圖像讀取透鏡、圖像讀取裝置和成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合于讀取諸如圖像掃描儀的圖像讀取裝置或者諸如傳真機或者數(shù) 字復(fù)印機的成像裝置中的文檔的圖像的成像透鏡，以及涉及結(jié)合了這樣的成像透鏡的圖像 讀取裝置和成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像讀取裝置被設(shè)置在圖像掃描儀、傳真機、或者數(shù)字復(fù)印機中用于讀取文檔的 圖像。在裝置中，利用成像透鏡來縮小文檔的圖像尺寸，縮小的光學圖像在諸如CCD(電荷 耦合裝置）的固態(tài)圖像傳感器上被捕獲，并且圖像信息被轉(zhuǎn)換為電子圖像數(shù)據(jù)。為了讀取 彩色文檔信息，其中具有紅色、綠色、和藍色過濾器的光接收元件排列成三列的三線陣CXD 圖像傳感器被用于在光接收表面上形成縮小的光學圖像，并將圖像的顏色分解成三原色。 由此，彩色圖像信息被轉(zhuǎn)換為信號。這種圖像讀取透鏡在圖像平面上在高空間頻率區(qū)域中 需要有高對比度、以及到圖像周邊高達接近100%的高開口效率。并且，為了正確讀取彩色 文檔，必須在光接收表面上沿著光軸排列三原色的成像位置并精確地校正各個色差。廣泛 使用的高斯圖像讀取透鏡是可以實現(xiàn)高分辨率的相對大孔徑的透鏡。然而，為了獲得當前 希望的高性能，這種高斯透鏡結(jié)構(gòu)有需要6個以上大量透鏡的問題，諸如四組六個透鏡或 者五組八個透鏡。
[0003] 鑒于這個，日本專利No. 3939908公開了一種圖像讀取透鏡，該圖像讀取透鏡包含 三到五個透鏡，比高斯透鏡的透鏡少，并且該圖像讀取透鏡發(fā)揮類似的或者更高的光學性 能。這個圖像讀取透鏡可以最少由三個透鏡組成，而且最接近圖像并被布置為鄰近于圖像 平面的透鏡具有負的光焦度。由此，它可以容易地校正多種色差并獲得高性能。
[0004] 然而，上述參考文獻無法解決透鏡性能在由于如CCD的成像單元的熱輻射量或者 高亮度光源的散熱量增加而造成的圖像讀取裝置內(nèi)部的熱量增加、以及縮小的圖像讀取裝 置的尺寸和圖像讀取裝置的高速運行期間內(nèi)劣化的問題。裝置內(nèi)的熱量增加導(dǎo)致熱膨脹以 及圖像讀取透鏡的材料的折射率的變化，使得圖像讀取透鏡的焦距改變。進一步，成像單元 的熱輻射引起對于成像單元和圖像讀取透鏡的保持器的熱膨脹、透鏡成像位置和成像平面 之間的位置關(guān)系的移動、以及透鏡性能的劣化。進一步，上述參考文獻僅公開了具有最高達 大約45度的視場角的透鏡，并且沒有充分地考慮到縮小圖像讀取裝置的尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種高性能圖像讀取透鏡，該高性能圖像讀取透鏡具有與高斯透 鏡的透鏡個數(shù)一樣少的透鏡個數(shù)的較好設(shè)計的配置并且具有56度以上的較大的視場角， 這可以降低由熱變化造成的光學性能的劣化并正確地校正多個色差。
[0006] 根據(jù)一個實施例，圖像讀取透鏡包含被設(shè)置在物側(cè)上的前透鏡組，該前透鏡組包 含第一至第五透鏡，該第一至第五透鏡包括正透鏡和負透鏡；以及被設(shè)置在像側(cè)上的后透 鏡組，該后透鏡組包含負塑料透鏡，其中，該圖像讀取透鏡具有56度以上的視場角并且被 形成為滿足以下四個條件：
[0007] (1) 0〈 Σ dnN/dt (N) - Σ dnP/dt (P)〈25
[0008] (2)0. 10<fa/fXdn/D<0. 90
[0009] (3)-1. 5<fb/f<-0. 5
[0010] (4)0. 35<dn/D<0. 70
[0011] 這里，2dnN/dt(N)和2dnP/dt⑵是在40至60°C的溫度下前透鏡組的沿著He-Ne 線的分別負和正透鏡的折射率的溫度系數(shù)的IO6倍的總合，fa是前透鏡組的焦距，fb是后 透鏡組的焦距，f是整個圖像讀取透鏡的焦距，d n是前透鏡組和后透鏡組之間的軸上距離， 且D是圖像讀取透鏡的總長度。
【附圖說明】
[0012] 從以下詳細的說明并參考附圖，本發(fā)明的特征、實施例和優(yōu)勢將變得顯而易見。
[0013] 圖1是根據(jù)第一實施例的圖像讀取透鏡的結(jié)構(gòu)的第一實例的橫截面圖；
[0014] 圖2是根據(jù)第一實施例的圖像讀取透鏡的結(jié)構(gòu)的第二實例的橫截面圖；
[0015] 圖3是根據(jù)第一實施例的圖像讀取透鏡的結(jié)構(gòu)的第三實例的橫截面圖；
[0016] 圖4是根據(jù)第一實施例的圖像讀取透鏡的結(jié)構(gòu)的第四實例的橫截面圖；
[0017] 圖5是根據(jù)第一實施例的圖像讀取透鏡的結(jié)構(gòu)的第五實例的橫截面圖；
[0018] 圖6是根據(jù)第一實施例的圖像讀取透鏡的結(jié)構(gòu)的第六實例的橫截面圖；
[0019] 圖7是根據(jù)第一實施例的圖像讀取透鏡的結(jié)構(gòu)的第七實例的橫截面圖；
[0020] 圖8顯示了圖1中的圖像讀取透鏡的第一實例的色差；
[0021] 圖9顯示了圖2中的圖像讀取透鏡的第二實例的色差；
[0022] 圖10顯示了圖3中的圖像讀取透鏡的第三實例的色差；
[0023] 圖11顯示了圖4中的圖像讀取透鏡的第四實例的色差；
[0024] 圖12顯示了圖5中的圖像讀取透鏡的第五實例的色差；
[0025] 圖13顯示了圖6中的圖像讀取透鏡的第六實例的色差；
[0026] 圖14顯示了圖7中的圖像讀取透鏡的第七實例的色差；
[0027] 圖15是根據(jù)第二實施例的圖像讀取裝置的基本部分的橫截面圖；
[0028] 圖16是根據(jù)第三實施例的圖像讀取裝置的基本部分的橫截面圖；以及
[0029] 圖17是根據(jù)第四實施例的成像裝置的基本部分的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0030] 在下文中，將參考附圖詳細地描述圖像讀取透鏡、圖像讀取裝置、和成像裝置的實 施例。
[0031] 根據(jù)第一實施例的圖像讀取透鏡由物側(cè)的前透鏡組和像側(cè)的后透鏡組組成。前透 鏡組包含五個透鏡，該透鏡包括正透鏡和負透鏡。后透鏡組包含負塑料透鏡。
[0032] 根據(jù)一個實施例，在56度以上的視場角處的圖像讀取透鏡被配置成滿足以下四 個條件：
[0033] (1) 0〈 Σ dnN/dt (N) - Σ dnP/dt (P)〈25
[0034] (2)0. 10<fa/fXdn/D<0. 90
[0035] (3)-1. 5<fb/f<-0. 5
[0036] (4)0. 35<dn/D<0. 70
[0037] 這里，Σ dnN/dt (N)和Σ dnP/dt (P)是前透鏡組在40至60C的溫度下沿著He-Ne 線的負和正透鏡各自的折射率的溫度系數(shù)的IO6倍的總合，fa是前透鏡組的焦距，fb是后 透鏡組的焦距，f是整個圖像讀取透鏡的焦距，d n是前透鏡組和后透鏡組之間的軸上距離， 以及D是圖像讀取透鏡的總長度。
[0038] 條件（1)和（2)定義圖像讀取透鏡的成像位置的溫度依賴性。隨著條件（1)的上 限值被超過，包括后透鏡組的塑料透鏡的六個透鏡變得難以發(fā)揮良好的成像性能。同時，隨 著條件（1)的下限值沒有被到達，前透鏡組無法解決在熱量增加期間由后透鏡組的負塑料 透鏡的折射率的減小而造成的焦距的減小。因此，圖像讀取透鏡無法在熱量增加期間擴大 焦距。條件（2)被設(shè)置為通過設(shè)置后透鏡組來正確地跟隨成像位置的改變以及通過調(diào)節(jié)前 和后透鏡組之間的間距來根據(jù)溫度變化而使成像位置最佳化。隨著條件（2)的上限值被超 過，在熱量增加期間圖像讀取透鏡的焦距變得太長，同時隨著條件（2)的下限值沒有被到 達，焦距太短。相應(yīng)地，隨著條件（2)的范圍被超過，雖然在裝置的內(nèi)部熱量增加的期間用 于支撐圖像讀取透鏡和線陣CCD或者CMOS的元件被延伸，但是沿光軸的成像位置很大程度 上被偏移。這使得圖像讀取透鏡難以依據(jù)使用環(huán)境獲得高圖像質(zhì)量。
[0039] 也就是說，通過將塑料透鏡設(shè)置在后透鏡組中并且滿足條件（1)和（2)，可以改變 至圖像讀取透鏡的成像位置的距離，接著透鏡保持部延長，并且可以在不同的熱環(huán)境中獲 得高圖像質(zhì)量。并且，當透鏡筒以及前和后透鏡組之間的元件由具有IXKT 5至3ΧΚΓ5的 線性系數(shù)的常規(guī)金屬制成時，條件（2)有效。進一步，如果塑料透鏡的折射率的溫度系數(shù) 是-LOlX 1(T4/°C并且來自元件的影響被消除以便詳細地將至圖像的距離的變化考慮進 來，較佳的是滿足以下條件（2A):
[0040] 0.05^ (fa/fXdn/D)/a ^0.50
[0041] 這里，a是第一和后透鏡組之間的元件的線性膨脹系數(shù)的IO5倍。
[0042] 條件（3)定義整個圖像讀取透鏡和后透鏡組的焦距的比率。隨著條件（3)的上限 值被超過，后透鏡組的負透鏡的光焦度過大，使得難以正確地校正具有56度以上的廣視場 角的色差。同時，隨著條件（3)的下限值沒有被到達，負透鏡的光焦度相對于整個透鏡系統(tǒng) 而言是不充分的，并且僅僅前透鏡組需要校正色差。進一步，條件（4)定義相對于圖像讀取 透鏡的總長度而言前和后透鏡組之間的軸上距離的幅值。隨著條件（4)的上限值被超過， 圖像讀取透鏡的總長度被增加并且尺寸變大。隨著下限值沒有被到達，前透鏡組的直徑被 增大，這增加了尺寸以及圖像讀取透鏡的成本。
[0043] 此外，圖像讀取透鏡通過滿足以下條件（5)可以正確地校正色差：
[0044] 5< V p- V n<30
[0045] 這里，Vp是正透鏡相對于e線的阿貝數(shù)的平均值，并且V 1<是負透鏡相對于e線 的阿