專利名稱：光學掃描器鏡頭的微調機構及其微調方法
技術領域：
本發明有關一種光學掃描器鏡頭的微調機構及其微調方法，且特別是有關于一種利用光學鏡頭的特性，制作掃描器的光程調測模具，以進行光學鏡頭組及光學感測組的定位。
光學掃描器(scanner)是目前經常使用的電腦周邊設備的一，可以將影像掃描成數字檔案，以便利儲存和修改。現今使用的影像掃描器，依待掃描文件的透光與否，主要分為二大類一種為反射式影像掃描器，其功能在于掃描不透光的文件，另一種則為透射式影像掃描器，其功能在于做透光文件的掃描。反射式影像掃描器的工作原理是將不透光的待掃描文件置于一透光平板上，光源則通過透光平板照射于文件上，然后藉由文件的反射光線，經由一光學系統傳遞至一光學感測器，例如電荷耦合元件(charge couple device，CCD)、或接觸式影像感測器(contact image sensor，CIS)上，以形成掃描影像。而透射式影像掃描器的工作原理，則是將透光的待掃描文件置于透光平板上，光源先照射于文件后，其透射光線再通過透光平板，經光學系統為光學感測器所接收而形成掃描影像。其中，光學系統則由一些反射鏡及透鏡所組成，透鏡是形成一光學鏡頭組，將光線聚焦至光學感測器上。
在光學掃描器的組裝過程中，必須將光學掃描器中光學鏡頭組及光學感測器調整至最佳的位置，使得在光學感測器的成像最清晰，確保產品品質。現在調整光學鏡頭組的方式，是利用人工手動的方式撥動光學鏡頭組，并藉由觀察電腦顯示掃描顯像效果，進行調測。然而此種方式有諸多缺點1.由于使用人工方式，所以調測品質不一，因人而異，就算同一人進行調測，每次的調測結果也無法一致，造成產品品質不穩定。
2.由于光學掃描器的解析度要求逐漸提高，尺寸也逐漸縮小，因此通常光學鏡頭組的焦聚深度逐漸縮短，所以對于較高級的產品，此種調測方式無法達到規格要求。
3.由于完全使用人工手動撥動，因此調測速度緩慢，影響生產效率，耗費人工成本。
因此本發明的目的是提供一種光學掃描器鏡頭的微調機構及其微調方法，利用光學鏡頭成像的特性，制作光學掃描器光程調測的模具，使得組裝制造過程中光學系統的調測更快速且更準確。
本發明的光學掃描器鏡頭的微調機構是這樣實現的一種光學掃描器鏡頭的微調機構，可裝設在一光學掃描器中，該光學掃描器至少包括一文件平臺，用以放置一待掃描文件、一光學鏡頭組以及一光學感測器，其特征在于該光學掃描器鏡頭的微調機構包括一光學鏡頭滑槽，用以容納該光學鏡頭組，使該光學鏡頭組可在該光學鏡頭滑槽中移動，改變其與該待掃描文件及該光學感測器的距離；一光學感測器座，承載該光學感測器，藉以調整該光學感測器與該光學鏡頭組及該待掃描文件的距離；一連接桿，連接該光學鏡頭組，控制該光學鏡頭組的移動；一第一齒條，連接該連接桿；一第二齒條，連接該光學感測器座；一齒輪組，分別與該第一齒條及該第二齒條嚙合，使得該光學鏡頭組與該光學感測器可以一預定位移比例，進行相對運動；一固定裝置，配置于該第一齒條與該連接桿的間，以控制該連接桿固定于該第一齒條與否；以及一微調裝置，連接該連接桿，可以控制該連接桿的移動，其中，當該固定裝置固定該連接桿于該第一齒條時，該微調裝置移動該連結桿以使該光學鏡頭組產生位移，由于該第一齒條、該齒輪組及該第二齒條的嚙合，會同時使該光學感測器產生位移，而當該固定裝置使該連接桿未固定于該第一齒條時，該微調裝置僅能調整該連接桿的移動，以使該光學鏡頭組產生位移。
其中該光學鏡頭組是由至少一透鏡所構成。
其中該光學感測器包括電荷耦合元件。
其中該光學感測器包括接觸式影像感測器。
其中該固定裝置包括一固定旋鈕。
其中該微調裝置主要由一螺桿構成。
本發明的光學掃描器鏡頭的微調方法是這樣實現的一種光學掃描器鏡頭的微調方法，其應用于一光學掃描器的一微調機構，其中該光學掃描器至少包括一文件平臺，用以放置一待掃描文件、一光學鏡頭組、以及一光學感測器，該微調機構則包括一連接桿，連接該光學鏡頭組，控制該光學鏡頭組的移動；一第一齒條，連接該連接桿；一第二齒條，連接該光學感測器；一固定裝置，配置于該第一齒條與該連接桿的間，以控制該連接桿固定于該第一齒條與否；以及一微調裝置，連接該連接桿，可以控制該連接桿的移動，其中定義該待掃描文件與該光學感測器的距離為一全距離，該光學鏡頭組與該光學感測器的距離為一像距，該光學掃描器具有一預定全距離及一預定像距，其特征在于該光學掃描器鏡頭的微調方法包括在該預定全距離的一誤差范圍內，計算該全距離與該預定全距離的多組第一誤差量，與對應的該像距與該預定像距的多組第二誤差量；計算這些第一誤差量與這些第二誤差量的趨近直線的一斜率，利用這些斜率制作一齒輪組，分別與該第一齒條及該第二齒條嚙合；放松該固定裝置，調整該微調裝置，使該光學鏡頭組產生位移，以取得該待掃描文件的較佳掃描影像；以及鎖定該固定裝置，調整該微調裝置，由于該第一齒條、該齒輪組及該第二齒條的嚙合，會同時調整該光學感測器及該光學鏡頭組的位置，取得該待掃描文件的最佳掃描影像，而達到該預定全距離及該預定像距的位置。
其中該光學鏡頭組是由至少一透鏡所構成。
其中該光學感測器包括電荷耦合元件。
其中該光學感測器包括接觸式影像感測器。
其中該固定裝置包括一固定旋鈕。
其中該微調裝置主要由一螺桿構成。
其中該斜率是利用最小平方差的方法獲得的。
其中計算這些第一誤差量及這些第二誤差量時，更包括在該光學鏡頭組的一焦聚誤差范圍內計算這些第一誤差量及這些第二誤差量。
本發明是一種光學掃描器的微調機構，可裝設在光學掃描器中，其包括文件平臺，用以放置待掃描文件、光學鏡頭組以及光學感測器。光學掃描器的微調機構包括光學鏡頭滑槽，用以容納光學鏡頭組，使光學鏡頭組可在其中移動，改變其與待掃描文件及光學感測器的距離。光學感測器座承載光學感測器，藉以調整其與該光學鏡頭組及該待掃描文件的距離。連接桿連接光學鏡頭組，控制光學鏡頭組的移動。第一齒條連接連接桿；第二齒條連接光學感測器座；齒輪組分別與第一齒條及第二齒條嚙合，使得光學鏡頭組與光學感測器可以一預定位移比例，進行相對運動。固定裝置，配置于第一齒條與連接桿之間，以控制連接桿固定于第一齒條與否。微調裝置與連接桿接合，可以控制連接桿的移動，當固定裝置固定連接桿于第一齒條時，微調裝置移動連結桿以使光學鏡頭組產生位移，會同時使光學感測器產生位移，而當固定裝置使該連接桿未固定于第一齒條時，微調裝置僅能調整連接桿的移動，以使光學鏡頭組產生位移。
本發明的光學掃描器鏡頭的微調方法，是將光學掃描器的光學鏡頭組及光學感測器分別與第一齒條及第二齒條連接，而一微調裝置可以調整光學鏡頭組的位置。先利用理論計算全距離誤差量與像距誤差量的數值關系，以獲得一趨近直線的斜率，并藉以設計一齒輪組。齒輪組分別與第一齒條及第二齒條嚙合，先以微調裝置調整光學鏡頭組的位置，獲得較佳的掃描影像。再藉由第一齒條、第二齒條及齒輪組的嚙合，以微調裝置同時調整光學鏡頭組及光學感測器的位置，以獲得最佳掃描影像。
下面配合附圖和一較佳實施例詳細說明本發明的上述和其他目的、特征和優點
圖1是光學掃描器成像光程示意圖。
圖2為全距離誤差區間內，全距離誤差對應的像距誤差數值表。
圖3為對應表一最小平方差的趨近直線數值。
圖4是根據圖2及圖3所獲得數據繪制像距誤差對應全距離誤差的圖形，及對應圖3的趨近直線。
圖5是本發明的一較佳實施例的一種光學掃描器鏡頭的微調機構示意圖。
圖6為對應圖5中齒輪組134的機構合成流程圖。
圖7是依照本發明一較佳實施例的微調流程圖。
圖8為焦距誤差區間內，全距離誤差對應的像距誤差數值表。
圖9是根據圖8所獲得數據繪制像距誤差對應全距離誤差的圖形，及對應圖8的趨近直線。
請先參照圖1，其是繪示光學掃描器成像光程示意圖。透鏡10代表光學掃描器中的光學鏡頭組，其厚度26為d，其前焦距28為f，后焦距30為f’。物體12(掃描影像)的高度16為h；與前焦距的距離32為x；而像14的高度18為h’；與后焦距的距離34為x’。因此，由圖可知物距22(定義為s)等于距離32加上前焦距28，即s＝x+f；而像距24(定義為s’)等于距離34加上后焦距30，即s’＝x’+f’；全距離20(Total Track，TT)等于物距22加像距24再加上透鏡10厚度26，貝TT＝s+s+d。假設前焦距28等于后焦距30，即f＝f’，而透鏡10的放大率為m。根據光學原理可以獲得下列關系式s=f(1m-1)--------(1)]]>s′＝f(1-m) --------------(2)TT=f(2-m-1m)+d--------(3)]]>m=2-A±(A-2)2-42]]>其中A=TT-df--------(4)]]>根據上述第(4)式及第(2)式，可以獲得像距S’及全距離TT間的關系式，以作為本案中光學鏡頭組及光學感測器調測的依據。
一般光學掃描器設計完成后，以現在的設計制造技術，實際全距離(即待掃描文件與光學感測器間的距離)與預定全距離的誤差通常不會超過10mm。假設原設計光學掃描器光學鏡頭組的焦距f等于65mm，而預定全距離TT為352mm，預定像距s’為91.2604mm。取全距離誤差區間為10mm，也即347mm-357mm，分別可以理論推導計算對應的像距，所得的數據如圖2所示。請參照圖3，利用最小平方差的方法可以獲得全距離誤差與像距誤差的趨近直線，并獲得趨近直線的斜率。請參照圖4，根據圖2及圖3所獲得數據可繪制像距誤差對應全距離誤差的圖形，及對應圖3的趨近直線。
藉由上述結果，發明人設計出對應的微調機構。請參照圖5，其繪示本發明的一較佳實施例的一種光學掃描器鏡頭的微調機構示意圖。光學掃描器中待掃描文件100是擺置于一文件平臺(未繪示)上通過一組反射鏡102投射至光學鏡頭組104，其由透鏡所組成。本發明將光學鏡頭組104置于一光學鏡頭滑槽106中，使光學鏡頭組104可在光學鏡頭滑槽106中移動，以改變其與待掃描文件100及光學感測器108的距離。光學感測器108，比如是電荷耦合元件(charge coupledevice，CCD)、或接觸式影像感測器(contact image sensor，CIS)，裝設于光學感測器座110中，藉以調整光學感測器108與光學鏡頭組104及待掃描文件100的距離。連接桿112，連接光學鏡頭組104，控制光學鏡頭組104在光學鏡頭滑槽106中的移動。第一齒條114連接連接桿112；第二齒條116連接光學感測器座110。固定裝置118配置于第一齒條114與連接桿112之間，比如為一固定旋鈕，以控制連接桿112固定于第一齒條114與否。齒輪組134包括第一齒輪120、第二齒輪122及第三齒輪124，分別與第一齒條114及第二齒條116嚙合，使得光學鏡頭組104與光學感測器108可以一預定位移比例，進行相對運動。微調裝置132，比如是由一螺桿126、固定座128及微調旋鈕130所組成，螺桿126連接連接桿112，可以控制連接桿112的移動，固定座128用以固定螺桿126的軸向，而微調旋鈕130是便于調測時進行微調。當固定裝置118固定連接桿112于第一齒條114時，微調裝置132調整連結桿112位置，將使光學鏡頭組104產生位移，在光學鏡頭滑槽106中滑動。由于第一齒條114、齒輪組134及第二齒條116彼此的嚙合，會同時使光學感測器108產生位移。而當固定裝置118使連接桿112未固定于第一齒條114時，微調裝置132僅能調整連接桿112的移動，以使光學鏡頭組104產生位移。
經過前述的理論推導，可以獲得全距離誤差與像距誤差的趨近直線，并藉由斜率可以推算全距離與像距的位移關系，所以可以據以決定齒輪組134的齒輪比約為7.15，因此可以設計適當的第一齒輪120、第二齒輪122及第三齒輪124。
接著請同時參照圖6及圖7，其是依照本發明較佳實施例的光學掃描器鏡頭微調方法流程圖。其中，圖6為對應圖5中齒輪組134的機構合成流程圖7繪示微調流程。首先，針對所設計的預定全距離選定適當的調測范圍(如200所示)，即全距離誤差區間，比如是10mm。并根據鏡頭焦距f(如202所示)，計算理論像距S’，并繪制像距誤差及全距離誤差的關系圖表(如204所示)。利用最小平方差的方法求像距誤差對應全距離誤差的趨近直線，并獲得趨近直線的斜率(206)所示。然后，根據趨近直線斜率合成齒輪組。
請同時參照圖7、圖4及圖5，經由前述流程決定齒輪組134后，接著進行微調(如300所示)。假設欲調整的光學掃描器中像距誤差及全距離誤差座落于圖4中402的位置。首先松開固定裝置118(如302所示)，利用微調裝置132，比如旋轉微調旋鈕130，調整光學鏡頭組104的位置，也就是循著圖4中調整軌跡408進行調整，僅調整像距S’(如304所示)。藉由調測功能裝置(ModulationTransfer Function，MTF)檢測掃描結果是否符合要求(如306所示)。若不符合及重復調整動作，直到像距誤差調整至對應圖4中404的位置，此時會獲得較佳的掃描影像。接著，旋緊固定裝置118(如308所示)將進行光學鏡頭組104及光學感測器108的同步調整。如310所示，利用微調裝置132，比如旋轉微調旋鈕130，調整光學鏡頭組104及光學感測器108的位置，由于第一齒條114、齒輪組134及第二齒條116彼此嚙合，所以光學鏡頭組104及光學感測器108的移動是循著圖4中趨近直線400。藉由調測功能裝置(MTF)檢測掃描結果是否符合要求(如312所示)若不符合及重復調整動作，直到像距誤差及全距離誤差調整至對應圖4中406的位置，此時會獲得最佳的掃描影像，即完成本發明的微調流程(如314所示)。
上述的微調方法是以焦距固定為65mm為基礎，然而，在實際上制造光學掃描器時鏡頭也可能產生誤差。若欲考慮鏡頭的誤差，以提高產品的品質，則可以選取適當的焦距誤差區間，比如正負1mm，同樣可以計算出對應的全距離誤差及像距誤差，如圖8所示。根據此數據同樣以最小平方差方法求出趨近直線，可繪制如圖9所示的像距誤差對應全距離誤差的圖形。其后流程則與前述圖6及圖7極為類似，只是此時微調時的軌跡是循著新的趨近直線(如圖9的500所示)，且齒輪組也是根據新的趨近直線合成。由于流程十分相似，在此不再贅述。
綜上所述，本發明所提出的光學掃描器鏡頭的微調機構及其微調方法，不但可以提供更容易的微調方法，藉由微調機構節省人工，增加調測的生產效率。同時可以降低人為的誤差，并可以更精準地調整至最佳的像距及全距離，提高產品品質。
權利要求
1.一種光學掃描器鏡頭的微調機構，可裝設在一光學掃描器中，該光學掃描器至少包括一文件平臺，用以放置一待掃描文件、一光學鏡頭組以及一光學感測器，其特征在于該光學掃描器鏡頭的微調機構包括一光學鏡頭滑槽，用以容納該光學鏡頭組，使該光學鏡頭組可在該光學鏡頭滑槽中移動，改變其與該待掃描文件及該光學感測器的距離；一光學感測器座，承載該光學感測器，藉以調整該光學感測器與該光學鏡頭組及該待掃描文件的距離；一連接桿，連接該光學鏡頭組，控制該光學鏡頭組的移動；一第一齒條，連接該連接桿；一第二齒條，連接該光學感測器座；一齒輪組，分別與該第一齒條及該第二齒條嚙合，使得該光學鏡頭組與該光學感測器可以一預定位移比例，進行相對運動；一固定裝置，配置于該第一齒條與該連接桿的間，以控制該連接桿固定于該第一齒條與否；以及一微調裝置，連接該連接桿，可以控制該連接桿的移動，其中，當該固定裝置固定該連接桿于該第一齒條時，該微調裝置移動該連結桿以使該光學鏡頭組產生位移，由于該第一齒條、該齒輪組及該第二齒條的嚙合，會同時使該光學感測器產生位移，而當該固定裝置使該連接桿未固定于該第一齒條時，該微調裝置僅能調整該連接桿的移動，以使該光學鏡頭組產生位移。
2.如權利要求1所述的光學掃描器鏡頭的微調機構，其特征在于其中該光學鏡頭組是由至少一透鏡所構成。
3.如權利要求1所述的光學掃描器鏡頭的微調機構，其特征在于其中該光學感測器包括電荷耦合元件。
4.如權利要求1所述的光學掃描器鏡頭的微調機構，其特征在于其中該光學感測器包括接觸式影像感測器。
5.如權利要求1所述的光學掃描器鏡頭的微調機構，其特征在于其中該固定裝置包括一固定旋鈕。
6.如權利要求1所述的光學掃描器鏡頭的微調機構，其特征在于其中該微調裝置主要由一螺桿構成。
7.一種光學掃描器鏡頭的微調方法，其應用于一光學掃描器的一微調機構，其中該光學掃描器至少包括一文件平臺，用以放置一待掃描文件、一光學鏡頭組、以及一光學感測器，該微調機構則包括一連接桿，連接該光學鏡頭組，控制該光學鏡頭組的移動；一第一齒條，連接該連接桿；一第二齒條，連接該光學感測器；一固定裝置，配置于該第一齒條與該連接桿的間，以控制該連接桿固定于該第一齒條與否；以及一微調裝置，連接該連接桿，可以控制該連接桿的移動，其中定義該待掃描文件與該光學感測器的距離為一全距離，該光學鏡頭組與該光學感測器的距離為一像距，該光學掃描器具有一預定全距離及一預定像距，其特征在于該光學掃描器鏡頭的微調方法包括在該預定全距離的一誤差范圍內，計算該全距離與該預定全距離的多組第一誤差量，與對應的該像距與該預定像距的多組第二誤差量；計算這些第一誤差量與這些第二誤差量的趨近直線的一斜率，利用這些斜率制作一齒輪組，分別與該第一齒條及該第二齒條嚙合；放松該固定裝置，調整該微調裝置，使該光學鏡頭組產生位移，以取得該待掃描文件的較佳掃描影像；以及鎖定該固定裝置，調整該微調裝置，由于該第一齒條、該齒輪組及該第二齒條的嚙合，會同時調整該光學感測器及該光學鏡頭組的位置，取得該待掃描文件的最佳掃描影像，而達到該預定全距離及該預定像距的位置。
8.如權利要求7所述的光學掃描器鏡頭的微調方法，其特征在于其中該光學鏡頭組是由至少一透鏡所構成。
9.如權利要求7所述的光學掃描器鏡頭的微調方法，其特征在于其中該光學感測器包括電荷耦合元件。
10.如權利要求7所述的光學掃描器鏡頭的微調方法，其特征在于其中該光學感測器包括接觸式影像感測器。
11.如權利要求7所述的光學掃描器鏡頭的微調方法，其特征在于其中該固定裝置包括一固定旋鈕。
12.如權利要求7所述的光學掃描器鏡頭的微調方法，其特征在于其中該微調裝置主要由一螺桿構成。
13.如權利要求7所述的光學掃描器鏡頭的微調方法，其特征在于其中該斜率是利用最小平方差的方法獲得的。
14.如權利要求7所述的光學掃描器鏡頭的微調方法，其特征在于其中計算這些第一誤差量及這些第二誤差量時，更包括在該光學鏡頭組的一焦聚誤差范圍內計算這些第一誤差量及這些第二誤差量。
全文摘要
一種光學掃描器鏡頭的微調機構及其微調方法,是將光學掃描器的光學鏡頭組及光學感測器分別與第一齒條及第二齒條連接,而一微調裝置可以調整光學鏡頭組的位置。先利用理論計算全距離誤差量與像距誤差量的數值關系,以獲得一趨近直線的斜率,并藉以設計一齒輪組。齒輪組分別與第一齒條及第二齒條嚙合,先以微調裝置調整光學鏡頭組的位置,獲得較佳的掃描影像。再藉由第一齒條、第二齒條及齒輪組的嚙合,以微調裝置同時調整光學鏡頭組及光學感測器的位置,以獲得最佳掃描影像。
文檔編號G02B26/10GK1368651SQ01101808
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月1日 優先權日2001年2月1日
發明者方伯華 申請人:力捷電腦股份有限公司