CN1391124A - 光学系统 - Google Patents

Abstract

一种光学系统，包括一承载盒体、一光源、一反射镜组、一电路板、一聚光透镜及一光传感器；当光线由光源发出，经过文件表面的反射后，通过承载盒体的接收狭缝进入，经反射镜组的逐次反射后，最后通过聚光透镜的折射，被光传感器所接收，转换成电子信号。预先调整聚光透镜与光传感器之间的像距，固定在电路板上，再将聚光透镜、光传感器与电路板同时置入承载盒体中，电路板可通过滑动结构作线性移动，可获得最佳的影像分辨率。

Description

光学系统

本发明涉及一种光学系统，适用于一影像扫瞄装置，用以扫瞄一文件表面。

随着计算机性能的进步，以及国际互联网络和多媒体技术的发展，影像扫描仪(Scanner)已成为个人计算机不可或缺的标准配备。对于常用的平台式扫描仪而言，通常包括一光学系统以及一传动机构。通过传动机构带动光学系统(Chassis)，使得光学系统的光传感器(Sensor)可以逐步接收文件表面的影像，并将影像转换成电子信号输出。其中，光传感器可以是电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)。然而，此光学系统的应用并不局限于扫描仪，诸如复印机及传真机等影像扫瞄装置，均可采用此种光学系统。

一般的光学系统至少具有三部分，包括光源、反射镜及光传感器，若以光传感器的移动与否，可产生两种不同结构设计的光学系统，其中一种光学系统是通过移动的反射镜，来反射光线至固定位置的光传感器，两者并不同步移动；而另一种光学系统是整合反射镜与光传感器于一承载台上，在扫瞄文件时，反射镜与光传感器同步移动。本发明的光学系统是有关于反射镜与光传感器作同步移动的结构设计。

请参考图1，是公知的光学系统的剖面示意图。光学系统100主要可分为承载盒体110、光源120、反射镜130、聚光透镜140、光传感器150。当光学系统100在如图1的水平方向上作线性移动时，光源120通过凹面镜122的聚光，发出光线124至文件10的表面，并经文件10的表面反射后，光线124进入接收狭缝112，再经过三个反射镜130的逐次反射后，通过聚光透镜140的折射，最后被光传感器150所接收。其中，接收狭缝112贯穿承载盒体110的上壁，而光传感器150搭载于一电路基板152上，并电性连接电路基板152。

请同样参考图1，是公知通过人工调测的方式来逐一调整光学系统100的影像分辨率。在固定反射镜130的位置后，必须同时调整聚光透镜140与光传感器150至适当位置，以求得光学系统100的最佳影像分辨率。然而，当通过人工调测的方式来调整公知的光学系统100时，必须同时考虑到聚光透镜140与光传感器150的相对位置，因此也就提高了调测的复杂度及困难度，并增加了调测的时间，且降低了调测的精确度，进而提高了公知的光学系统100的生产成本。

针对公知的光学系统在调测时的问题点，本发明的目的是通过改变原先光学系统的结构设计以及其所对应的调测步骤，可以有效降低调测时的复杂度及困难度，并缩短调测的时间，且增加调测的精确度，进而降低光学系统的生产成本。

为达到本发明的上述及其它目的，本发明提出一种光学系统，适用于一影像扫瞄装置，用以扫瞄一文件表面，包括：一承载盒体，其内部大约呈中空状，并具有一接收狭缝，贯穿承载盒体的上壁；一光源，对应接收狭缝的位置，而配置于承载盒体的外侧，用以发出一第一光线至文件表面，并经过文件表面的反射后，通过接收狭缝而进入承载盒体中；一反射镜组，具有至少一反射镜，配置于该承载盒体内，用以接收并逐次反射第一光线，使得第一光线最后成为一第二光线射出；一电路板，配置于承载盒体中，并通过一滑动结构作线性移动，其中此滑动结构连接于承载盒体的内壁，并使电路板的线性移动方向与第二光线的行进方向相互平行；一聚光透镜，配置于电路板上，用以接收并折射第二光线成为一第三光线射出；一光传感器，对应于聚光透镜的位置而配置于电路板上，用以接收第三光线，并转换第三光线成为电子信号。

为达到本发明的上述及其它目的，本发明提出一种光学系统，适用于一影像扫瞄装置，用以扫瞄一文件表面，包括：一承载盒体，其内部大约呈中空状，并具有一接收狭缝，其中此接收狭缝贯穿承载盒体的上壁；一光源，对应于接收狭缝的位置，配置在承载盒体的外侧，用以发出一第一光线至该文件表面，并经过文件表面的反射后，通过接收狭缝而进入承载盒体中；一反射镜组，具有至少一反射镜，其配置于该承载盒体内，用以接收并逐次反射第一光线成为一第二光线射出；一平板，配置于承载盒体中，并通过一滑动结构作线性移动，其中此滑动结构连接于该承载盒体的内壁，并使平板的线性移动方向与第二光线的行进方向相互平行；一聚光透镜，配置于平板上，用以接收并折射第二光线成为一第三光线射出；一光传感器，对应于聚光透镜的位置而配置于平板上，用以接收第三光线，并将第三光线转换成电子信号。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明：

图面说明

图1是公知的光学系统的剖面示意图；

图2是本发明的光学系统的剖面示意图；

图3是本发明的光学系统的聚光透镜、光传感器及电路板的结构关系的侧视图；

图4是本发明的光学系统的聚光透镜、光传感器及电路板的结构关系的立体图；

图5是本发明的光学系统的滑动结构的剖面示意图；

图6是本发明的弹性托座的立体图；

图7是聚光透镜与弹性托座的相关位置示意图；

图8是本发明的光学系统的聚光透镜、光传感器与平板的结构关系的侧视图。附图标记说明：

10、20：文件

100、200：光学系统

110、210：承载盒体

112、212：接收缝隙

120、220：光源

122、122：凹面镜

124、224：光线

130、230：反射镜

140、240：聚光透镜

150、250：光传感器

152：电路基板

214：滑动结构

216：槽轨

218：定位结构

219：基准靠面

260：电路板

262：影像处理器件

270：弹性托座

272：夹持部

274：顶出部

354：电路板

360：平板

362：垂直板

实施例

请参考图2，是本发明的光学系统的剖面示意图。光学系统200主要可分为承载盒体210、光源220、反射镜230、聚光透镜240、光传感器250。当光学系统200在如图的水平方向上作线性移动时，光源220，例如为一线光源，通过凹面镜222的聚光后，发出光线224至文件20的表面，并经文件20的表面反射后，光线224进入接收狭缝212，再经过三个反射镜230的逐次反射后，经过聚光透镜240的折射，最后被光传感器250所接收，并转换成电子信号而输出。其中，接收狭缝212贯穿承载盒体210的上壁。而光传感器250包括一电荷耦合器件(CCD)。

为了清楚表示本实施例的聚光透镜240、光传感器250及电路板260间的结构关系，请同时参考图3、图4，分别是本发明的光学系统的聚光透镜、光传感器及电路板的结构关系的侧视图及立体图。光传感器250配置于电路板260上，并与电路板260电性连接，而聚光透镜240在对应于光传感器250的位置，同样配置于电路板260上，使影像光线在经过聚光透镜240的折射后，得以由光传感器250所接收。其中，电路板260上可配置影像处理器件262，用以增加在转换影像信号的能力及其它附加功能。

请同时参考图2、图5，其中图5是本发明的光学系统的滑动结构的剖面示意图。滑动结构214是由延伸并突出于承载盒体2 1 0的部分所形成，或是另外制作一结构体连接到承载盒体210的内壁，而滑动结构214的末端形成槽轨216，分别用以让电路板260的两侧边对应嵌入，使电路板260得以通过滑动结构214的槽轨216，而在图2的水平方向上作线性移动。

请参考图3、图4，如何调整聚光透镜240与光传感器250之间的相对位置。其方法如下，基于光学第一定律：1/p+1/q＝1/f，其中p为物距，q为像距，f为焦距，由于相同规格的聚光透镜240具有相同的焦距f，使得焦距f为一固定值，因此仅存两变量是物距p和像距q，而本发明的光学系统200是先调整像距q，再调整物距p。首先，将聚光透镜240、光传感器250及电路板260置于一调整工具上，设定一理想物距p，其距离大约是图2的光线224从文件20的表面反射后，经过多个反射镜230的反射，最后到达聚光透镜24的全部行程距离，并针对固定的测试图板(chart)，以进行调整聚光透镜240与光传感器250之间的位置及距离，并在调整完成后，分别固定聚光透镜240与光传感器250在电路板260上的位置，如此即完成像距q的调整。

承上所述，将如图3、图4的已完成调整像距q的聚光透镜240、光传感器250及电路板260，再参考图2、图5，将电路板260的两侧边分别嵌入其所对应的槽轨216中，使得电路板260与其上的聚光透镜240及光传感器250同时在图2的水平方向(图5垂直图面的方向)上，作左右线性移动，移动方向与入射聚光透镜240的光线相互平行。因此，通过线性移动电路板260的位置，可以调整出光学系统200所需的适当物距p，之后再固定电路板260的位置，最后再调整其它因素，即完成光学系统200的所有器件的结构定位。

综上所述，本发明与公知的光学系统的显著不同之处，请参考图1，公知的光学系统100的聚光透镜140与光传感器150，是个别独立的器件，因此，通过人工调测以达到最佳的扫瞄分辨率时，必须同时调整两个变量(物距及像距)，即同时调整聚光透镜140的位置及光传感器150的位置，使得人工调测的速度十分缓慢。然而，请参考图2，本发明的光学系统200的聚光透镜240与光传感器250，首先，设定一理想物距来调整像距，即固定聚光透镜240与光传感器250其中之一，而调整另一个的位置至最佳的扫瞄分辨率并固定；其次，将已调整好的聚光透镜240、光传感器250及电路板260置入本发明的承载盒体210中，通过滑动结构214的槽轨216，使得电路板260可线性移动，进而同时带动电路板260上的聚光透镜240及光传感器250。而可调整至适当物距，以求得最佳的影像分辨率时，固定电路板260在滑动结构214上，而完成光学系统200的调测。

请参考图4，由于聚光透镜240的外周面是一圆柱面，因此不易对其外周面作定位的动作，为解决这样的问题，本发明设计一弹性托座270，用以托住并定位聚光透镜240，请同时参考图6、图7，其中图6是本发明的弹性托座的立体图，而图7是聚光透镜与弹性托座的相关位置的示意图，弹性托座270配置于介于聚光透镜240与电路板260之间，并具有一夹持部272及一顶出部274，其中弹性托座270的底部固定于电路板260的对应位置。此外，夹持部272可弹性夹持聚光透镜240两侧的外周面，而该顶出部274的顶面与聚光透镜250底部的外周面接触，并按照箭头方向276弹性上推聚光透镜250的底部。其中，弹性托座270的材质可以是塑料或是金属，弹性托座270可通过塑料射出成形来制作；或是加工一金属片，可在金属片的中央区域，以冲压裁断及弯曲的方式形成顶出部274，并将金属片的两侧弯曲成夹持部272，即可完成一弹性托座270。其中，顶出部274的形状并不限于如图6所示的弯曲条状，也可以是其它形状，而顶出部274的数目可以是一对或一对以上，以有助于提供稳定上顶聚光透镜240的底部的推力。

请同时参考图2、图7，聚光透镜240顶部的外周面上，配置有一定位结构218，其连接到承载盒体210的内壁，或可由延伸并突出于承载盒体210的内壁的突出部分所形成，而定位结构218在面对聚光透镜240的表面形成一基准靠面219。基准靠面219可以是一平面，或是对应聚光透镜240的外周面的形状是一弧面。当弹性托座270的顶出部274上顶聚光透镜240时，使得聚光透镜240顶部的外周面被迫紧贴于定位结构218的基准靠面219。因此，通过弹性托座270与定位结构218的相互配合，得以准确地定位聚光透镜240，使得进入聚光透镜240的光线224具有精确的路径，进而提高影像的分辨率。

请参考图8，是本发明的光学系统的聚光透镜、光传感器与平板的结构关系的侧视图，与图3相比较，可以用一平板360取代原先的电路板260，而用以搭载聚光透镜240与光传感器250，平板360的材质可以是塑料或金属。通过弹性托座270的底部固定在平板360的对应位置上，进而夹持聚光透镜240，其中弹性托座270与平板360可一体成型。光传感器250在对应于聚光透镜240的位置，通过一垂直板362配置于平板360上，用以接收来自聚光透镜240的光线。其中，垂直板362是垂直连接于平板360的，而垂直板362与平板360两者可一体成型，且弹性托座、垂直板362及平板360三者也可一体成型。

请同样参考图8，光传感器250具有一电路基板352，配置于介于光传感器250与垂直板362之间，并与光传感器250电性连接，且可搭载多个如图3、图4所示的影像处理组器262，用以处理影像信号以及增加其它的功能。此外，还可在平板360上配置一电路板354，与电路基板352电性连接，同样地，电路板354也可搭载至少一影像处理器件262，用以处理影像信号或是增加其它的功能。

综上所述，本发明的光学系统，具有下列优点：

(1)本发明的光学系统是预先将聚光透镜与光传感器整合于同一电路板上，因此可简化光学系统的组成构件的复杂度，以加快调测的时间。

(2)本发明的光学系统是预先调整聚光透镜与光传感器之间的像距，其次再调整聚光透镜与文件表面之间的物距，因此可简化调测的步骤，降低调测的困难度，并缩短调测的时间。

(3)本发明的光学系统的电路板是以滑动的方式作线性移动，因此易于在一线性方向上，左右调整聚光透镜与文件表面之间的物距，进而简化人工调测的动作。

(4)本发明的光学系统的聚光透镜，是通过弹性托座与定位结构的基准靠面的夹持，使得进入聚光透镜的光线具有精确的路径，进而提高影像的分辨率。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，熟悉该技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作少许的更动与修饰，但本发明的保护范围应以权利要求书所限定的为准。

Claims (15)

1.一种光学系统，适用于一影像扫瞄装置，用以扫瞄一文件表面，其特征在于：包括：

一承载盒体，其内部大约呈中空状，并具有一接收狭缝，其中该接收狭缝贯穿该承载盒体的上壁；

一光源，对应该接收狭缝的位置，而配置于该承载盒体的外侧，用以发出一第一光线至该文件表面，并经过该文件表面的反射后，通过该接收狭缝而进入该承载盒体中；

一反射镜组，具有至少一反射镜，该反射镜组配置于该承载盒体内，用以接收并逐次反射该第一光线，使得该第一光线最后成为一第二光线射出；

一电路板，配置于该承载盒体中，并通过一滑动结构作线性移动，其中该滑动结构连接到该承载盒体的内壁，并使得该电路板的线性移动方向与该第二光线的行进方向相互平行；

一聚光透镜，配置于该电路板之上，用以接收并折射该第二光线，使得该第二光线成为一第三光线射出；

一光传感器，对应该聚光透镜的位置而配置于该电路板上，用以接收该第三光线，并转换该第三光线成为电子信号。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：该光源包括一线光源。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：该电路板上还配置有至少一影像处理器件。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：该光传感器与该电路板电性连接。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：该滑动结构是由延伸并突出于该承载盒体的内壁的部分所形成，并对应该电路板的二侧边形成二槽轨，其中该电路板的二侧边分别对应嵌插于该些槽轨中。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：该聚光透镜顶部的外周面上方配置有一定位结构，该定位结构连接于该承载盒体的内壁，且该定位结构在面对该聚光透镜的方向上的表面形成一基准靠面。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于：该聚光透镜是通过一弹性托座配置在该电路板上，而该弹性托座的底部固定于该电路板上，且该弹性托座具有一夹持部及一顶出部，其中该夹持部弹性夹持该聚光透镜两侧的外周面，而该顶出部与该聚光透镜底部的外周面接触，并弹性上推该聚光透镜的底部，使得该聚光透镜顶部的外周面紧贴于该基准靠面。

8.一种光学系统，适用于一影像扫瞄装置，用以扫瞄一文件表面，其特征在于：包括：

一承载盒体，其内部大约呈中空状，并具有一接收狭缝，其中该接收狭缝贯穿该承载盒体的上壁；

一光源，对应该接收狭缝的位置，配置于该承载盒体的外侧，用以发出一第一光线至该文件表面，并经由该文件表面的反射后，而通过该接收狭缝而进入该承载盒体中；

一反射镜组，具有至少一反射镜，该反射镜组配置于该承载盒体内，用以接收并逐次反射该第一光线，使得该第一光线最后成为一第二光线射出；

一平板，配置于该承载盒体中，并通过一滑动结构作线性移动，其中该滑动结构连接到该承载盒体的内壁，并使得该平板的线性移动方向与该第二光线的行进方向相互平行；

一聚光透镜，配置于该平板上，用以接收并折射该第二光线，使得该第二光线成为一第三光线射出；

一光传感器，对应于该聚光透镜的位置配置于该平板上，用以接收该第三光线，并将该第三光线转换成电子信号。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于：该光传感器是通过一垂直板而配置于该平板上的，该垂直板对应该聚光透镜的位置垂直连接于该平板，此外，该光传感器对应于该聚光透镜的位置而固定于该垂直板上。

10.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于：该光源包括一线光源。

11.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于：该滑动结构是由延伸并突出于该承载盒体的内壁的部分所形成，并对应该平板的二侧边形成二槽轨，其中该平板的二侧边分别对应嵌插于该些槽轨之中。

12.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于：该聚光透镜顶部的外周面上方配置有一定位结构，该定位结构连接到该承载盒体的内壁，且该定位结构在面对该聚光透镜的方向上的表面形成一基准靠面。

13.根据权利要求12所述的光学系统，其特征在于：该聚光透镜是通过一弹性托座配置于该平板上，而该弹性托座的底部固定于该平板上，且该弹性托座具有一夹持部及一顶出部，其中该夹持部弹性夹持该聚光透镜两侧的外周面，而该顶出部与该聚光透镜底部的外周面接触，并弹性上推该聚光透镜的底部，使得该聚光透镜顶部的外周面紧贴于该基准靠面。

14.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于：该光传感器具有一电路基板，配置于介于该光传感器与该垂直板之间，用以搭载该光传感器，其中该光传感器与该电路基板电性连接，且该电路基板上还配置有至少一影像处理器件。

15.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于：该光学系统还包括一电路板，配置于该平板的一面，且与该光传感器电性连接，该电路板上具有至少一影像处理器件。

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