專利名稱：圖象讀取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖象讀取設(shè)備，且更具體地說，本發(fā)明被應(yīng)用于一種圖象掃描儀、一種膠片掃描儀、以及諸如數(shù)字復(fù)印機(jī)的一種數(shù)字圖象讀取設(shè)備，其中在該數(shù)字圖象讀取設(shè)備中利用例如一種線檢測器(CCD)讀取圖象(在一個原件的一個表面上)的圖象信息。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，已知的有圖象掃描儀或膠片掃描儀，作為用于讀取紙上的圖象或膠片上的圖象信息并把該數(shù)據(jù)作為數(shù)字圖象信息而進(jìn)行存儲的設(shè)備。
至于用在這樣的掃描儀設(shè)備中的圖象讀取透鏡，所希望的是畸變象差和色差能夠得到良好的校正，且余量光量的減小比較小。另外，為了讀取圖象的圖象信息，它應(yīng)該具有在約-0.1至-1.2(單位放大率)的較低放大率范圍內(nèi)的橫向放大率。進(jìn)一步地，為了光學(xué)系統(tǒng)的布局的緊湊性(這種緊湊性是從近來的小型化的觀點(diǎn)看所必需的)，確定光學(xué)系統(tǒng)的布局的投影透鏡(圖象讀取透鏡)應(yīng)該具有廣角。
另外，近年來，所要求的分辨率在增大，且為了滿足這種要求，光學(xué)系統(tǒng)需要具有更高的分辨率。然而，近年來dpi(每英寸的點(diǎn)數(shù))增大了，且性能的進(jìn)一步改善由于衍射限制而變得非常困難。
提高一個光學(xué)系統(tǒng)的放大率可能是避免這種問題的一個措施。作為一個例子，可添加一個具有大的放大率的一個透鏡，或者可以改變物-象距離以改變放大率?；蛘?，一個透鏡系統(tǒng)的透鏡之間的間隔可以得到改變，以改變放大率。
然而，從近來要求的小型化和緊湊化的角度看，添加一個單獨(dú)的透鏡或采用一種結(jié)構(gòu)來改變物-象距離的作法都與這些要求相背，因為這些作法導(dǎo)致了總體尺寸的增大。
考慮到這種情況，則改變一個透鏡系統(tǒng)的透鏡的間隔(即采用可變放大率的透鏡)可以是一種最好的解決方案。采用可變放大率透鏡的圖象讀取設(shè)備在日本專利申請公開第63-60886(美國專利第4,585,314)、9-113804(美國專利第5,764,426)、第9-329745和10-206735號中得到了提出。
日本專利申請公開第9-113804號顯示了一種可變放大率的光學(xué)系統(tǒng)，它包括(按照從物側(cè)開始的順序)一個負(fù)的第一透鏡組和一個正的第二透鏡組，其中第一和第二透鏡組的間距是可改變的，以改變整個透鏡系統(tǒng)的焦距。
日本專利申請公開第9-329745號顯示了一種可變放大率透鏡，它包括(按照從物側(cè)開始的順序)具有負(fù)折射作用的一個第一透鏡組；以及，具有正折射作用的一個第二透鏡組，其中只有該第二透鏡組沿著光軸方向運(yùn)動，而第一透鏡組不沿著光軸方向運(yùn)動，從而在把圖象平面保持在一個恒定位置的情況下改變圖象放大率。
然而，在這些公開中的光學(xué)系統(tǒng)涉及到一些不便，即畸變放大非常大，以致作為用于圖象讀取的透鏡的性能不充分。進(jìn)一步地，雖然在這些參考文獻(xiàn)中結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)而討論了成本降低上的不充分，但在其中卻矛盾地采用了一種具有80或更大的阿貝數(shù)的非常昂貴的異常色散玻璃材料。
日本專利申請公開第10-206735顯示了一種三組結(jié)構(gòu)的變焦距透鏡，它包括(按照從放大側(cè)開始的順序)一個第一透鏡組；具有正折射作用的一個第二透鏡組；以及，具有負(fù)折射作用的一個第三透鏡組，其中這些透鏡組被移動以改變放大率。
但是，在該文件所公布的結(jié)構(gòu)中，色差隨放大率改變的變化很大。即使對于一定的變焦距位置可以獲得好的性能，由于色差，最好的聚焦位置會由于放大率的改變而改變。這對于用于圖象讀取的透鏡的性能來說是不充分的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的，是提供一種圖象讀取設(shè)備，其中通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定部件，而為一個成象光學(xué)系統(tǒng)提供了焦距改變裝置和焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置，從而保證了高分辨率的圖象讀取。
本發(fā)明的另一個目的，是提供一種圖象讀取設(shè)備，它具有1200dpi或更高的分辨率，其中保證了令人滿意的光學(xué)性能，而不論放大率的改變?nèi)绾巍?br> 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種圖象讀取設(shè)備，包括照明裝置；讀取裝置；以及，一種成象光學(xué)系統(tǒng)，用于在用所述照明裝置進(jìn)行照明時把一個原件的表面上提供的圖象信息成象到所述讀取裝置的一個表面上，所述成象光學(xué)系統(tǒng)包括按照從原件表面?zhèn)鹊捻樞蛞来卧O(shè)置的具有負(fù)折射作用的一個第一透鏡組、具有正折射作用的一個第二透鏡組、以及，具有負(fù)折射作用的一個第三透鏡組；其中，所述圖象讀取設(shè)備具有一個焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置和根據(jù)所述成象光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組中的至少一個透鏡組的移動的焦距改變功能；且其中條件0.01＜R×K/F＜1.00得到了滿足，其中R是沿著所述圖象讀取設(shè)備的一個主掃描方向的單行分辨率，K是所述讀取裝置的象素尺寸，且F是所述成象光學(xué)系統(tǒng)在最大成象放大率下的F數(shù)。
在本發(fā)明的該方面的一種優(yōu)選形式中，第一透鏡組對于放大率改變被保持固定，其中焦距可通過沿著一個光軸方向移動第二和第三透鏡組中的至少一個透鏡組而得到改變，且其中焦點(diǎn)位置可通過移動第二和第三透鏡組中的至少一個透鏡組而得到調(diào)節(jié)。
該第一透鏡組可以包括一個負(fù)的第一透鏡和一個具有對著讀取裝置側(cè)的一個凹表面的正的第二透鏡，其中該第二透鏡組可包括一個正的第一透鏡、一個正的第二透鏡、一個負(fù)的第三透鏡、以及一個正的第四透鏡，且其中所述第三透鏡組可包括一個負(fù)或正的第一透鏡以及一個負(fù)的第二透鏡。
放大率改變，可通過移動第二和第三透鏡組從而使在一個望遠(yuǎn)端處的第一和第二透鏡組之間的間距變得小于在一個廣角端的該第一與第二透鏡組之間的間距，并使得在一個望遠(yuǎn)端處的第二與第三透鏡組之間的間距小于在一個廣角端處的第一和第二透鏡組之間的間距，而得到實(shí)現(xiàn)。
焦點(diǎn)位置，可通過移動第一至第三透鏡組中最輕的一個透鏡組，而得到調(diào)節(jié)。
焦點(diǎn)位置可通過移動第二透鏡組而得到調(diào)節(jié)，其中條件0.04＜Lt/F2＜0.10可得到滿足，其中F2是第二透鏡組的焦距，且Lt是(i)在一個望遠(yuǎn)端處的第一和第二透鏡組之間間距和(ii)第二與第三透鏡組之間的間距中的較窄者。
焦點(diǎn)位置可通過移動第三透鏡組而得到調(diào)節(jié)，其中條件-0.015＜Lt2/F3＜-0.01可得到滿足，其中F3是第三透鏡組的焦距，且Lt2是在一個望遠(yuǎn)端處第二和第三透鏡組之間的間距。
條件-0.5＜F2/F1＜-0.2和0.3＜BFw/(Fw×Ft)1/2＜0.9可得到滿足，其中Fi是第i個透鏡組的焦距，F(xiàn)w和Ft分別是整個系統(tǒng)在一個廣角端和一個望遠(yuǎn)端處的焦距，且BFw是在一個廣角端處從最后一個透鏡表面至所述讀取裝置的距離。
該圖象讀取設(shè)備可具有不小于1200dpi的分辨率。
從以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施例所進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個第一實(shí)施例的一種透鏡系統(tǒng)的剖視圖；圖2A和2B顯示了在本發(fā)明的該第一實(shí)施例中在一個廣角端和一個望遠(yuǎn)端處的象差；圖3A和3B顯示了在本發(fā)明的一個第二實(shí)施例中在一個廣角端和一個望遠(yuǎn)端處的象差；圖4A和4B顯示了在本發(fā)明的一個第三實(shí)施例中在一個廣角端和一個望遠(yuǎn)端處的象差；圖5A和5B顯示了在本發(fā)明的一個第四實(shí)施例中在一個廣角端和一個望遠(yuǎn)端處的象差；圖6A和6B顯示了在本發(fā)明的一個第五實(shí)施例中在一個廣角端和一個望遠(yuǎn)端處的象差；圖7是示意圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的一種圖象讀取設(shè)備的一個主要部分。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖1是根據(jù)用在本發(fā)明的一種圖象讀取設(shè)備中的一種成象光學(xué)系統(tǒng)(原件讀取透鏡)的一個第一實(shí)施例的一種透鏡系統(tǒng)的剖視圖。圖2、3、4、5和6顯示了將要用在本發(fā)明的一種圖象讀取設(shè)備中的一種成象光學(xué)系統(tǒng)的第一至第五實(shí)施例的象差。
在本說明書中，一個CCD的象素的排列方向(長度方向)被稱為主掃描方向，且與其正交的方向被稱為副掃描方向。
在該透鏡剖視圖中，左邊對應(yīng)于對著一個原件P的表面(有所要掃描的圖象)的放大側(cè)(長共軛點(diǎn))，而右邊則對應(yīng)于對著一個圖象平面Q(有諸如CCD的讀取元件)的縮小側(cè)(短共軛點(diǎn))。在此圖中，剛好在圖象平面Q之前，有一個用于CCD的玻璃蓋或面板。
圖1中以PL表示的是一個成象光學(xué)系統(tǒng)(圖象讀取透鏡)，它具有焦距改變裝置和焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置。它用于把受到諸如Xe(氙)燈的光源的照明的一個原件表面P上提供的圖象信息成象到例如讀取裝置的表面Q上。P表示的是其上提供有圖象信息的一個原件的表面。Q所表示的是一個線檢測器(CCD)，它被用作讀取裝置。SP所表示的是一個光闌，且C所表示的是用于CCD的一個玻璃蓋或面板。
圖1所示的第一實(shí)施例的成象光學(xué)系統(tǒng)包括三個透鏡組，即，按照從原件表面P側(cè)開始起的順序一個第一透鏡組G1，它具有負(fù)折射作用；一個第二透鏡組G2，它具有正折射作用；以及，一個第三透鏡組G3，其具有負(fù)折射作用。
第一透鏡組G1包括負(fù)的第一透鏡(11透鏡)，其包括一個具有較強(qiáng)的折射作用的、對著讀取裝置Q側(cè)的凹表面和一個對著原件表面P側(cè)的表面；以及，一個正的第二透鏡(12透鏡)。第二透鏡組G2包括一個正的第一透鏡(21透鏡)、一個正的第二透鏡(22透鏡)、一個負(fù)的第三透鏡(23透鏡)、以及一個正的第四透鏡(24透鏡)。該第三透鏡組G3包括一個負(fù)或正的第一透鏡(31透鏡)和一個負(fù)的第二透鏡(32透鏡)。
如上所述，本實(shí)施例的成象光學(xué)系統(tǒng)具有焦距改變裝置和焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置。為了改變放大率，在第一透鏡組G1被保持固定的情況下，第二和第三透鏡組G2和G3沿著光軸方向被移動，從而改變放大率。另外，第二透鏡組G2和/或第三透鏡組G3被移動，以進(jìn)行焦點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)。借助這種設(shè)置，在此實(shí)施例中，由于放大率改變而造成的色差變化所引起的聚焦位置誤差、相對于光軸方向的原件位置的任何位置偏離、以及由于放大率誤差引起的任何聚焦位置誤差，都能夠得到校正。
對于在此實(shí)施例中從一個廣角端至一個望遠(yuǎn)端側(cè)的放大率改變，第二透鏡組G2和第三透鏡組G3以這樣的方式移動，即第一和第二透鏡組G1和G2之間的間距和第二和第三透鏡組G2和G3之間的間距都變窄了。
另外，在此實(shí)施例中，對于將要用于焦點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)的透鏡組，這些透鏡組中重量最輕的一個透鏡組(具體地說，第二透鏡組G2或第三透鏡組G3)得到了采用。
傳統(tǒng)上，由于透鏡的大的焦深，不需要焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置。更具體地說，如果一個透鏡的橫向放大率是β，沿著焦距方向的放大率(縱向放大率)α被表示為α＝β×β。如果放大率β是-0.189，此透鏡中的原件位置改變1mm造成了象平面上0.036mm的移動。即，象平面上1mm的移動對應(yīng)于原件表面上28mm的移動。這意味著，如果在象平面處的焦深是0.1mm，則原件表面的2.8mm的改變將仍然處于焦深之內(nèi)。
然而，由于近來高至1200dpi的分辨率改進(jìn)，產(chǎn)生了一個問題，即，即使在焦深內(nèi)，如果離聚焦位置的偏離比較大，讀取的圖象變得不清楚。在此實(shí)施例中，考慮到這個問題，第二透鏡組G2和/或第三透鏡組G3被提供有焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)功能。
焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)透鏡組的位置的移動可以造成放大率的略微改變。然而，放大率改變的量是非常小的，且在許多情況下，它不造成問題。當(dāng)然，為了校正它，可以采用用于對透鏡組的位置改變所引起的放大率改變量進(jìn)行電校正的任何裝置。通過把各個透鏡制成預(yù)定的形狀，第一透鏡組G1的后主點(diǎn)變得接近原件表面P側(cè)，且這避免了透鏡直徑的擴(kuò)大。
因此，在此實(shí)施例中，作為使得能夠采用高分辨率的投影光學(xué)系統(tǒng)PL的一個先決條件，以下的條件(1)得到了滿足。成象光學(xué)系統(tǒng)PL由三個組構(gòu)成，其中焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)功能由第二透鏡組G2或第三透鏡組G3提供。另外，且更優(yōu)選地，以下的條件(2)-(5)中的至少一個得到了滿足。
即，在此實(shí)施例中，部件得到了適當(dāng)設(shè)定，從而滿足以下的條件0.01＜R×K/F＜1.0 (1)0.04＜Lt/F2＜0.10 (2)-0.15＜Lt2/F3＜-0.01(3)-0.5＜F2/F1＜-0.2 (4)0.3＜BFw/(Fw/Ft)1/2＜0.9 (5)其中R(點(diǎn)/mm)是沿著圖象讀取設(shè)備的主掃描方向的每線分辨率；K是讀取裝置(檢測器)的象素的尺寸F是成象光學(xué)系統(tǒng)PL在最大放大率下的F數(shù)；Lt是(i)在一個望遠(yuǎn)端處第一和第二透鏡組G1和G2之間的間距和(ii)第二和第三透鏡組G2和G3之間的間距兩者中比較窄的一個；Lt2是在該望遠(yuǎn)端處第二和第三透鏡組G2和G3之間的間距；Fi是第i個透鏡組Gi的焦距；Fw和Ft分別是整個系統(tǒng)在廣角端和在望遠(yuǎn)端處的焦距；且，BFw是在廣角端處從最后的透鏡表面至讀取裝置Q的距離(如果在該透鏡最后表面與讀取裝置Q之間有一個面板或濾色器等，則它可以被轉(zhuǎn)換成空氣中的距離)。
以下描述條件(1)-(5)的技術(shù)含意。
條件(1)是為了保證圖象讀取設(shè)備與將要安裝在其中的一個成象光學(xué)系統(tǒng)之間的匹配。在此提到的分辨率R是dpi(每英寸的點(diǎn)數(shù))中的英寸單位被轉(zhuǎn)換成毫米單位時的分辨率，因而它意味著每毫米的點(diǎn)數(shù)。雖然單位體系是不同的，但所表示的則是相同的事情。另外，其中發(fā)生了所謂的“象素滑動”，在滑動之前的每單條線分辨率被表示為R。符號K表示諸如CCD或CMOS的檢測器的象素尺寸。
如果成象光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)(Fno)變暗得超出了條件(1)的下限，或者檢測器的象素尺寸變小，對于高分辨率讀取，MTF將由于衍射而發(fā)生大幅度的減小，且將不再能獲得足夠的分辨率。如果發(fā)生這種情況，則即使焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行，也沒有能夠獲得令人滿意的分辨率的位置。因此，焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置本身的設(shè)置變得沒有意義。相反地，如果F數(shù)(Fno)變亮得超出了條件(1)的上限，則MTF的響應(yīng)將達(dá)到峰值，從而使得即使是在由于焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置造成的小的焦點(diǎn)位置誤差的情況下也不能獲得MTF響應(yīng)。進(jìn)一步地，如果檢測器的象素尺寸變得太大，將導(dǎo)致檢測器長度本身的增大，這造成了成象光學(xué)系統(tǒng)的尺寸的加大或檢測器的成本的增加。
當(dāng)然，在1200dpi或更高的高分辨率的情況下，這些不便變得更為顯著。
上述的峰值響應(yīng)指的是這樣的現(xiàn)象，即，在其中橫坐標(biāo)表示聚焦偏離且縱坐標(biāo)表示MTF的曲線圖中，聚焦偏離的小的改變也造成MTF的顯著改變。因此，在本實(shí)施例中，聚焦透鏡的非常小的運(yùn)動將造成MTF的大的改變。因此，很難對聚焦透鏡進(jìn)行控制以將其置于MTF最佳(最大)聚焦位置。
條件(2)涉及透鏡組間距與第二透鏡組的焦距之間的比值，其中焦點(diǎn)位置由第二透鏡組來調(diào)節(jié)。它一方面要保證透鏡系統(tǒng)在總體上的緊湊性，另一方面即使在焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)期間也要保持足夠的清晰度。如果透鏡組間距變得窄于條件(2)的下限，或者第二透鏡組的焦距變長而造成運(yùn)動量的增加，則由于原件位置的改變或因為制造誤差產(chǎn)生的望遠(yuǎn)端位置的改變而導(dǎo)致的聚焦位置的改變將引起透鏡組的干擾。相反地，如果透鏡組間距變得寬于條件(2)的上限，透鏡系統(tǒng)總體上將變得過大。另外，如果第二透鏡組的焦距變得短于該上限，將產(chǎn)生這樣的問題，即由于第二透鏡組的位置靈敏度的增大而導(dǎo)致象差惡化或透鏡光闌位置的精度的容差變小。
條件(3)與條件(2)類似，且它涉及當(dāng)焦點(diǎn)位置將要由第三透鏡組調(diào)節(jié)時透鏡組間距與第三透鏡組的焦距之間的比值。它一方面要保證透鏡在總體上的緊湊性，另一方面要即使在焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)期間也保持足夠的清晰度。如果透鏡組間距變得窄于條件(3)的上限或第三透鏡組的焦距變得過長而造成運(yùn)動量的增加，則由于原件位置的改變或制造誤差產(chǎn)生的望遠(yuǎn)端位置的改變導(dǎo)致的聚焦位置的改變將造成透鏡組的干擾。相反地，如果透鏡組間距變得寬于條件(3)的下限，透鏡系統(tǒng)在總體上變得過大。另外，如果第三透鏡組的焦距變得短于該上限，將產(chǎn)生這樣的問題，即，由于第三透鏡組的位置靈敏度的增加，而導(dǎo)致象差的惡化或透鏡光闌位置的精度的容差變窄。
條件(4)涉及到第一與第二透鏡組之間的焦距的比值，且它要保證整個透鏡系統(tǒng)的緊湊性并對畸變象差進(jìn)行良好的校正。如果第一透鏡組的焦距變得長于條件(4)的上限，第一透鏡組變大且畸變象差變得嚴(yán)重。如果第一透鏡組的焦距變得短于條件(4)的下限，第一透鏡組中的畸變象差變得嚴(yán)重，且為了對其進(jìn)行校正就必須加大整個透鏡系統(tǒng)。
條件(5)涉及望遠(yuǎn)端處的后焦距(從最后一個透鏡表面至圖象平面的等效空氣距離)與廣角端與望遠(yuǎn)端的中點(diǎn)處的整個透鏡系統(tǒng)的焦距之間的比值。它一方面要保證整個系統(tǒng)的緊湊性，且另一方面要減小由于焦點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)而引起的象差的改變。如果該后焦距變得短于條件(5)的下限，則第三透鏡組將會被增大，且偏軸光所通過的望遠(yuǎn)端的鄰近部分中的位置會有大的改變。這造成了象差的大的變化。如果該焦距變得長于該下限，物-象距離增大且透鏡系統(tǒng)在總體上會加大。相反地，如果條件(5)的上限被超過，由于角度的加寬，偏軸光所通過的該位置將有大的改變，造成象差的大的變化。
更優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，條件(1)-(5)的數(shù)值范圍可以被設(shè)定如下0.01＜R×K/Fno＜0.5 (1’)0.05＜Lt/F2＜0.09 (2’)-0.12＜Lt2/F3＜-0.01 (3’)-0.45＜F2/F1＜-0.2(4’)0.35＜BFw/(Fw/Ft)1/2＜0.80 (5’)在此實(shí)施例中，如上所述，具有焦距改變裝置的成象光學(xué)系統(tǒng)PL被提供有焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置，借助該焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置，隨著dpi的增加而產(chǎn)生的對焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)的嚴(yán)格要求能夠得到完全的滿足。
因此，借助本實(shí)施例，即使在1200dpi或更高的圖象讀取設(shè)備中，也能夠?qū)崿F(xiàn)令人滿意的焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)。
進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，第一透鏡組G1由具有負(fù)折射作用的一個透鏡組構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)了第一透鏡組G1的尺寸的減小。另外，在此實(shí)施例中，成象光學(xué)系統(tǒng)PL由以下按照從原件表面P側(cè)開始的順序設(shè)置的部分構(gòu)成具有負(fù)折射作用的第一透鏡組G1、具有正折射作用的第二透鏡組G2、以及具有負(fù)折射作用的第三透鏡組G3。這保證了后焦距和透鏡的總長度的減小。進(jìn)一步地，在此實(shí)施例中，放大率改變功能和焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)功能由第二和第三透鏡組G2和G3實(shí)現(xiàn)。這有效地減小了成象光學(xué)系統(tǒng)PL的尺寸。進(jìn)一步地，在此實(shí)施例中，成象光學(xué)系統(tǒng)PL具有如上所述的結(jié)構(gòu)，且這有效地保證了緊湊性和更好的象差校正。
進(jìn)一步地，在此實(shí)施例中，焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)是由透鏡組中比其他一個透鏡組輕的一個透鏡組(第二透鏡組或第三透鏡組)執(zhí)行的。這有效地減小了諸如馬達(dá)的驅(qū)動裝置的負(fù)荷，且能夠采用尺寸較小的驅(qū)動裝置。
以下描述與本發(fā)明的第一至第五實(shí)施例相應(yīng)的數(shù)值例1-5。在數(shù)值例1-5中，Ri是按照從原件表面?zhèn)绕鸬牡趇個透鏡表面的曲率半徑，Di是從原件表面?zhèn)绕鸬牡趇個光學(xué)部件的厚度或空氣間隔，且Ni和νi分別是從原件表面?zhèn)绕鸬牡趇個光學(xué)部件的折射率和阿貝數(shù)。至于非球面表面形狀，當(dāng)X軸被取在光軸方向上，H軸被取在與該光軸垂直的一個方向上，且光的行進(jìn)方向被取為正，且其中r是近軸曲率場，且B、C和D分別為非球面表面系數(shù)，則其可被表示如下X=(1/r)H21+(1-(1+K)(H/r))2+BH4+CH6+DH8]]>原件臺玻璃和第一透鏡之間的空氣間距被省略了。另外，f是整個系統(tǒng)的焦距，F(xiàn)No是當(dāng)圖象距離為無窮時的F數(shù)，β是成象放大率(圖象讀取放大率)，且R18-R19表示CCD的一個蓋或保護(hù)玻璃的表面。
另外，以下的表1顯示了上述條件與這些數(shù)值例的數(shù)值之間的關(guān)系。數(shù)值例1f＝31.67-49.85 FNo＝5.41-7.06 β＝-0.189--0.378R1＝3718.199 D1＝2.00N1＝1.83400ν1＝37.2R2＝29.332 D2＝6.92R3＝31.269 D3＝3.69N2＝1.84666ν2＝23.8R4＝59.256 D4＝可變R5＝25.443 D5＝3.44N3＝1.58913ν3＝61.1R6＝-142.037 D6＝0.20R7＝17.326 D7＝3.25N4＝1.60311ν4＝60.6R8＝45.871 D8＝0.56R9＝-149.911 D9＝5.82N5＝1.67270ν5＝32.1R10＝13.299D10＝1.80R11＝光闌(SP) D11＝0.32R12＝18.091D12＝3.42 N6＝1.48749ν6＝70.2R13＝-56.815 D13＝可變R14＝-33.700 D14＝6.04 N7＝1.80518ν7＝25.4R15＝-24.938 D15＝6.87R16＝-12.702 D16＝4.70 N8＝1.74949ν8＝35.3R17＝-24.000 D17＝-0.20R18＝∞D(zhuǎn)18＝0.70 N9＝1.51633ν9＝64.2R19＝∞可變間距\β-0.189-0.378D425.331 2.013D137.041 1.613分辨率2400dpi，象素尺寸4μm數(shù)值例2f＝33.373-52.505 FNo＝5.51-7.21 β＝-0.189--0.37 8R1＝-1605.402 D1＝2.50N1＝1.83400ν1＝37.2R2＝32.149D2＝7.28R3＝33.069D3＝3.53N2＝1.84666ν2＝23.8R4＝62.382D4＝可變R5＝30.379D5＝4.45N3＝1.69680ν3＝55.5R6＝-151.690 D6＝0.2 0R7＝18.945D7＝4.13N4＝1.60311ν4＝60.6R8＝43.571D8＝0.64R9＝-107.861 D9＝5.85N5＝1.7211 ν5＝29.2R10＝16.102 D10＝1.38R11＝光闌(SP) D11＝1.90R12＝23.480 D12＝5.79 N6＝1.48749ν6＝70.2R13＝-40.624 D13＝可變R14＝-42.720 D14＝5.00 N7＝1.76182ν7＝26.5R15＝-29.749 D15＝6.00R16＝-14.663 D16＝2.50 N8＝1.65844ν8＝55.9R17＝-30.572 D17＝0.00R18＝∞ D18＝0.70 N9＝1.51633ν9＝64.2R19＝∞可變間距\β-0.189-0.378D425.629 2.039D138.546 2.186分辨率1200dpi，象素尺寸8μm數(shù)值例3f＝36.529-52.057 FNo＝5.03-6.87 β＝-0.189--0.321R1＝-1605.856 D1＝2.50N1＝1.83400ν1＝37.2R2＝32.222 D2＝6.53R3＝32.095 D3＝3.21N2＝1.84666ν2＝23.8R4＝59.983 D4＝可變R5＝35.463 D5＝3.16N3＝1.69680ν3＝55.5R6＝-122.786 D6＝0.20R7＝19.470 D7＝3.58N4＝1.60311ν4＝60.6R8＝47.777 D8＝1.00R9＝-92.035D9＝6.47N5＝1.69895ν5＝30.1R10＝17.159D10＝1.54R11＝光闌(SP) D11＝2.37R12＝23.600D12＝6.41 N6＝1.48749ν6＝70.2R13＝-36.917 D13＝可變R14＝-109.559 D14＝3.55 N7＝1.69895ν7＝30.1R15＝-56.190 D15＝3.45R16＝-14.456 D16＝4.04 N8＝1.51633ν8＝64.2R17＝-38.523 D17＝0.00R18＝∞D(zhuǎn)18＝0.70 N9＝1.51633ν9＝64.2R19＝∞可變間距\β-0.189-0.321D419.898 2.279D1311.968 7.660分辨率2040dpi，象素尺寸4μm數(shù)值例4f＝37.338-53.270 FNo＝5.54-6.81 β＝-0.189--0.321R1＝2410.960D1＝2.23N1＝1.83400ν1＝37.2R2＝32.355 D2＝6.47R3＝32.938 D3＝3.21N2＝1.84666ν2＝23.8R4＝58.559 D4＝可變R5＝29.051 D5＝5.39N3＝1.69680ν3＝55.5R6＝-145.181D6＝0.20R7＝18.701 D7＝3.91N4＝1.60311ν4＝60.6R8＝37.349 D8＝0.91R9＝-90.943 D9＝4.80N5＝1.69895ν5＝30.1R10＝17.086 D10＝1.98R11＝光闌(SP) D11＝1.77R12＝25.356 D12＝4.61 N6＝1.48749ν6＝70.2R13＝-41.637D13＝可變R14＝-68.143D14＝6.23 N7＝1.58306ν7＝30.2R15＝-38.232D15＝3.00R16＝-14.005D16＝4.70 N8＝1.49171ν8＝57.4R17＝-32.658D17＝0.00R18＝∞ D18＝0.70 N9＝1.51633ν9＝64.2R19＝∞非球表面R15K＝1.97457E+0 B＝4.64835E-6 C＝8.16523E-9 D＝-2.36852E-10R17K＝3.39286E-1 B＝-3.59117E-7 C＝-3.92157E-9 D＝7.22697E-11可變間距\β-0.189-0.321D421.412 2.847D1310.047 5.802
分辨率2040dpi，象素尺寸4μm數(shù)值例5f＝40.865-45.272 FNo＝2.76-2.87 β＝-0.5--0.7R1＝130.605D1＝2.50N1＝1.74950ν1＝35.3R2＝33.212 D2＝6.47R3＝35.003 D3＝2.58N2＝1.76182ν2＝26.5R4＝59.804 D4＝可變R5＝28.208 D5＝5.89N3＝1.69680ν3＝55.5R6＝-197.406 D6＝0.20R7＝22.569 D7＝5.37N4＝1.60311ν4＝60.6R8＝35.091 D8＝1.12R9＝-117.824 D9＝6.47N5＝1.78472ν5＝25.7R10＝21.814D10＝1.53R11＝光闌(SP) D11＝2.69R12＝20.782D12＝2.65 N6＝1.48749ν6＝70.2R13＝-110.116 D13＝可變R14＝-56.570 D14＝2.29 N7＝1.58306ν7＝30.2R15＝-20.425 D15＝2.27R16＝-12.595 D16＝4.70 N8＝1.49171ν8＝57.4R17＝-44.903 D17＝0.00R18＝∞D(zhuǎn)18＝0.70 N9＝1.51633ν9＝64.2R19＝∞非球表面R5K＝-4.00013E-1 B＝9.50790E-7 C＝1.68737E-9 D＝4.47396E-12R15K＝8.76396E-1 B＝3.13488E-5 C＝-1.51977E-7 D＝-2.91064E-9R17K＝2.62273E+1 B＝2.37193E-5 C＝-3.86405E-7 D＝8.19581E-9
可變間距\β-0.50 -0.70D415.464 2.995D137.212 6.493分辨率2222dpi，象素尺寸8μm表1條件 第一 第二 第三 第四 第五編號實(shí)施例實(shí)施例實(shí)施例實(shí)施例實(shí)施例(1) 0.054 0.052 0.047 0.047 0.244(2) 0.056 0.063 0.070 0.088 0.085(3)-0.021-0.029-0.114-0.068-0.052(4)-0.372-0.388-0.387-0.394-0.231(5) 0.381 0.392 0.392 0.413 0.756
(圖象讀取設(shè)備)圖7是諸如數(shù)字復(fù)印機(jī)的一種圖象讀取設(shè)備的主部分的示意圖，其中包括了根據(jù)數(shù)值例1-5中的任何一個的成象光學(xué)系統(tǒng)(圖象讀取透鏡)。
在圖中以標(biāo)號72表示的，是一個原件臺玻璃，在其上放置原件71。標(biāo)號81表示一個支座，其中整體地容納有一個照明光源74、一個反射板73、反射鏡75、76、77和78、一個成象光學(xué)系統(tǒng)79、以及諸如線檢測器的讀取裝置80。借助諸如副掃描馬達(dá)的驅(qū)動單元(未顯示)，它沿著一個副掃描方向(圖7中的箭頭A的方向)進(jìn)行掃描，以對原件71上的圖象信息進(jìn)行讀取。照明光源74包括例如熒光燈或鹵燈。反射蓋板73用于反射來自光源74的光，以對圖象進(jìn)行有效的照明。第一、第二、第三和第四反射鏡75、76、77和78用于在支座81內(nèi)偏轉(zhuǎn)來自原件71的光。成象光學(xué)系統(tǒng)79是一個圖象讀取透鏡并具有根據(jù)前述數(shù)值例1-5中的任何一個的結(jié)構(gòu)。它用于根據(jù)原件71的圖象信息而把光成象到讀取裝置80的表面上。讀取裝置80包括一個線檢測器(CCD)。標(biāo)號82表示該設(shè)備的一個主單元，且標(biāo)號83表示一個壓板。
在此實(shí)施例中，從照明光源74發(fā)出的光直接或通過反射蓋73而對原件71進(jìn)行照明。從原件71反射的光沿著被支座81中的第一至第四反射鏡75-78所偏轉(zhuǎn)的路徑而被引導(dǎo)，并被成象光學(xué)系統(tǒng)79成象在CCD表面80上。通過借助副掃描馬達(dá)而沿著箭頭A(副掃描方向)移動支座81，圖象信息得到讀取。
在此實(shí)施例中，根據(jù)數(shù)值例1-5中的任何一個的一種成象光學(xué)系統(tǒng)被應(yīng)用于整體類型(平坦的底座型)的圖象讀取設(shè)備中。然而，本發(fā)明不限于此，本發(fā)明也可以被類似地應(yīng)用于具有一種1∶2掃描光學(xué)系統(tǒng)的一種圖象讀取設(shè)備中。
進(jìn)一步地，雖然在此實(shí)施例中，根據(jù)數(shù)值例1-5中的任何一個的一種成象光學(xué)系統(tǒng)被應(yīng)用于一種數(shù)字復(fù)印機(jī)的一種圖象讀取設(shè)備中，本發(fā)明不限于此。且它可被應(yīng)用于各種類型的、諸如圖象掃描儀和膠片掃描儀的圖象讀取設(shè)備中。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，一種成象光學(xué)系統(tǒng)被提供有焦距改變裝置和焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)裝置，且通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定部件，能夠?qū)崿F(xiàn)一種能夠以高分辨率對圖象進(jìn)行讀取的圖象讀取設(shè)備。
另外，根據(jù)本發(fā)明，一種成象光學(xué)系統(tǒng)可包括一個負(fù)的第一透鏡組、一個正的第二透鏡組、以及一個負(fù)的第三透鏡組。第二和第三透鏡組可以被移動以進(jìn)行放大率改變，而第二透鏡組和/或第三透鏡組可以被移動以進(jìn)行焦點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)。借助這種設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)一種圖象讀取設(shè)備，該圖象讀取設(shè)備能夠以非常高的分辨率對圖象進(jìn)行讀取并具有一種緊湊的成象光學(xué)系統(tǒng)。
雖然以上結(jié)合在此公布的結(jié)構(gòu)對本發(fā)明作了描述，但本發(fā)明不限于所給出的細(xì)節(jié)，且本申請包括了在所附權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)的所有修正和變形。
權(quán)利要求
1.一種圖象讀取設(shè)備，包括照明裝置；讀取裝置；以及成象光學(xué)系統(tǒng)，用于把被所述照明裝置所照射的一個原件的一個表面上提供的圖象信息成象在所述讀取裝置的一個表面上，所述成象光學(xué)系統(tǒng)包括按照從原件表面?zhèn)绕鹨来卧O(shè)置的具有負(fù)折射作用的第一透鏡組、具有正折射作用的第二透鏡組、以及具有負(fù)折射作用的第三透鏡組；其中所述圖象讀取設(shè)備具有基于所述成象光學(xué)系統(tǒng)的所述透鏡組中的至少一個的運(yùn)動的一種焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)功能和一種焦距改變功能；且其中一個條件0.01＜R×K/F＜1.00得到滿足，其中R是沿著所述圖象讀取設(shè)備的一個主掃描方向的每條線的分辨率，K是所述讀取裝置的象素尺寸，且F是所述成象光學(xué)系統(tǒng)在一個最大成象放大率下的F數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述第一透鏡組在放大率改變中被保持固定，其中焦距可通過沿著一個光軸方向移動所述第二和第三透鏡組中的至少一個而得到改變，且其中所述焦點(diǎn)位置可通過移動所述第二和第三透鏡組中的至少一個而得到調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述第一透鏡組包括一個負(fù)的第一透鏡和具有對著讀取裝置側(cè)的一個凹表面的一個正的第二透鏡，其中所述第二透鏡組包括一個正的第一透鏡、一個正的第二透鏡、一個負(fù)的第三透鏡、以及一個正的第四透鏡，且其中所述第三透鏡組包括一個負(fù)的或正的第一透鏡以及一個負(fù)的第二透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中放大率改變，可通過移動第二和第三透鏡組從而使在一個望遠(yuǎn)端處的第一與第二透鏡組之間的間距變得小于在一個廣角端處的第一和第二透鏡組之間的間距且使在一個望遠(yuǎn)端處的第二與第三透鏡組之間的間距變得小于在一個廣角端處的第一與第二透鏡組之間的間距，而得到執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一項的設(shè)備，其中所述焦點(diǎn)位置可通過移動第一至第三透鏡組中重量最輕的一個透鏡組而得到調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述焦點(diǎn)位置可通過移動第二透鏡組而得到調(diào)節(jié)，且其中一個條件0.04＜Lt/F2＜0.10得到滿足，其中F2是第二透鏡組的焦距，且Lt是以下兩者中較窄的一個(i)在一個望遠(yuǎn)端處的第一與第二透鏡組之間的間距，和(ii)第二與第三透鏡組之間的間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述焦點(diǎn)位置可通過移動第三透鏡組而得到調(diào)節(jié)，且其中一個條件-0.015＜Lt2/F3＜-0.01得到滿足，其中F3是第三透鏡組的焦距，且Lt2是在一個望遠(yuǎn)端處的第二和第三透鏡組之間的間距。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中條件-0.5＜F2/F1＜-0.2和0.3＜BFw/(Fw×Ft)1/2＜0.9得到滿足，其中F1是第i個透鏡組的焦距，F(xiàn)w和Ft分別是整個系統(tǒng)在一個廣角端和在一個望遠(yuǎn)端處的焦距，且BFw是在一個廣角端處從最后一個透鏡表面至所述讀取裝置的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任何一項的設(shè)備，其中所述設(shè)備具有不小于1200dpi的分辨率。
全文摘要
一種圖象讀取設(shè)備，包括照明裝置；讀取裝置；以及，成象光學(xué)系統(tǒng)，用于把被所述照明裝置所照射的一個原件的一個表面上提供的圖象信息成象在所述讀取裝置的一個表面上。所述成象光學(xué)系統(tǒng)包括按照從原件表面?zhèn)绕鹨来卧O(shè)置具有負(fù)折射作用的第一透鏡組、具有正折射作用的第二透鏡組、以及具有負(fù)折射作用的第三透鏡組。所述圖象讀取設(shè)備圖象讀取設(shè)備具有基于所述成象光學(xué)系統(tǒng)的所述透鏡組中的至少一個的運(yùn)動的一種焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)功能和一種焦距改變功能。在所述成象光學(xué)系統(tǒng)中，一個條件0.01＜R×K/F＜1.00得到滿足，其中R是沿著所述圖象讀取設(shè)備的一個主掃描方向的每條線的分辨率，K是所述讀取裝置的象素尺寸，且F是所述成象光學(xué)系統(tǒng)在一個最大成象放大率下的F數(shù)。
文檔編號G02B13/18GK1431536SQ03101020
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月7日
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