專利名稱：適用于薄型掃描裝置的透鏡模組的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種透鏡模組，更具體地說，涉及一種適用于薄型掃描裝置的透鏡模組。
背景技術：
近年來，掃描裝置逐漸受到普遍使用，并且掃描裝置的功能也越來越多，而其體積卻持續朝著小型化的目標邁進。掃描裝置的體積大小，主要由掃描裝置內部的光機(carriage)尺寸所決定。該光機主要是利用光學成像原理，將原稿的影像透過一透鏡模組成像到影像感測器上。
目前決定光機體積的關鍵因素為透鏡模組的總光程以及后焦距的長短。若透鏡模組的總光程或后焦距較長，則光機的整體體積勢必較大。雖然縮小總光程可以有助于光機尺寸的縮小，但是需要有能配合上述總光程的透鏡模組才能達到良好的成像效果。
在美國專利第5,386,312、5,731,915、6,014,262、6,147,811、6,208,474號中已經揭露出多種型式的透鏡模組，然而，上述透鏡模組仍無法符合目前近一步的需求。因此，如何設計出一種即能縮短總光程，同時又具有良好成像效果的透鏡模組，是目前所欲解決的問題。
發明內容
因此，本發明的主要目的在于提供一種適用于薄型掃描裝置的透鏡模組。
本發明的另一目的在于提供一種具有良好成像效果的透鏡模組。
為了實現上述目的，本發明中適用于薄型掃描裝置的透鏡模組，是將來自原稿的復數光線成像在影像感測器上。
該透鏡模組從原稿側依序包含具有相反正負符號的焦距與形狀因子的第一至第二透鏡；光閘；以及分別具有正、正、負符號的焦距及正、負、正符號的形狀因子的第三至第五透鏡；其中，復數光線包含通過所述光閘一中心的復數主光線，該復數主光線包含一由原稿一零視場傳輸至影像感測器一零視場的零視場的主光線；以及一由原稿一全視場傳輸至影像感測器一全視場的全視場的主光線，這些主光線從原稿傳輸至第一透鏡的距離定義為一物距，這些主光線從原稿傳輸至該影像感測器的距離定義為一總光程；在該第一至第五透鏡中具有最大直徑的透鏡具有兩面，該兩面的曲率中心具有相同的正負符號；所述光閘的一直徑除以所述第五透鏡的一直徑小于0.5；在所述透鏡模組與所述影像感測器之間，所述零視場的主光線與全機場的主光線之間的一夾角大于30度；所述總光程小于物距的1.5倍；所述總光程小于一像高的5倍。
本發明依據上述限制條件，即可設計出適用于薄型掃描裝置的透鏡模組，并具有良好的成像效果。
下面將結合附圖對本發明中的具體實施例作進一步詳細說明。
圖1是本發明中光機內部結構的示意圖；圖2是本發明第一實施例中透鏡模組的簡化示意圖；圖3是本發明第一實施例中透鏡模組的光扇圖；圖4是本發明第一實施例中透鏡模組的光點圖；圖5是本發明第一實施例中透鏡模組的畸變像差圖；圖6是本發明第二實施例中透鏡模組的簡化示意圖；
圖7是本發明第二實施例中透鏡模組的光扇圖；圖8是本發明第二實施例中透鏡模組的光點圖；圖9是本發明第二實施例中透鏡模組的畸變像差圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明中的光機用于掃描一原稿5，該原稿5可以置放在玻璃視窗7上。其中，光機包含有一光源1，四片反射鏡2，一透鏡模組3及一電荷耦合元件(CCD)影像感測器4。由光源1發出的光線6照明原稿5，原稿5將光線6反射至反射鏡2，反射鏡2的配置使得光線6通過透鏡模組3而成像在CCD影像感測器4上。
本發明所欲以模擬方式尋得的透鏡模組乃是針對五片透鏡再加上一個光閘(stop)結構。如圖2所示，值得注意的是，本圖忽略了原稿端玻璃視窗的厚度3毫米以及CCD影像感測器的罩覆玻璃的厚度0.7毫米。參見圖2，本發明中的透鏡模組3包含一第一透鏡31、一第二透鏡32、一第三透鏡3 3、一第四透鏡34、一第五透鏡35及一光閘36。光閘36設在第二透鏡32與第三透鏡33之間。上述透鏡31～35及光閘36的特性均可進行選擇性地改變，其取決于設計需求。
光線6包含有通過光閘36一中心37的復數主光線60。該復數主光線60包含一零視場的主光線(chief ray at zero-field)62，該零視場的主光線62由原稿5的一零視場(中心)51傳輸至影像感測器4的一零視場(中心)41；以及一全視場的主光線(chief ray at full-field)64，該全視場的主光線64由原稿5的一全視場(周邊)52傳輸至影像感測器4的一全視場(周邊)42，其中這些主光線60從原稿5傳輸至第一透鏡31的距離定義為物距P，而這些主光線60從原稿5傳輸至影像感測器4的距離定義為總光程TT。透鏡的外形可由形狀因子(shape factor)來描述，形狀因子的絕對值越大，代表透鏡表面越彎曲。為了便于了解起見，在此先定義透鏡的曲率中心在相對靠近影像感測器4的情況下為正，在相對靠近原稿5的情況下為負。此外，位于光閘36與原稿5之間的第一透鏡31與第二透鏡32稱為前群透鏡組，而位于光閘36與影像感測器4之間的第三至第五透鏡33～35稱為后群透鏡組。
經過對上述透鏡模組3中各構件參數值(例如各透鏡的曲率中心及直徑、光閘的大小、全視場的主光線與零視場的主光線的夾角、像高、以及TT與P的關系等等)的調整，配合光學模擬軟件、實際組配以及本發明所欲達成的效果，而得出符合本發明目標的透鏡模組3應符合下述條件1.在后群透鏡組中，第三至第五透鏡33～35的焦距分別為正值、正值、及負值；而在前群透鏡組中，第一與第二透鏡31、32的焦距值具有相反的正負符號。
2.在后群透鏡組中，第三至第五透鏡33～35的形狀因子分別為正值、負值及正值；而在前群透鏡組中，第一與第二透鏡31、32的形狀因子具有相反的正負符號。
3.在第一至第五透鏡31～35之間具有最大直徑的透鏡兩面的曲率中心具有相同的正負符號；4.光閘36的直徑除以第五透鏡35的直徑小于0.5；5.在鏡模組3與影像感測器4之間，零視場的主光線62與全視場的主光線64之間的夾角θ大于30度；6.TT/P＜1.5；7.TT/像高＜5。
以下列出一組符合上述限制條件的透鏡模組。
將本發明使用在搭配Toshiba 2950 CCD(1,200 DPI、4μm交錯配置成2,400 DPI、21，432像素)的掃描器上。
1.第一透鏡31至第五透鏡35的焦距分別為21.95、-13.60、9.80、205.94、-15.78；2.第一透鏡31至第五透鏡35的形狀因子分別為3.64、-0.97、0.29、-32.09、2.78；
3.直徑最大的透鏡兩面的曲率中心分別為-6.08及-12.94；4.(光閘直徑)/(最末片透鏡的直徑)＝0.28；5.靠近影像感測器4這一側的全視場的主光線64與零視場的主光線62的夾角θ為40度；6.TT/P＝1.22；及7.TT/像高＝4.66透鏡模組的像差好壞可由光扇圖中得知，如圖3所示，最大刻度為±50微米，PX與PY分別指的是在X方向與Y方向的光閘大小。像高IMA為0mm的為球差(spherical aberration)，像高為20.4mm的為離軸像差(off-axisaberration)，EY為徑向像差(sagittal aberration)，EX為切向像差(tangential aberration)。在本光扇圖中，可以看出即使是離軸像差也在20μm以下，因此本透鏡模組的效果相當良好。
如圖4所示，成像面中心及周邊的像點大小，此實施例中CCD的像素大小為4μm，而此透鏡模組的像點大小中心與周邊分別為2.9及3.1μm，表示成像品質不錯。
如圖5所示，本實施例中的畸變像差也在1％以下，因此效果也不錯。
如圖6所示，本發明中第二實施例，值得注意的是，本圖忽略了原稿端玻璃視窗的厚度3毫米以及CCD影像感測器的罩覆玻璃的厚度0.7毫米。本實施例中的透鏡模3的配置和定義與第一實施例相同，只不過本發明人得出另一類型適用于薄型掃描裝置的透鏡模組，該透鏡模組也滿足上述限制條件。
以下列出一組符合上述限制條件的本發明第二實施例中的透鏡模組。
本實施例使用在搭配Toshiba 2950 CCD(1,200 DPI、4μm交錯配置成2,400 DPI、21，432像素)的掃描器上。
1.第一至第五透鏡31～35的焦距分別為-42.43、24.68、24.56、27.16、-10.18；2.第一至第五透鏡31～35的形狀因子分別為-4.50、3.34、0.43、-3.29、2.71；3.直徑最大的透鏡兩面的曲率中心分別為18.16、11.56，同為正值；4.(光閘直徑)/(最末片透鏡的直徑)＝0.29；5.靠近影像感測器4這一側的全視場的主光線64與零視場的主光線62的夾角θ為36度；6.TT/P＝1.46；及7.TT/像高＝4.66.
如圖7所示，可以看出即使利用該實施例二的透鏡模組時離軸像差也在20μm以下，因此本透鏡模組的效果相當良好。
如圖8所示，在該圖中示出了成像面中心及周邊的像點大小，此實施例中CCD的像素大小為4μm，而此透鏡模組的像點大小中心與周邊分別為3.2及4.0μm，也表示出成像品質不錯。
如圖9所示，在該圖中示出了本發明第二實施例中透鏡模組的畸變像差圖，由圖可知，本實施例中透鏡模組的畸變像差在1％以下，因此效果也不錯。
本發明針對上述限制條件，配合光學模擬軟件進行透鏡模組的設計，發現只要符合上述限制條件，即可設計出適用于薄型掃描裝置并具有良好成像結果的透鏡模組，依據落在上述限制條件所設計出來的光機厚度，可以縮小至大約20毫米，因此可適用于薄型掃描裝置。
以上雖然對本發明中的較佳實施例作了說明，但并不能作為本發明的保護范圍，即對本領域的普通技術人員來說應該明白，在不脫離本發明的設計精神下可以對其作出等效的變化與修飾，因此，凡是在不脫離本發明的設計精神下所作出的等效變化與修飾，均應認為落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種適用于薄型掃描裝置的透鏡模組，該透鏡模組將來自一原稿的復數光線成像在一影像感測器上，該透鏡模組從原稿側依序包含一第一透鏡，該第一透鏡具有一正焦距及一正形狀因子；一第二透鏡，該第二透鏡具有一負焦距及一負形狀因子；一光閘；一第三透鏡，該第三透鏡具有一正焦距及一正形狀因子；一第四透鏡，該第四透鏡具有一正焦距及一負形狀因子；及一第五透鏡，該第五透鏡具有一負焦距及一正形狀因子，其中復數光線包含有通過所述光閘一中心的復數主光線，該復數主光線包含一由原稿的一零視場傳輸至影像感測器一零視場的零視場的主光線；以及一由原稿的一全視場傳輸至該影像感測器的一全視場的全視場的主光線；這些主光線從原稿傳輸至第一透鏡的距離定義為一物距，這些主光線從原稿傳輸至影像感測器的距離定義為一總光程；在所述第一至第五透鏡中具有最大直徑的透鏡具有兩面，該兩面的曲率中心具有相同的正負符號；所述光閘的直徑除以所述第五透鏡的直徑小于0.5；在所述透鏡模組與所述影像感測器之間，零視場的主光線與全視場的主光線之間的一夾角大于30度；所述總光程小于物距的1.5倍；且所述總光程小于一像高的5倍。
2.根據權利要求1中所述的透鏡模組，其特征在于所述光閘的直徑除以第五透鏡的直徑等于0.28。
3.根據權利要求1中所述的透鏡模組，其特征在于所述零視場的主光線與全視場的主光線之間的夾角為37度。
4.根據權利要求1中所述的透鏡模組，其特征在于所述總光程等于物距的1.22倍。
5.根據權利要求1中所述的透鏡模組，其特征在于所述總光程等于像高的4.66倍。
6.一種適用于薄型掃描裝置的透鏡模組，該透鏡模組將來自一原稿的復數光線成像在一影像感測器上，該透鏡模組從原稿側依序包含一第一透鏡，該第一透鏡具有一負焦距及一負形狀因子；一第二透鏡，該第二透鏡具有一正焦距及一正形狀因子；一光閘；一第三透鏡，該第三透鏡具有一正焦距及一正形狀因子；一第四透鏡，該第四透鏡具有一正焦距及一負形狀因子；及一第五透鏡，該第五透鏡具有一負焦距及一正形狀因子，其中復數光線包含通過所述光閘一中心的復數主光線，該復數主光線包含一由原稿一零視場傳輸至影像感測器一零視場的零視場的主光線；以及一由原稿一全視場傳輸至影像感測器一全視場的全視場的主光線，這些主光線從原稿傳輸至第一透鏡的距離定義為一物距，這些主光線從原稿傳輸至該影像感測器的距離定義為一總光程；在所述第一至第五透鏡中具有最大直徑的透鏡具有兩面，該兩面的曲率中心具有相同的正負符號；所述光閘的一直徑除以所述第五透鏡的一直徑小于0.5；在所述透鏡模組與所述影像感測器之間，所述零視場的主光線與全機場的主光線之間的一夾角大于30度；所述總光程小于物距的1.5倍；所述總光程小于一像高的5倍。
7.根據權利要求6中所述的透鏡模組，其特征在于所述光閘的直徑除以第五透鏡的直徑等于0.29。
8.根據權利要求6中所述的透鏡模組，其特征在于所述零視場的主光線與全機場的主光線之間的夾角為36度。
9.根據權利要求6中所述的透鏡棋組，其特征在于所述總光程等于物距的1.46倍。
10.根據權利要求6中所述的透鏡模組，其特征在于所述總光程等于像高的4.66倍。
全文摘要
本發明公開了一種適用于薄型掃描裝置的透鏡模組，該透鏡模組用于將來自原稿的光線成像在影像感測器上。該透鏡模組從原稿側依序包含有具有相反正負符號的焦距與形狀因子的第一至第二透鏡；光閘；以及分別具有正、正、負符號的焦距及正、負、正符號的形狀因子的第三至第五透鏡。其中，具有最大直徑的透鏡兩面的曲率中心具有相同的正負符號；光閘的直徑除以第五透鏡的直徑小于0.5；在透鏡模組與影像感測器之間，零視場的主光線與全視場的主光線之間的夾角大于30度；總光程小于物距的1.5倍，同時總光程小于像高的5倍。
文檔編號G02B13/22GK1521528SQ0310265
公開日2004年8月18日 申請日期2003年2月13日 優先權日2003年2月13日
發明者王苑麟, 連俊杰 申請人:全友電腦股份有限公司