CN1232856C - 适用于薄型扫描装置的透镜模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于薄型扫描装置的透镜模组，该透镜模组用于将来自原稿的光线成像在影像感测器上。该透镜模组从原稿侧依序包含有具有相反正负符号的焦距与形状因子的第一至第二透镜；光闸；以及分别具有正、正、负符号的焦距及正、负、正符号的形状因子的第三至第五透镜。其中，具有最大直径的透镜两面的曲率中心具有相同的正负符号；光闸的直径除以第五透镜的直径小于0.5；在透镜模组与影像感测器之间，零视场的主光线与全视场的主光线之间的夹角大于30度；总光程小于物距的1.5倍，同时总光程小于像高的5倍。

Description

适用于薄型扫描装置的透镜模组

技术领域

本发明涉及一种透镜模组，更具体地说，涉及一种适用于薄型扫描装置的透镜模组。

背景技术

近年来，扫描装置逐渐受到普遍使用，并且扫描装置的功能也越来越多，而其体积却持续朝着小型化的目标迈进。扫描装置的体积大小，主要由扫描装置内部的光机(carriage)尺寸所决定。该光机主要是利用光学成像原理，将原稿的影像透过一透镜模组成像到影像感测器上。

目前决定光机体积的关键因素为透镜模组的总光程以及后焦距的长短。若透镜模组的总光程或后焦距较长，则光机的整体体积势必较大。虽然缩小总光程可以有助于光机尺寸的缩小，但是需要有能配合上述总光程的透镜模组才能达到良好的成像效果。

在美国专利第5,386,312、5,731,915、6,014,262、6,147,811、6,208,474号中已经揭露出多种型式的透镜模组，然而，上述透镜模组仍无法符合目前近一步的需求。因此，如何设计出一种即能缩短总光程，同时又具有良好成像效果的透镜模组，是目前所欲解决的问题。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种适用于薄型扫描装置的透镜模组。

本发明的另一目的在于提供一种具有良好成像效果的透镜模组。

为了实现上述目的，本发明中适用于薄型扫描装置的透镜模组，是将来自原稿的复数光线成像在影像感测器上。

该透镜模组从原稿侧依序包含：

具有相反正负符号的焦距与形状因子的第一至第二透镜；

光闸；以及

分别具有正、正、负符号的焦距及正、负、正符号的形状因子的第三至第五透镜；其中，复数光线包含通过所述光闸一中心的复数主光线，该复数主光线包含：一由原稿一零视场传输至影像感测器一零视场的零视场的主光线；以及一由原稿一全视场传输至影像感测器一全视场的全视场的主光线，这些主光线从原稿传输至第一透镜的距离定义为一物距，这些主光线从原稿传输至该影像感测器的距离定义为一总光程；在该第一至第五透镜中具有最大直径的透镜具有两面，该两面的曲率中心具有相同的正负符号；

所述光闸的一直径除以所述第五透镜的一直径小于0.5；

在所述透镜模组与所述影像感测器之间，所述零视场的主光线与全机场的主光线之间的一夹角大于30度；

所述总光程小于物距的1.5倍；

所述总光程小于一像高的5倍。

本发明依据上述限制条件，即可设计出适用于薄型扫描装置的透镜模组，并具有良好的成像效果。

附图说明

下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。

图1是本发明中光机内部结构的示意图；

图2是本发明第一实施例中透镜模组的简化示意图；

图3是本发明第一实施例中透镜模组的光扇图；

图4是本发明第一实施例中透镜模组的光点图；

图5是本发明第一实施例中透镜模组的畸变像差图；

图6是本发明第二实施例中透镜模组的简化示意图；

图7是本发明第二实施例中透镜模组的光扇图；

图8是本发明第二实施例中透镜模组的光点图；

图9是本发明第二实施例中透镜模组的畸变像差图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的光机用于扫描一原稿5，该原稿5可以置放在玻璃视窗7上。其中，光机包含有一光源1，四片反射镜2，一透镜模组3及一电荷耦合元件(CCD)影像感测器4。由光源1发出的光线6照明原稿5，原稿5将光线6反射至反射镜2，反射镜2的配置使得光线6通过透镜模组3而成像在CCD影像感测器4上。

本发明所欲以模拟方式寻得的透镜模组乃是针对五片透镜再加上一个光闸(stop)结构。如图2所示，值得注意的是，本图忽略了原稿端玻璃视窗的厚度3毫米以及CCD影像感测器的罩覆玻璃的厚度0.7毫米。参见图2，本发明中的透镜模组3包含一第一透镜31、一第二透镜32、一第三透镜33、一第四透镜34、一第五透镜35及一光闸36。光闸36设在第二透镜32与第三透镜33之间。上述透镜31～35及光闸36的特性均可进行选择性地改变，其取决于设计需求。

光线6包含有通过光闸36一中心37的复数主光线60。该复数主光线60包含：一零视场的主光线(chief ray at zero-field)62，该零视场的主光线62由原稿5的一零视场(中心)51传输至影像感测器4的一零视场(中心)41；以及一全视场的主光线(chief ray at full-field)64，该全视场的主光线64由原稿5的一全视场(周边)52传输至影像感测器4的一全视场(周边)42，其中这些主光线60从原稿5传输至第一透镜31的距离定义为物距P，而这些主光线60从原稿5传输至影像感测器4的距离定义为总光程TT。透镜的外形可由形状因子(shape factor)来描述，形状因子的绝对值越大，代表透镜表面越弯曲。为了便于了解起见，在此先定义透镜的曲率中心在相对靠近影像感测器4的情况下为正，在相对靠近原稿5的情况下为负。此外，位于光闸36与原稿5之间的第一透镜31与第二透镜32称为前群透镜组，而位于光闸36与影像感测器4之间的第三至第五透镜33～35称为后群透镜组。

经过对上述透镜模组3中各构件参数值(例如各透镜的曲率中心及直径、光闸的大小、全视场的主光线与零视场的主光线的夹角、像高、以及TT与P的关系等等)的调整，配合光学模拟软件、实际组配以及本发明所欲达成的效果，而得出符合本发明目标的透镜模组3应符合下述条件：

1.在后群透镜组中，第三至第五透镜33～35的焦距分别为正值、正值、及负值；而在前群透镜组中，第一与第二透镜31、32的焦距值具有相反的正负符号。

2.在后群透镜组中，第三至第五透镜33～35的形状因子分别为正值、负值及正值；而在前群透镜组中，第一与第二透镜31、32的形状因子具有相反的正负符号。

3.在第一至第五透镜31～35之间具有最大直径的透镜两面的曲率中心具有相同的正负符号；

4.光闸36的直径除以第五透镜35的直径小于0.5；

5.在镜模组3与影像感测器4之间，零视场的主光线62与全视场的主光线64之间的夹角θ大于30度；

6.TT/P＜1.5；

7.TT/像高＜5。

以下列出一组符合上述限制条件的透镜模组。

将本发明使用在搭配Toshiba 2950 CCD(1,200 DPI、4μm交错配置成2,400 DPI、21，432像素)的扫描器上。

1.第一透镜31至第五透镜35的焦距分别为21.95、-13.60、9.80、205.94、-15.78；

2.第一透镜31至第五透镜35的形状因子分别为3.64、～0.97、0.29、-32.09、2.78；

3.直径最大的透镜两面的曲率中心分别为-6.08及-12.94；

4.(光闸直径)/(最末片透镜的直径)＝0.28；

5.靠近影像感测器4这一侧的全视场的主光线64与零视场的主光线62的夹角θ为40度；

6.TT/P＝1.22；及

7.TT/像高＝4.66

透镜模组的像差好坏可由光扇图中得知，如图3所示，最大刻度为±50微米，PX与PY分别指的是在X方向与Y方向的光闸大小。像高IMA为0mm的为球差(spherical aberration)，像高为20.4mm的为离轴像差(off-axisaberration)，EY为径向像差(sagittal aberration)，EX为切向像差(tangential aberration)。在本光扇图中，可以看出即使是离轴像差也在20μm以下，因此本透镜模组的效果相当良好。

如图4所示，成像面中心及周边的像点大小，此实施例中CCD的像素大小为4μm，而此透镜模组的像点大小中心与周边分别为2.9及3.1μm，表示成像品质不错。

如图5所示，本实施例中的畸变像差也在1％以下，因此效果也不错。

如图6所示，本发明中第二实施例，值得注意的是，本图忽略了原稿端玻璃视窗的厚度3毫米以及CCD影像感测器的罩覆玻璃的厚度0.7毫米。本实施例中的透镜模3的配置和定义与第一实施例相同，只不过本发明人得出另一类型适用于薄型扫描装置的透镜模组，该透镜模组也满足上述限制条件。

以下列出一组符合上述限制条件的本发明第二实施例中的透镜模组。

本实施例使用在搭配Toshiba 2950 CCD(1,200 DPI、4μm交错配置成2,400 DPI、21,432像素)的扫描器上。

1.第一至第五透镜31～35的焦距分别为-42.43、24.68、24.56、27.16、-10.18；

2.第一至第五透镜31～35的形状因子分别为-4.50、3.34、0.43、-3.29、2.71；

3.直径最大的透镜两面的曲率中心分别为18.16、11.56，同为正值；

4.(光闸直径)/(最末片透镜的直径)＝0.29；

5.靠近影像感测器4这一侧的全视场的主光线64与零视场的主光线62的夹角θ为36度；

6.TT/P＝1.46；及

7.TT/像高＝4.66.

如图7所示，可以看出即使利用该实施例二的透镜模组时离轴像差也在20μm以下，因此本透镜模组的效果相当良好。

如图8所示，在该图中示出了成像面中心及周边的像点大小，此实施例中CCD的像素大小为4μm，而此透镜模组的像点大小中心与周边分别为3.2及4.0μm，也表示出成像品质不错。

如图9所示，在该图中示出了本发明第二实施例中透镜模组的畸变像差图，由图可知，本实施例中透镜模组的畸变像差在1％以下，因此效果也不错。

本发明针对上述限制条件，配合光学模拟软件进行透镜模组的设计，发现只要符合上述限制条件，即可设计出适用于薄型扫描装置并具有良好成像结果的透镜模组，依据落在上述限制条件所设计出来的光机厚度，可以缩小至大约20毫米，因此可适用于薄型扫描装置。

以上虽然对本发明中的较佳实施例作了说明，但并不能作为本发明的保护范围，即对本领域的普通技术人员来说应该明白，在不脱离本发明的设计精神下可以对其作出等效的变化与修饰，因此，凡是在不脱离本发明的设计精神下所作出的等效变化与修饰，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于薄型扫描装置的透镜模组，该透镜模组将来自一原稿的复数光线成像在一影像感测器上，该透镜模组从原稿侧依序包含：

一第一透镜，该第一透镜具有一正焦距及一正形状因子；

一第二透镜，该第二透镜具有一负焦距及一负形状因子；

一光闸；

一第三透镜，该第三透镜具有一正焦距及一正形状因子；

一第四透镜，该第四透镜具有一正焦距及一负形状因子；及

一第五透镜，该第五透镜具有一负焦距及一正形状因子，其中：

复数光线包含有通过所述光闸一中心的复数主光线，该复数主光线包含：一由原稿的一零视场传输至影像感测器一零视场的零视场的主光线；以及一由原稿的一全视场传输至该影像感测器的一全视场的全视场的主光线；这些主光线从原稿传输至第一透镜的距离定义为一物距，这些主光线从原稿传输至影像感测器的距离定义为一总光程；

在所述第一至第五透镜中具有最大直径的透镜具有两面，该两面的曲率中心具有相同的正负符号；

所述光闸的直径除以所述第五透镜的直径小于0.5；

在所述透镜模组与所述影像感测器之间，零视场的主光线与全视场的主光线之间的一夹角大于30度；

所述总光程小于物距的1.5倍；且

所述总光程小于一像高的5倍。

2.根据权利要求1中所述的透镜模组，其特征在于：所述光闸的直径除以第五透镜的直径等于0.28。

3.根据权利要求1中所述的透镜模组，其特征在于：所述零视场的主光线与全视场的主光线之间的夹角为40度。

4.根据权利要求1中所述的透镜模组，其特征在于：所述总光程等于物距的1.22倍。

5.根据权利要求1中所述的透镜模组，其特征在于：所述总光程等于像高的4.66倍。

6.一种适用于薄型扫描装置的透镜模组，该透镜模组将来自一原稿的复数光线成像在一影像感测器上，该透镜模组从原稿侧依序包含：

一第一透镜，该第一透镜具有一负焦距及一负形状因子；

一第二透镜，该第二透镜具有一正焦距及一正形状因子；

一光闸；

一第三透镜，该第三透镜具有一正焦距及一正形状因子；

一第四透镜，该第四透镜具有一正焦距及一负形状因子；及

一第五透镜，该第五透镜具有一负焦距及一正形状因子，其中：

复数光线包含通过所述光闸一中心的复数主光线，该复数主光线包含：一由原稿一零视场传输至影像感测器一零视场的零视场的主光线；以及一由原稿一全视场传输至影像感测器一全视场的全视场的主光线，这些主光线从原稿传输至第一透镜的距离定义为一物距，这些主光线从原稿传输至该影像感测器的距离定义为一总光程；

在所述第一至第五透镜中具有最大直径的透镜具有两面，该两面的曲率中心具有相同的正负符号；

所述光闸的一直径除以所述第五透镜的一直径小于0.5；

在所述透镜模组与所述影像感测器之间，所述零视场的主光线与全视场的主光线之间的一夹角大于30度；

所述总光程小于物距的1.5倍；

所述总光程小于一像高的5倍。

7.根据权利要求6中所述的透镜模组，其特征在于：所述光闸的直径除以第五透镜的直径等于0.29。

8.根据权利要求6中所述的透镜模组，其特征在于：所述零视场的主光线与全视场的主光线之间的夹角为36度。

9.根据权利要求6中所述的透镜棋组，其特征在于：所述总光程等于物距的1.46倍。

10.根据权利要求6中所述的透镜模组，其特征在于：所述总光程等于像高的4.66倍。

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