圖象讀取設備的製作方法
2023-06-13 23:03:16
專利名稱：圖象讀取設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖象讀取設備，且更具體地說，本發明被應用於一種圖象掃描儀、一種膠片掃描儀、以及諸如數字複印機的一種數字圖象讀取設備，其中在該數字圖象讀取設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：
傳統上，已知的有圖象掃描儀或膠片掃描儀，作為用於讀取紙上的圖象或膠片上的圖象信息並把該數據作為數字圖象信息而進行存儲的設備。
至於用在這樣的掃描儀設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，且餘量光量的減小比較小。另外，為了讀取圖象的圖象信息，它應該具有在約-0.1至-1.2(單位放大率)的較低放大率範圍內的橫向放大率。進一步地，為了光學系統的布局的緊湊性(這種緊湊性是從近來的小型化的觀點看所必需的)，確定光學系統的布局的投影透鏡(圖象讀取透鏡)應該具有廣角。
另外，近年來，所要求的解析度在增大，且為了滿足這種要求，光學系統需要具有更高的解析度。然而，近年來dpi(每英寸的點數)增大了，且性能的進一步改善由於衍射限制而變得非常困難。
提高一個光學系統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。或者，一個透鏡系統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，添加一個單獨的透鏡或採用一種結構來改變物-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的透鏡的間隔(即採用可變放大率的透鏡)可以是一種最好的解決方案。採用可變放大率透鏡的圖象讀取設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系統，它包括(按照從物側開始的順序)一個負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(按照從物側開始的順序)具有負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動，而第一透鏡組不沿著光軸方向運動，從而在把圖象平面保持在一個恆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系統涉及到一些不便，即畸變放大非常大，以致作為用於圖象讀取的透鏡的性能不充分。進一步地，雖然在這些參考文獻中結合現有技術而討論了成本降低上的不充分，但在其中卻矛盾地採用了一種具有80或更大的阿貝數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顯示了一種三組結構的變焦距透鏡，它包括(按照從放大側開始的順序)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構中，色差隨放大率改變的變化很大。即使對於一定的變焦距位置可以獲得好的性能，由於色差，最好的聚焦位置會由於放大率的改變而改變。這對於用於圖象讀取的透鏡的性能來說是不充分的。
發明內容
因此，本發明的一個目的，是提供一種圖象讀取設備，其中通過適當地設定部件，而為一個成象光學系統提供了焦距改變裝置和焦點位置調節裝置，從而保證了高解析度的圖象讀取。
本發明的另一個目的，是提供一種圖象讀取設備，它具有1200dpi或更高的解析度，其中保證了令人滿意的光學性能，而不論放大率的改變如何。
根據本發明的一個方面，提供了一種圖象讀取設備，包括照明裝置；讀取裝置；以及，一種成象光學系統，用於在用所述照明裝置進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，所述成象光學系統包括按照從原件表面側的順序依次設置的具有負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，具有負折射作用的一個第三透鏡組；其中，所述圖象讀取設備具有一個焦點位置調節裝置和根據所述成象光學系統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備的一個主掃描方向的單行解析度，K是所述讀取裝置的象素尺寸，且F是所述成象光學系統在最大成象放大率下的F數。
在本發明的該方面的一種優選形式中，第一透鏡組對於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節。
該第一透鏡組可以包括一個負的第一透鏡和一個具有對著讀取裝置側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或正的第一透鏡以及一個負的第二透鏡。
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端處的第一和第二透鏡組之間的間距變得小於在一個廣角端的該第一與第二透鏡組之間的間距，並使得在一個望遠端處的第二與第三透鏡組之間的間距小於在一個廣角端處的第一和第二透鏡組之間的間距，而得到實現。
焦點位置，可通過移動第一至第三透鏡組中最輕的一個透鏡組，而得到調節。
焦點位置可通過移動第二透鏡組而得到調節，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。
焦點位置可通過移動第三透鏡組而得到調節，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，Fw和Ft分別是整個系統在一個廣角端和一個望遠端處的焦距，且BFw是在一個廣角端處從最後一個透鏡表面至所述讀取裝置的距離。
該圖象讀取設備可具有不小於1200dpi的解析度。
從以下結合附圖對本發明的最佳實施例所進行的描述，本發明的這些和其他的目的、特徵和優點將變得顯而易見。
圖1是根據本發明的一個第一實施例的一種透鏡系統的剖視圖；圖2A和2B顯示了在本發明的該第一實施例中在一個廣角端和一個望遠端處的象差；圖3A和3B顯示了在本發明的一個第二實施例中在一個廣角端和一個望遠端處的象差；圖4A和4B顯示了在本發明的一個第三實施例中在一個廣角端和一個望遠端處的象差；圖5A和5B顯示了在本發明的一個第四實施例中在一個廣角端和一個望遠端處的象差；圖6A和6B顯示了在本發明的一個第五實施例中在一個廣角端和一個望遠端處的象差；圖7是示意圖，顯示了根據本發明的一個實施例的一種圖象讀取設備的一個主要部分。
具體實施例方式
以下結合附圖描述本發明的最佳實施例。
圖1是根據用在本發明的一種圖象讀取設備中的一種成象光學系統(原件讀取透鏡)的一個第一實施例的一種透鏡系統的剖視圖。圖2、3、4、5和6顯示了將要用在本發明的一種圖象讀取設備中的一種成象光學系統的第一至第五實施例的象差。
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，左邊對應於對著一個原件P的表面(有所要掃描的圖象)的放大側(長共軛點)，而右邊則對應於對著一個圖象平面Q(有諸如CCD的讀取元件)的縮小側(短共軛點)。在此圖中，剛好在圖象平面Q之前，有一個用於CCD的玻璃蓋或面板。
圖1中以PL表示的是一個成象光學系統(圖象讀取透鏡)，它具有焦距改變裝置和焦點位置調節裝置。它用於把受到諸如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所表示的是用於CCD的一個玻璃蓋或面板。
圖1所示的第一實施例的成象光學系統包括三個透鏡組，即，按照從原件表面P側開始起的順序一個第一透鏡組G1，它具有負折射作用；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，其具有負折射作用。
第一透鏡組G1包括負的第一透鏡(11透鏡)，其包括一個具有較強的折射作用的、對著讀取裝置Q側的凹表面和一個對著原件表面P側的表面；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包括一個負或正的第一透鏡(31透鏡)和一個負的第二透鏡(32透鏡)。
如上所述，本實施例的成象光學系統具有焦距改變裝置和焦點位置調節裝置。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，以進行焦點位置的調節。藉助這種設置，在此實施例中，由於放大率改變而造成的色差變化所引起的聚焦位置誤差、相對於光軸方向的原件位置的任何位置偏離、以及由於放大率誤差引起的任何聚焦位置誤差，都能夠得到校正。
對於在此實施例中從一個廣角端至一個望遠端側的放大率改變，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，在此實施例中，對於將要用於焦點位置的調節的透鏡組，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)得到了採用。
傳統上，由於透鏡的大的焦深，不需要焦點位置調節裝置。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的移動對應於原件表面上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的改變將仍然處於焦深之內。
然而，由於近來高至1200dpi的解析度改進，產生了一個問題，即，即使在焦深內，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被提供有焦點位置調節功能。
焦點位置調節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。當然，為了校正它，可以採用用於對透鏡組的位置改變所引起的放大率改變量進行電校正的任何裝置。通過把各個透鏡製成預定的形狀，第一透鏡組G1的後主點變得接近原件表面P側，且這避免了透鏡直徑的擴大。
因此，在此實施例中，作為使得能夠採用高解析度的投影光學系統PL的一個先決條件，以下的條件(1)得到了滿足。成象光學系統PL由三個組構成，其中焦點位置調節功能由第二透鏡組G2或第三透鏡組G3提供。另外，且更優選地，以下的條件(2)-(5)中的至少一個得到了滿足。
即，在此實施例中，部件得到了適當設定，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/mm)是沿著圖象讀取設備的主掃描方向的每線解析度；K是讀取裝置(檢測器)的象素的尺寸F是成象光學系統PL在最大放大率下的F數；Lt是(i)在一個望遠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分別是整個系統在廣角端和在望遠端處的焦距；且，BFw是在廣角端處從最後的透鏡表面至讀取裝置Q的距離(如果在該透鏡最後表面與讀取裝置Q之間有一個面板或濾色器等，則它可以被轉換成空氣中的距離)。
以下描述條件(1)-(5)的技術含意。
條件(1)是為了保證圖象讀取設備與將要安裝在其中的一個成象光學系統之間的匹配。在此提到的解析度R是dpi(每英寸的點數)中的英寸單位被轉換成毫米單位時的解析度，因而它意味著每毫米的點數。雖然單位體系是不同的，但所表示的則是相同的事情。另外，其中發生了所謂的「象素滑動」，在滑動之前的每單條線解析度被表示為R。符號K表示諸如CCD或CMOS的檢測器的象素尺寸。
如果成象光學系統的F數(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，對於高解析度讀取，MTF將由於衍射而發生大幅度的減小，且將不再能獲得足夠的解析度。如果發生這種情況，則即使焦點位置調節裝置運行，也沒有能夠獲得令人滿意的解析度的位置。因此，焦點位置調節裝置本身的設置變得沒有意義。相反地，如果F數(Fno)變亮得超出了條件(1)的上限，則MTF的響應將達到峰值，從而使得即使是在由於焦點位置調節裝置造成的小的焦點位置誤差的情況下也不能獲得MTF響應。進一步地，如果檢測器的象素尺寸變得太大，將導致檢測器長度本身的增大，這造成了成象光學系統的尺寸的加大或檢測器的成本的增加。
當然，在1200dpi或更高的高解析度的情況下，這些不便變得更為顯著。
上述的峰值響應指的是這樣的現象，即，在其中橫坐標表示聚焦偏離且縱坐標表示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，在本實施例中，聚焦透鏡的非常小的運動將造成MTF的大的改變。因此，很難對聚焦透鏡進行控制以將其置於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，其中焦點位置由第二透鏡組來調節。它一方面要保證透鏡系統在總體上的緊湊性，另一方面即使在焦點位置調節期間也要保持足夠的清晰度。如果透鏡組間距變得窄於條件(2)的下限，或者第二透鏡組的焦距變長而造成運動量的增加，則由於原件位置的改變或因為製造誤差產生的望遠端位置的改變而導致的聚焦位置的改變將引起透鏡組的幹擾。相反地，如果透鏡組間距變得寬於條件(2)的上限，透鏡系統總體上將變得過大。另外，如果第二透鏡組的焦距變得短於該上限，將產生這樣的問題，即由於第二透鏡組的位置靈敏度的增大而導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，且它涉及當焦點位置將要由第三透鏡組調節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位置調節期間也保持足夠的清晰度。如果透鏡組間距變得窄於條件(3)的上限或第三透鏡組的焦距變得過長而造成運動量的增加，則由於原件位置的改變或製造誤差產生的望遠端位置的改變導致的聚焦位置的改變將造成透鏡組的幹擾。相反地，如果透鏡組間距變得寬於條件(3)的下限，透鏡系統在總體上變得過大。另外，如果第三透鏡組的焦距變得短於該上限，將產生這樣的問題，即，由於第三透鏡組的位置靈敏度的增加，而導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的緊湊性並對畸變象差進行良好的校正。如果第一透鏡組的焦距變得長於條件(4)的上限，第一透鏡組變大且畸變象差變得嚴重。如果第一透鏡組的焦距變得短於條件(4)的下限，第一透鏡組中的畸變象差變得嚴重，且為了對其進行校正就必須加大整個透鏡系統。
條件(5)涉及望遠端處的後焦距(從最後一個透鏡表面至圖象平面的等效空氣距離)與廣角端與望遠端的中點處的整個透鏡系統的焦距之間的比值。它一方面要保證整個系統的緊湊性，且另一方面要減小由於焦點位置的調節而引起的象差的改變。如果該後焦距變得短於條件(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。如果該焦距變得長於該下限，物-象距離增大且透鏡系統在總體上會加大。相反地，如果條件(5)的上限被超過，由於角度的加寬，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。
更優選地，在本實施例中，條件(1)-(5)的數值範圍可以被設定如下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』)在此實施例中，如上所述，具有焦距改變裝置的成象光學系統PL被提供有焦點位置調節裝置，藉助該焦點位置調節裝置，隨著dpi的增加而產生的對焦點位置調節的嚴格要求能夠得到完全的滿足。
因此，藉助本實施例，即使在1200dpi或更高的圖象讀取設備中，也能夠實現令人滿意的焦點位置調節。
進一步地，在本實施例中，第一透鏡組G1由具有負折射作用的一個透鏡組構成，從而實現了第一透鏡組G1的尺寸的減小。另外，在此實施例中，成象光學系統PL由以下按照從原件表面P側開始的順序設置的部分構成具有負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、以及具有負折射作用的第三透鏡組G3。這保證了後焦距和透鏡的總長度的減小。進一步地，在此實施例中，放大率改變功能和焦點位置調節功能由第二和第三透鏡組G2和G3實現。這有效地減小了成象光學系統PL的尺寸。進一步地，在此實施例中，成象光學系統PL具有如上所述的結構，且這有效地保證了緊湊性和更好的象差校正。
進一步地，在此實施例中，焦點位置調節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)執行的。這有效地減小了諸如馬達的驅動裝置的負荷，且能夠採用尺寸較小的驅動裝置。
以下描述與本發明的第一至第五實施例相應的數值例1-5。在數值例1-5中，Ri是按照從原件表面側起的第i個透鏡表面的曲率半徑，Di是從原件表面側起的第i個光學部件的厚度或空氣間隔，且Ni和νi分別是從原件表面側起的第i個光學部件的折射率和阿貝數。至於非球面表面形狀，當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分別為非球面表面係數，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是整個系統的焦距，FNo是當圖象距離為無窮時的F數，β是成象放大率(圖象讀取放大率)，且R18-R19表示CCD的一個蓋或保護玻璃的表面。
另外，以下的表1顯示了上述條件與這些數值例的數值之間的關係。數值例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＝∞D18＝0.70 N9＝1.51633ν9＝64.2R19＝∞可變間距\β-0.189-0.378D425.331 2.013D137.041 1.613解析度2400dpi，象素尺寸4μm數值例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解析度1200dpi，象素尺寸8μm數值例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＝∞D18＝0.70 N9＝1.51633ν9＝64.2R19＝∞可變間距\β-0.189-0.321D419.898 2.279D1311.968 7.660解析度2040dpi，象素尺寸4μm數值例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
解析度2040dpi，象素尺寸4μm數值例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＝∞D18＝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解析度2222dpi，象素尺寸8μm表1條件 第一 第二 第三 第四 第五編號實施例實施例實施例實施例實施例(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
(圖象讀取設備)圖7是諸如數字複印機的一種圖象讀取設備的主部分的示意圖，其中包括了根據數值例1-5中的任何一個的成象光學系統(圖象讀取透鏡)。
在圖中以標號72表示的，是一個原件臺玻璃，在其上放置原件71。標號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、一個成象光學系統79、以及諸如線檢測器的讀取裝置80。藉助諸如副掃描馬達的驅動單元(未顯示)，它沿著一個副掃描方向(圖7中的箭頭A的方向)進行掃描，以對原件71上的圖象信息進行讀取。照明光源74包括例如螢光燈或滷燈。反射蓋板73用於反射來自光源74的光，以對圖象進行有效的照明。第一、第二、第三和第四反射鏡75、76、77和78用於在支座81內偏轉來自原件71的光。成象光學系統79是一個圖象讀取透鏡並具有根據前述數值例1-5中的任何一個的結構。它用於根據原件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)。標號82表示該設備的一個主單元，且標號83表示一個壓板。
在此實施例中，從照明光源74發出的光直接或通過反射蓋73而對原件71進行照明。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所偏轉的路徑而被引導，並被成象光學系統79成象在CCD表面80上。通過藉助副掃描馬達而沿著箭頭A(副掃描方向)移動支座81，圖象信息得到讀取。
在此實施例中，根據數值例1-5中的任何一個的一種成象光學系統被應用於整體類型(平坦的底座型)的圖象讀取設備中。然而，本發明不限於此，本發明也可以被類似地應用於具有一種1∶2掃描光學系統的一種圖象讀取設備中。
進一步地，雖然在此實施例中，根據數值例1-5中的任何一個的一種成象光學系統被應用於一種數字複印機的一種圖象讀取設備中，本發明不限於此。且它可被應用於各種類型的、諸如圖象掃描儀和膠片掃描儀的圖象讀取設備中。
根據如上所述的本發明，一種成象光學系統被提供有焦距改變裝置和焦點位置調節裝置，且通過適當地設定部件，能夠實現一種能夠以高解析度對圖象進行讀取的圖象讀取設備。
另外，根據本發明，一種成象光學系統可包括一個負的第一透鏡組、一個正的第二透鏡組、以及一個負的第三透鏡組。第二和第三透鏡組可以被移動以進行放大率改變，而第二透鏡組和/或第三透鏡組可以被移動以進行焦點位置的調節。藉助這種設置，能夠實現一種圖象讀取設備，該圖象讀取設備能夠以非常高的解析度對圖象進行讀取並具有一種緊湊的成象光學系統。
雖然以上結合在此公布的結構對本發明作了描述，但本發明不限於所給出的細節，且本申請包括了在所附權利要求書所限定的範圍內的所有修正和變形。
權利要求
1.一種圖象讀取設備，包括照明裝置；讀取裝置；以及成象光學系統，用於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，所述成象光學系統包括按照從原件表面側起依次設置的具有負折射作用的第一透鏡組、具有正折射作用的第二透鏡組、以及具有負折射作用的第三透鏡組；其中所述圖象讀取設備具有基於所述成象光學系統的所述透鏡組中的至少一個的運動的一種焦點位置調節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備的一個主掃描方向的每條線的解析度，K是所述讀取裝置的象素尺寸，且F是所述成象光學系統在一個最大成象放大率下的F數。
2.根據權利要求1的設備，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節。
3.根據權利要求1的設備，其中所述第一透鏡組包括一個負的第一透鏡和具有對著讀取裝置側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的或正的第一透鏡以及一個負的第二透鏡。
4.根據權利要求1的設備，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端處的第一與第二透鏡組之間的間距變得小於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端處的第二與第三透鏡組之間的間距變得小於在一個廣角端處的第一與第二透鏡組之間的間距，而得到執行。
5.根據權利要求1-4中的任何一項的設備，其中所述焦點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節。
6.根據權利要求1的設備，其中所述焦點位置可通過移動第二透鏡組而得到調節，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.根據權利要求1的設備，其中所述焦點位置可通過移動第三透鏡組而得到調節，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是在一個望遠端處的第二和第三透鏡組之間的間距。
8.根據權利要求1的設備，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，Fw和Ft分別是整個系統在一個廣角端和在一個望遠端處的焦距，且BFw是在一個廣角端處從最後一個透鏡表面至所述讀取裝置的距離。
9.根據權利要求1-8中的任何一項的設備，其中所述設備具有不小於1200dpi的解析度。
全文摘要
一種圖象讀取設備，包括照明裝置；讀取裝置；以及，成象光學系統，用於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。所述成象光學系統包括按照從原件表面側起依次設置具有負折射作用的第一透鏡組、具有正折射作用的第二透鏡組、以及具有負折射作用的第三透鏡組。所述圖象讀取設備圖象讀取設備具有基於所述成象光學系統的所述透鏡組中的至少一個的運動的一種焦點位置調節功能和一種焦距改變功能。在所述成象光學系統中，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備的一個主掃描方向的每條線的解析度，K是所述讀取裝置的象素尺寸，且F是所述成象光學系統在一個最大成象放大率下的F數。
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 優先權日2002年1月7日
發明者栃木伸之 申請人:佳能株式會社