CN102169196A

CN102169196A - 具有改良视域深度、增强均匀度及亮度的对称透镜阵列

Info

Publication number: CN102169196A
Application number: CN2010101138839A
Authority: CN
Inventors: 吴荣曜; 程士哲; 陈静怡
Original assignee: JINGCHUAN PHOTOELECTRIC CO Ltd
Current assignee: JINGCHUAN PHOTOELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明公开一具有改良视域深度、增强均匀度、以及亮度的对称透镜阵列，其包括：两个相同盖、两个相同透镜区段、以及一中间维持件。各透镜区段包括设置在所述多个透镜区段的顶与底上的多个透镜。所述透镜阵列与设置在所述两个透镜区段间的所述中间维持件组装。设置两个盖，一个盖在上透镜区段的顶上，以及一个盖设置在下透镜区段的底上。将所述多个盖、所述多个透镜区段、以及所述中间维持件的此等匹配元件相匹配，以允许将此等组件装附且维持在一起。由于各透镜区段相同且各覆盖相同，可以将相同透镜区段的工具使用于所有的透镜区段，以及可以将相同盖的工具使用于所有的盖。

Description

具有改良视域深度、增强均匀度及亮度的对称透镜阵列

技术领域

本发明有关于一种光学装置。更特定而言，本发明涉及一种用于高解析度表面成像的透镜阵列。

背景技术

在传统上，用于一对一影像光学扫瞄器的透镜为一种杆透镜阵列。请参考图1，其为现有技术杆透镜阵列100的透视图。此杆透镜阵列100是由多个纤维光学杆透镜110所建构。各个别纤维光学杆透镜110是由一纤维光学玻璃束(strand)切割而成，且其终端必须被抛光。然后，将多个纤维光学杆透镜110在一框(frame)120中侧靠侧地以其光轴平行而配置成一列或多列，且通过一粘着层130而保持定位。此等纤维光学杆透镜110典型地是由分等级折射率(GRIN)纤维所制成，其所具有玻璃的折射率在制造期间被小心控制、而具有从中心轴至边缘而径向减少的分等级折射率。

然而，此种型式透镜制造昂贵。GRIN型式纤维光学玻璃束的昂贵是由于其本身的原因：将此等束切割且抛光至准确长度，以形成纤维光学杆透镜110；将此等纤维光学杆透镜110组装于框120中，以致于其轴准确地平行；以及将此等纤维光学杆透镜110黏在一起。此等均为须要精准的步骤，其整个技术仍必须发展以满足其要求。

此外，此种型式透镜的主要缺点为：由于透镜的数目与难以将其配向，以致于并不实际形成此等透镜的终端，以致于其可以放大其用于成像的表面；因而使用平坦的终端。为了增加成像解析度，必须使用较大数目的较小直径的杆透镜110，此在当所想要的解析度增加时，会限制最大解析度且提高成本。此外，此用于所须GRIN纤维光学束的供应商有限，且因此基本材料本身为昂贵。

此外，此使用于传统杆透镜中的玻璃包含铅，其对于环境并不有善。

因此，须要一种改良式透镜阵列，其材料实质上较便宜，且其较简单制造，且其可以增加解析度而无须实质上增加成本。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种具有改良视域深度、增强均匀度及亮度的对称透镜阵列，以便克服传统方法的缺点、其如同在此实现且广泛说明，本发明提供的一种透镜阵列，其多个透镜面被模制成聚合物条的表面，因此使用较便宜材料而简化制造过程，且可将此等透配向而无须大量制造基础结构。

本发明更提供一种透镜阵列，其透镜面在设计时可被组态，以支持所增加的解析度。

为了达到上述目的，本发明提供一种透镜阵列组装，包括：

两个相同的透镜区段，各所述透镜区段包含多个透镜；

在两个所述透镜区段间的一中间维持件，所述中间维持件包含多个中间圆孔；以及

两个相同的盖，以包装所述中间维持件，各所述盖包含多个圆孔，设置所述多个圆孔与所述多个中间圆孔，以允许光线进入与射出所述多个透镜。

为了达到上述目的，本发明还提供一种透镜阵列组装，包括：

两个相同的透镜区段，各透镜区段包含多个第一透镜与多个第二透镜；

在两个透镜区段间的一中间维持件，所述中间维持件包含多个中间圆孔；以及

两个相同的盖，以包装所述中间维持件，各所述盖包含多个圆孔，设置所述多个圆孔与所述多个中间圆孔，以允许光线进入与射出所述多个第一透镜与所述多个第二透镜。

一第一透镜区段，其包括多个第一透镜与多个第二透镜；

一第二透镜区段，其包括多个第三透镜与多个第四透镜；

一中间维持件，其设置所述第一透镜区段与所述第二透镜区段之间，所述中间维持件包含多个中间圆孔，其围绕所述多个第二透镜与所述多个第三透镜；

一顶盖，其覆盖所述第一透镜区段，所述顶盖包含在所述多个第一透镜上的多个顶盖圆孔；以及

一底盖，其覆盖所述第二透镜区段，所述底盖包含在所述多个第四透镜上的多个底盖圆孔。

本发明的透镜阵列包括：两个相同的盖、两个相同的透镜区段、以及一个中间维持件。各透镜区段包括：设置在透镜区段顶与底上的多个透镜。此透镜阵列以设置在两个透镜区段间的中间维持件而组装。设置此两个盖，以致于一个盖是在此上透镜区段的顶上，且另一个盖设置在此下透镜区段的底上。此两个盖将此透镜阵列组装保持在一起。

由于各透镜区段相同，且各盖相同，可以将相同透镜区段的工具使用于所有透镜区段，且可以将相同盖的工具使用于所有盖。因此，可以降低制造成本且简化组装。

多个第一透镜收集由一物件所反射光线且将其聚焦，以致于此光线以扩散光束经由第一透镜区段而行进至多个第二透镜的表面。此光线是由外部来源产生。此中间维持件阻挡且吸收散射光线，而多个孔允许所想要经聚焦光线抵达多个第三透镜的表面。此光线然后通过第二透镜区段，且经由多个第四透镜的表面射出，此等多个第四透镜将此光线聚焦于一或多个感测器上。

附图说明

图1为现有技术杆透镜阵列的透视图；

图2为根据本发明一实施例的透镜阵列的展开透视图；

图3为根据本发明一实施例的透镜阵列的横截面图；

图4A为根据本发明一实施例的透镜阵列的透镜区段的顶视图；

图4B为根据本发明一实施例的透镜阵列的透镜区段的侧视图；

图4C为根据本发明一实施例的透镜阵列的透镜区段的底视图；

图5A为根据本发明一实施例的透镜阵列的盖的顶视图；

图5B为根据本发明一实施例的透镜阵列的盖的侧视图；

图5C为根据本发明一实施例的透镜阵列的盖的底视图；

图6A为根据本发明一实施例的透镜阵列的中间维持件的顶视图；

图6B为根据本发明一实施例的透镜阵列的中间维持件的侧视图；

图6C为根据本发明一实施例的透镜阵列的中间维持件的底视图；

图7A说明根据本发明一实施例的经组装透镜阵列；

图7B说明根据本发明一实施例的透镜阵列的展开图；

图8说明根据本发明一实施例的经由透镜阵列的透镜区段的成像；

图9A说明根据本发明一实施例的经由具有焦点中物件的透镜阵列的透镜区段的成像；

图9B说明根据本发明一实施例的经由具有在焦点平面上1mm物件的透镜阵列的透镜区段的成像；以及

图10说明根据本发明一实施例的透镜阵列的经由焦点的性能表现。

附图标记说明：100-杆透镜阵列；110-纤维光学杆透镜；120-框；130-粘着层；200-透镜阵列；210-盖；210A-顶盖；210B-底盖；213-圆孔；215-第一匹配元件；220-透镜区段；220A-顶透镜区段；220B-底透镜区段；221-第一表面；222-第二表面；223-第一透镜；223A-透镜；223B-透镜；224-第二透镜；224A-透镜；224B-透镜；225-第二匹配元件；230-中间维持件；232-底表面；233-中间圆孔；235-第一匹配元件。

具体实施方式

此等所附图式，其包括于此而构成本说明书的一部分，以提供本发明进一步了解，而说明本发明的实施例，且与此等说明一起用于解释本发明的原理。

现在详细说明本发明的较佳实施例，而在附图中说明其例。当可能时，在此等图式与说明中使用相同参考号码，以称呼相同或类似部件。

参考图2，其显示本发明的透镜阵列的展开透视图。本实施例的透镜阵列200包括：一顶盖210A、一底盖210B、一顶透镜区段220A、一底透镜区段220B、以及一中间维持件230。以下更详细讨论各组件。此顶盖210A与底盖210B包围所组装透镜阵列200的周围，提供支持、安装、保护、以及阻挡外部光线。

中间维持件230包括多个中间圆孔，顶盖210A、底盖210B包括多个圆孔，这些中间圆孔与圆孔是作为多个所组织的圆孔，以致于此圆孔的中央形成：下至中间维持件230与顶盖210A、底盖210B的中心的线。此圆孔通过轴间距离而相等地分开。此圆孔可以为圆形、卵形、圆柱形、或圆锥形。

现在参考图3，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的横截面图。

透镜区段220A、220B包括：设置在透镜区段220A、220B顶与底上的多个透镜。此透镜阵列200以设置在两个透镜区段220A、220B间的中间维持件230而组装。设置此两个盖210A、210B，以致于顶盖210A是在此顶透镜区段220A的顶上，且底盖210B设置在此底透镜区段220B的底上。此两个盖210A、210B将此透镜阵列组装200保持在一起。透镜阵列200的各此等组件具有匹配元件，其允许此等组件装附且保持在一起。此等匹配元件在组装期间亦可协助。

参考图4A，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的透镜区段的顶视图；参考图4B，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的透镜区段的侧视图；以及参考图4C，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的透镜区段的底视图。

透镜区段220包括：一第一表面221、以及以其光轴线通过轴间距离相等间隔所形成的多个第一透镜223。在此实施例中，此等多个第一透镜223的中心线是沿着透镜区段220的中心线。此盖的表面合适地安装抵住透镜第一表面221，以致于此盖的多个圆孔成一线，而以其中心在此等多个第一透镜223的光轴上。

透镜区段220的第二表面222具有：以其光轴线通过轴间距离相等间隔所形成的多个第二透镜224。在此实施例中，此等多个第一透镜223的中心线是沿着透镜区段220的中心线。此盖的表面合适地安装抵住透镜第二表面222，以致于此盖的多个圆孔成一线，而以其中心在此等多个第二透镜223的光轴上。

透镜区段220更包括至少一个作为第二匹配元件225的公或母匹配元件、其与中间维持件的作为第一匹配元件的母或公匹配元件相匹配，以协助组装且将透镜区段与中间维持件维持在一起。

在此两个表面上的透镜区段的透镜具有相同的直径与光学半径。

此等多个第一透镜223的多个光轴、与此等多个第二透镜224的多个光轴排成一线。请注意，此等多个第二透镜224的光轴与此等多个第一透镜223的多个光轴排成一线；以及此等多个第一透镜223的透镜数目与此等多个第二透镜224的透镜数目相同。

参考图5A，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的盖的顶视图；参考图5B，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的盖的侧视图；以及参考图5C，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的盖的底视图。

盖210包括多个圆孔213，其根据在透镜区段上透镜的尺寸与间隔而定尺寸与间隔。在本发明的实施例中，此等圆孔213的直径小于透镜的直径。

此盖210亦包括多个作为第一匹配元件215的公或母匹配元件，其与在中间维持件上的母或公匹配元件相匹配，以便将透镜阵列组装装附且保持在一起。在本发明的一实施例中，此等第一匹配元件215为公元件，例如：柱、凸出部、竖管，以及在中间维持件上的匹配元件为母元件，其例如为孔、槽、凹入、或通道。在另一实施例中，此等匹配元件的性别交换。

参考图6A，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的中间维持件的顶视图；参考图6B，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的中间维持件的侧视图；以及参考图6C，其为根据本发明一实施例的透镜阵列的中间维持件的底视图。

中间维持件230包括多个中间圆孔233。此等中间圆孔233的尺寸与间隔与透镜区段的透镜的尺寸与间隔有关。多个作为第一匹配元件235的公或母匹配元件设置在此中间维持件230的顶表面231与底表面232上。此等第一匹配元件235与盖维持件的母或公匹配元件相匹配，以便将此透镜阵列组装装附且维持在一起。

参考图7A，其说明根据本发明一实施例的经组装透镜阵列；以及参考第7B图，其说明根据本发明一实施例的透镜阵列的展开图。

本发明的透镜阵列200包括：一顶盖210A、一底盖210B、一顶透镜区段220A、一底透镜区段220B、以及一中间维持件230。

为了组装本发明的透镜阵列200，将顶透镜区段220A的作为第二匹配元件的公或母匹配元件与中间维持件230的顶表面的作为第一匹配元件的母或公匹配元件相匹配，以及将底透镜区段220B的作为第二匹配元件的公或母匹配元件与中间维持件230的底表面的作为第一匹配元件的母或公匹配元件相匹配。此外，将顶盖210A的作为第一匹配元件的母或公匹配元件与中间维持件230的顶表面的作为第一匹配元件的公或母匹配元件相匹配，以及将底盖210B的作为第一匹配元件的母或公匹配元件与中间维持件230的底表面的作为第一匹配元件的公或母匹配元件相匹配。此等盖、透镜区段、以及中间维持件的匹配元件相配合，而将透镜阵列组装装附且维持在一起。

参考图8，其说明根据本发明一实施例的经由透镜阵列的透镜区段的成像。

在应用中，此物件设置在一位置、其提供在透镜阵列的透镜区段220上的适当焦点。光线照射此物件的区域。例如将此等区域指定为A与A’。当光线照射物件A与A’时，且此光线经由透镜223A进入顶透镜区段220A。此光线行经经由顶透镜区段220A，且经由透镜224A射出。此光线继续经由两个透镜区段间的空间，且经由透镜224B而进入底透镜区段220B。此光线行进经由底透镜区段220B，且经由透镜223B射出。此透镜导引光线，以致于将物件A与A’的影像聚焦，且获得物件的适当影像。例如，将此光线导引朝向侦测且储存影像资料的感测器阵列。

参考图9A，其说明根据本发明一实施例的经由具有焦点中物件的透镜阵列的透镜区段的成像；参考图9B，其说明根据本发明一实施例的经由具有在焦点平面上1mm物件的透镜阵列的透镜区段的成像；以及参考图10，其说明根据本发明一实施例的透镜阵列的经由焦距的表现。

如同于图9A、9B、以及图10中所显示，本发明的透镜阵列提供优异的性能表现。即使此物件偏离理想焦点位置1mm，而可以获得可接受影像。本发明的透镜阵列提供改良的视域深度。此外，此透镜阵列具有加强的影像均匀度与亮度。

在一实施例中，此顶透镜区段与底透镜区段是由折射实质上透明聚合物制成，以及盖与中间维持件是由不透明黑聚合物所制成，以吸收及/或阻挡不想要的散射或外部光线

当使用此透镜阵列组装于一影像扫瞄器中时，非常重要的是，此影像光线并不由一透镜进入并不与其垂直的另一透镜中。当此光线进入相邻透镜中时，此感测器所读取的所产生影像为相邻透镜的幻像影像。

本发明的一优点为，由于中间维持件的壁厚度延伸至个别透镜的边缘，而可以避免串扰。

如果此透镜阵列组装并不具有适当透镜壳体，光线可以通过透镜之间且造成幻影。然而，在本发明中，如果光线由一透镜进入中间维持件的中间圆孔中，此光线由此中间维持件的壁所吸收，因而防止不想要的光线进入相邻透镜。因此，可以去除串扰且防止幻影。

此透镜阵列的每英时点(DPI)解析度可以在设计时、通过改变此四透镜组的光学半径、圆锥常数、或非球形系数而调整。与此现有技术杆透镜相对，可以设计此透镜阵列将此成像的表面放大。

此透镜阵列通过降低制造复杂度与材料成本，而提供优于现有技术的

实质改良。此外，此透镜阵列使得此使用透镜阵列的装置相较于现有技术实质上较容易增加此装置的解析度。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种透镜阵列组装，其特征在于，包括：

两个相同的透镜区段，各所述透镜区段包含多个透镜；

2.根据权利要求1所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个相同的透镜区段由一透明聚合物形成。

3.根据权利要求1所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个盖与所述中间维持件由一不透明黑聚合物所形成。

4.根据权利要求1所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述中间维持件与所述两个盖更包括第一匹配元件，而将所述透镜阵列组装保持在一起。

5.根据权利要求4所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个透镜区段更包括第二匹配元件，而将所述多个透镜区段维持至所述中间维持件。

6.根据权利要求1所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个盖与所述两个透镜区段更包括公匹配元件，其与所述中间维持件的母匹配元件相匹配，而将所述透镜阵列组装保持在一起。

7.根据权利要求1所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个盖与所述两个透镜区段更包括母匹配元件，其与所述中间维持件的所述公匹配元件相匹配，而将所述透镜阵列组装保持在一起。

8.一种透镜阵列组装，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个相同的透镜区段由一透明聚合物形成。

10.根据权利要求8所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个相同盖与所述中间维持件由一不透明黑聚合物所形成。

11.根据权利要求8所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个相同盖与所述中间维持件更包括第一匹配元件，而将所述透镜阵列组装维持在一起。

12.根据权利要求11所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述两个相同透镜区段更包括第二匹配元件，而将所述多个透镜区段维持至所述中间维持件。

13.一种透镜阵列组装，其特征在于，包括：

一第一透镜区段，其包括多个第一透镜与多个第二透镜；

一第二透镜区段，其包括多个第三透镜与多个第四透镜；

14.根据权利要求13所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述第一透镜区段与所述第二透镜区段为相同形状。

15.根据权利要求13所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述顶盖与所述底盖为相同形状。

16.根据权利要求13所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述第一透镜区段与所述第二透镜区段由透明聚合物所形成。

17.根据权利要求13所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述顶盖、所述底盖以及所述中间维持件由一不透明黑聚合物所形成。

18.根据权利要求13所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述中间维持件、所述顶盖、所述底盖更包括第一匹配元件，而将所述透镜阵列组装维持在一起。

19.根据权利要求18所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述第一透镜区段与所述第二透镜区段更包括第二匹配元件，而将所述第一透镜区段与所述第二透镜区段维持至所述中间维持件。

20.根据权利要求13所述的透镜阵列组装，其特征在于，所述顶盖、所述底盖、所述第一透镜区段以及所述第二透镜区段更包括公匹配元件，其与所述中间维持件的母匹配元件相匹配，而将所述透镜阵列组装维持在一起。