＝-3.664，R4-2＝-12.910，厚度為D4＝2.510±0.03；第一片與第二片之間的空氣間隔為S1＝0.531±0.03；第二片與光闌之間的空氣間隔為S2＝0.580±0.02；光闌與第三片之間的空氣間隔S3＝0.420±0.02；第三片與第四片之間的空氣間隔S4＝2.380±0.01。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的短光程鏡頭，其特征在于第一片、第二片和第三片透鏡直徑相同，第四片透鏡直徑是第三片透鏡的1.36～1.96倍。
專利摘要一種掃描儀用短光程鏡頭，由鏡筒、透鏡組和光闌組成，所述透鏡組由前后排列的四片透鏡構(gòu)成，并固定在鏡筒中，其特征在于(1)、所述四片透鏡依次為正彎月形透鏡→負(fù)雙凹透鏡→光闌→正雙凸透鏡→負(fù)彎月形透鏡；(2)、所述透鏡組的入射視角為50°～80°，出射視角為50°～80°；(3)、光闌的F
文檔編號G02B13/24GK2552026SQ02262559
公開日2003年5月21日 申請日期2002年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月17日
發(fā)明者林清源 申請人:力捷電腦(中國)有限公司