专利名称：透镜和透镜数组的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种光学装置，本发明更特别揭示一种阿贝(AlDbe)棱镜式透镜、 以及包括复数个Abbe棱镜式透镜的透镜数组组装，用于一表面的高分辨率成像。
背景技术：
在传统上，此用于一对一成像光学扫瞄器的透镜为一种柱状透镜数组。请参考图 1，其显示一习知技术柱状透镜数组100的透视图。此柱状透镜数组100是由复数个光纤柱状透镜110建构而成。每一光纤柱状透镜110是由光纤玻璃束切割而成，且其终端必须被抛光。此复数个光纤柱状透镜110然后并列、以一列或数列的方式而以其光轴平行，配置于一框架120中，且藉由一黏着层130而保持定位。此光纤柱状透镜110典型地由渐变折射率 (GRIN)玻璃束所制成，而其玻璃折射率在制造期间小心控制，以具有渐变折射率，其由中心轴至边缘逐渐地变化。然而，此种型式的透镜制造昂贵。GRIN型式的光纤玻璃束其本身昂贵；而将此等玻璃束切割与抛光至准确长度以形成光纤柱状透镜110，将其组装以致于其轴准确地平行于框架120中，以及将光纤柱状透镜110胶合，以上皆为精准步骤，对于此等步骤此整个技术尚待发展以便满足需求。此外，主要缺点为透镜的型式因为透镜数量多并难以将其朝同方向定位，在透镜的组装形成并没有实用价值，必须放大透镜的成像表面，如使用平坦的表面。为了增加成像分辨率，而须要使用较大数目的较小直径柱状透镜110，此会限制最大分辨率，且在所想要分辨率增加时会驱动成本上升。此外，对于所需GRIN光纤玻璃束的供货商数目有限，因此其基本材料本身昂贵。因此，须要一种改良式透镜数组，对于此数组其材料实质上较便宜、其制造较为简单、且其可以具有优异的成像性质而不会实质上增加成本。
发明内容
为了达成根据本发明目的之此等与其它优点，以及为了克服传统方法的缺点，如同在此实现与广泛说明者，本发明提供一种阿贝(Abbe)棱镜式透镜、以及包括复数个Abbe 棱镜式透镜的透镜数组组装。本发明亦提供一种透镜数组，而将复数个透镜面制成聚合物的表面，因此，可以使用便宜材料而简化制造，且可将透镜配向而无须复杂的制造内部结构。本发明更提供一种透镜数组，其透镜面在设计时可被改变，以支持增加的分辨率。本发明的Abbe棱镜式透镜包括一非球形前透镜，设置在此Abbe棱镜的前表面上；一非球形后透镜，设置在此Abbe棱镜的后表面上；一前底部反射表面；一后底部反射表面；一左顶部反射表面；一右顶部反射表面；一前倾斜表面以及一后倾斜表面，其包括一上后倾斜表面与一下后倾斜表面。此前倾斜表面设置在左顶部反射表面、右顶部反射表面、以及前表面之间。此后倾斜表面设置在左顶部反射表面、右顶部反射表面、以及后表面之间。此前底部反射表面设置在前表面与后底部反射表面之间；以及此后底部反射表面设置在前底部反射表面与后表面之间。此左顶部反射表面与右顶部反射表面在此Abbe棱镜式透镜上形成一顶盖。光线由一对象反射且进入于Abbe棱镜式透镜的非球形前透镜。此光线然后由前底部反射表面反射，由左顶部反射表面反射，由右顶部反射表面反射，由后底部反射表面， 以及从此Abbe棱镜式透镜的非球形后透镜射出。在此光线由前底部反射表面反射后，此光线一部份所采取的路径为首先，从左顶部反射表面反射；以及然后在从后底部反射表面反射之前，从右顶部反射表面反射。此光线另一部份所采取的路径为首先，从右顶部反射表面反射；以及然后在从后底部反射表面反射之前，从左顶部反射表面反射。此进入于本发明Abbe棱镜式透镜的光线在射出之前总共反射4次。因此，此对象的相对应影像为正向且非反向。本发明之此等与其它目的将在阅读以下较佳实施例的详细说明后，对于熟习此技术人士为明显。应了解，以上一般性说明与以下详细说明为典范，其用意在提供所主张发明的进
一步解释。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为先前技术杆透镜数组的透视图；图2A为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜的侧视图；图2B为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜的前透视图；图2C为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜的后视图；图2D为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜的后透视图；图3A为根据本发明另一实施例的Abbe棱镜式透镜的侧视图；图;3B为根据本发明另一实施例的Abbe棱镜式透镜的后视图；图4为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜组装的横截面侧视图；图5A为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜组装的组装图；图5B为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式单一透镜组装的展开图；图6A-6D为根据本发明的一实施例的Abbe棱镜式透镜的光线路径示意图；图7A为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的前视图；图7B为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的后视图；图7C为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的顶视图；图7D为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的底视图；图7E为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的透视图；图8A为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组组装的展开图8B为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组组装的组装图；图9A说明据本发明一实施例的用于Abbe棱镜式透镜数组的透镜仿真；图9B为先前技术用于传统透镜数组的透镜仿真示意图；图IOA为根据本发明一实施例的用于Abbe棱镜式透镜数组的透镜仿真示意图；以及图IOB为先前技术用于传统透镜数组的透镜仿真示意图。附图标记说明100-柱状透镜数组、110-光纤柱状透镜、120-框架、130-黏着层、200-阿贝棱镜、200A-透镜数组、210-前表面、215-前倾斜表面、216-下后倾斜表面、 217-上后倾斜表面、218-后倾斜表面、220-非球形前透镜、230-前底部反射表面、240-右顶部反射表面、250-左顶部反射表面、260-后底部反射表面、270-后表面、280-非球形后透镜、300-孔径盖、300A-孔径盖、310-孔径孔、400-视场盖、400A-视场盖、410-视场孔、 600-透明表面、700A-棱镜数组组装。
具体实施例方式此等所附图式包括于此以提供本发明的进一步了解，且其被包括以构成本说明书的一部份。此等图式说明本发明的实施例，且与此说明一起用于解释本发明之原理。现在详细说明本发明的较佳实施例，而在附图中说明其例。当可能时，在此等图中使用相同参考号码与说明，以称呼相同或类似部件。现在参考下列图式图2A，其为根据本发明一实施例的阿贝(Abbe)棱镜式透镜的侧视图；图2B，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜的前透视图；图2C，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜的后视图；以及图2D，其为根据本发明一实施例的ABBE 棱镜式透镜的后透视图。如同与图2A-2D中所示，本发明的Abbe棱镜200包括一非球形前透镜220，设置在此Abbe棱镜200的前表面210上；一非球形后透镜观0，设置在此Abbe棱镜200的后表面270上；一前底部反射表面230 ；—后底部反射表面沈0 ；—左顶部反射表面250 ；—右顶部反射表面MO ；—前倾斜表面215 以及一后倾斜表面218，其包括一上后倾斜表面217与一下后倾斜表面216。此前倾斜表面215设置在左顶部反射表面250、右顶部反射表面M0、以及前表面 210之间。此后倾斜表面218设置在左顶部反射表面250、右顶部反射表面M0、以及后表面270之间。此前底部反射表面230设置在前表面210与后底部反射表面260之间。此后底部反射表面260设置在前底部反射表面230与后表面270之间。此左顶部反射表面250与右顶部反射表面240在此Abbe棱镜式透镜200上形成 —顶盖。现在参考下列图式图3A，其为根据本发明另一实施例的Abbe棱镜式透镜的侧视图；以及图:3B，其为根据本发明另一实施例的Abbe棱镜式透镜的后视图。如同于图3A中所示，此在前底部反射表面230与后底部反射表面260间的角度为 1与179度之间。如同于图;3B中所示，此在左顶部反射表面250与右顶部反射表面240间的角度为 1与90度之间。
现在参考下列图式图4，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜组装的横截面侧视图；图5A，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜组装的组装图；以及图 5B，其为根据本发明一实施例的ABBE棱镜式透镜组装的展开图。在本发明图4、5A、以及5B所说明的实施例中提供一种Abbe棱镜组装700，其更包括设置在Abbe棱镜200的前表面210上的孔径盖300 ；以及设置在Abbe棱镜200的后表面270上的视场盖400。此孔径盖300包括围绕此非球形前透镜220的孔径孔310。此视场盖400包括围绕此非球形后透镜观0的视场孔410。现在参考图6A-6D，其说明根据本发明的一实施例的Abbe棱镜式透镜的光线路径。如同于图6A-6D中所示，将一对象例如文件置于一平台式扫瞄器之例如玻璃板之透明表面600上。光线由一对象反射且进入于Abbe棱镜200的非球形前透镜220。此光线然后由前底部反射表面230反射，由左顶部反射表面250反射，由右顶部反射表面240反射，由后底部反射表面260反射，以及从此Abbe棱镜的非球形后透镜280射出。在此光线由前底部反射表面230反射后，此光线一部份所采取的路径为首先，从左顶部反射表面250反射；以及然后在从后底部反射表面260反射之前，从右顶部反射表面 240反射。此光线另一部份所采取的路径为首先，从右顶部反射表面240反射；以及然后在从后底部反射表面260反射之前，从左顶部反射表面250反射。此进入于本发明Abbe棱镜式透镜的光线在射出之前总共反射4次。因此，此对象相对应影像为正向且非反向。现在参考下列图式图7A，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的前视图；图7B，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的后视图；图7C，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的顶视图；图7D，其为根据本发明一实施例的Abbe 棱镜式透镜数组的底视图；以及图7E，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组的透视图。在图7A-7E中所说明实施例中，本发明包括复数个Abbe棱镜，其连接在一起以形成Abbe棱镜数组200A。此Abbe棱镜数组200A藉由例如将透明材料射出成形而形成。使用Abbe棱镜数组200A则可允许再制，或撷取一影像的较大线性区域。现在参考下列图式图8A，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组组装的展开图；以及图8B，其为根据本发明一实施例的Abbe棱镜式透镜数组组装的组装图。在图8A与8B中所说明实施例中，本发明提供一种Abbe棱镜数组组装700A，其更包括设置在Abbe棱镜数组200A的前表面210上的孔径盖300A ；以及设置在Abbe棱镜数组200A的后表面270上的视场盖400A。此孔径盖300A包括围绕此非球形前透镜220的复数个孔径盖孔310。此视场盖400A包括围绕此非球形后透镜的复数个视场孔410A。现在参考下列图式图9A，其说明据本发明一实施例的用于Abbe棱镜式透镜数组的透镜仿真；以及图9B，其说明习知技术用于传统透镜数组的透镜仿真。图9A与9B显示，当此影像位置是偏离最适焦点1厘米(mm)时，本发明的Abbe 棱镜式透镜数组与传统透镜数组之间光点尺寸的比较。在图9A的左侧，此光点的尺寸为 36. 11微米(μ m)；在图9A的右侧，此光点的尺寸为36. 23 μ m。在图9B的左侧，此光点的尺寸为121 μ m;在图9B的右侧，此光点的尺寸为127 μ m。
藉由比较此两个结果可以容易地看出当影像的位置并不在最佳焦点的最适位置时，本发明的Abbe棱镜式透镜数组依然可以提供较好的影像质量。例如如果文件翘曲，且文件的一些部份并无法平坦接触玻璃板时，此Abbe棱镜式透镜数组仍然允许高质量影像撷取。当与传统透镜数组比较时，本发明的Abbe棱镜式透镜数组更为宽容与容忍。以传统透镜数组，此位置在最佳焦点以外的文件或对象的任何部份会不良地复制。使用本发明的 Abbe棱镜式透镜数组的装置可以提供优异质量影像复制或撷取，且具有较高焦点误差容忍度。现在参考下列图式图10A，其说明据本发明一实施例的用于Abbe棱镜式透镜数组的透镜仿真；以及图10B，其说明习知技术用于传统透镜数组的透镜仿真。再度说明，以本发明的Abbe棱镜式透镜数组与传统透镜数组间的Imm偏离焦点影像的比较明确显示对于Abbe棱镜式透镜数组，此所产生影像更加聚焦且优异。由于此Abbe棱镜式透镜与Abbe棱镜式透镜数组是以射出成形方式一次形成，因此可以将与组装堆栈公差有关的问题最小化。藉由改变孔径盖的前方的厚度而可以降低杂散光(Flare)。换句话说，藉由增加或减少孔径孔的长度(藉由增加此孔径盖的前表面与此孔径盖的后表面之间的厚度)，而可以降低杂散光(Flare)。此外，藉由改变此孔径孔的直径，以控制影像的强度。藉由改变此视场盖孔的直径，可以减少光斑，以及控制线性影像范围或所撷取影像的尺寸。在本发明的一实施例中，孔径盖孔的直径与视场盖孔的直径不同。在本发明的一实施例中，孔径盖孔的直径与视场盖孔的直径相同。在本发明的一实施例中，此前透镜的曲率与后透镜的曲率不同。在本发明的一实施例中，此前透镜的曲率与后透镜的曲率相同。在本发明的一些实施例中，孔径盖与视场盖具有所组织的复数个孔，使此等孔的中心形成由盖中心向下的线。此等复数个孔藉由轴间距离而均勻地间隔。此等复数个孔为圆形、卵形、圆柱形、或圆锥形。在本发明的一些实施例中，孔径盖与视场盖是由一件、两件、三件、或更多件所制成。例如，在一实施例中，此一件式孔径盖是由半挠性材料所制成，且夹在此Abbe棱镜式透镜或Abbe棱镜式透镜数组上。在此等图式中所说明的实施例中，此等孔径盖与视场盖显示为覆盖Abbe棱镜式透镜的前方与后方。在其它实施例中，此等孔径盖与视场盖覆盖顶部与底部或其它方向。在此等实施例中，此等孔径盖与视场盖仍然提供围绕前与后透镜的孔径孔与视场孔。在本发明的实施例中，孔径盖与视场盖更包括配对接合组件，而将透镜组装装附且保持在一起。例如，沿着视场盖的边缘设置复数个切口，而与在孔径盖上的复数个耳配对接合。当此透镜数组组装使用于影像扫瞄器中时，非常重要的是，影像光线不会从一透镜通过，而进入并非与此透镜垂直的另一透镜中。当此光线进入相邻透镜中时，此传感器所撷取的所产生影像为相邻透镜的鬼影(ghost image)。此称为重迭干扰(cross talk)且非所欲。
本发明的优点为，由于孔径盖与视场盖的壁厚度，且由于孔径孔与视场孔延伸至个别透镜的边缘，而可以避免重迭干扰。此透镜数组的每英寸点(DPI)分辨率可以在设计时藉由改变此透镜的光学半径、 圆锥常数、或非球形系数而调整。与习知技术的柱状透镜不同，可以设计透镜数组，将所成像的表面放大。本发明的透镜数组藉由减少制造复杂度与材料成本，而可以提供优于习知技术的实质改善。此外，此透镜数组使其相较于习知技术实质上较不困难，以使用透镜数组而增加
一装置的分辨率。对于熟习此技术人士为明显，可以对本发明作各种修正与变化，而不会偏离本发明之范围或精神。由于以上说明，其用意为本发明包含在本发明与其等同物之范围中之本发明之修正与变化。
权利要求
1.一种透镜，包括 一阿贝棱镜，其包含一非球形前透镜，设置在该阿贝棱镜的一前表面上；以及一非球形后透镜，设置在该阿贝棱镜的一后表面上；以及一视场盖，其在该阿贝棱镜的该后表面上，该视场盖包含围绕该非球形后透镜的一视场孔。
2.一种透镜，包括 一阿贝棱镜，其包含一非球形前透镜，设置在该阿贝棱镜的一前表面上；以及一非球形后透镜，设置在该阿贝棱镜的一后表面上；以及一视场盖，其覆盖在该阿贝棱镜的该后表面，该视场盖包含该视场孔，用于允许光线射出该非球形后透镜。
3.一种透镜数组，包括复数个阿贝棱镜，每一该阿贝棱镜包含一非球形前透镜，其设置在该阿贝棱镜的一前表面上；以及一非球形后透镜，其设置在该阿贝棱镜的一后表面上；以及一视场盖，设置在该些阿贝棱镜的该后表面上，该视场盖包含围绕该些非球形后透镜的复数个视场孔。
4.一种透镜数组，包括复数个阿贝棱镜，每一该阿贝棱镜包含 一非球形前透镜，设置在该阿贝棱镜的一前表面上； 一非球形后透镜，设置在该阿贝棱镜的一后表面上； 一前底部反射表面；一后底部反射表面，该前底部反射表面设置在该前表面与该后底部反射表面之间，该后底部反射表面设置在该前底部反射表面与该后表面之间； 一左顶部反射表面；一右顶部反射表面，其邻接该左顶部反射表面；一前倾斜表面，设置在该左顶部反射表面、该右顶部反射表面、以及该前表面之间； 一后倾斜表面，设置在该左顶部反射表面、该右顶部反射表面、以及该后表面之间； 其中，光线进入该阿贝棱镜的该非球形前透镜，从该前底部反射表面反射，从该左顶部反射表面反射，从该右顶部反射表面反射，从该后底部反射表面反射，以及从该阿贝棱镜的该非球形后透镜射出；一孔径盖，设置在该阿贝棱镜的该前表面上，该孔径盖包含围绕该非球形前透镜的复数个孔径孔；以及一视场盖，设置在该阿贝棱镜的该后表面上，该视场盖包含围绕该非球形后透镜的复数个视场孔。
5.如权利要求4所述的透镜数组，其中该后倾斜表面更包含 一上后倾斜表面；以及一下后倾斜表面。
6.如权利要求4所述的透镜数组，其中该前底部反射表面与该后底部反射表面间的角度为1至179度。
7.如权利要求4所述的透镜数组，其中该左顶部反射表面与该右顶部反射表面间的角度为1至90度。
8.如权利要求4所述的透镜数组，其中该些阿贝棱镜形成为一件透明聚合物。
全文摘要
本发明揭示一种阿贝棱镜式透镜与透镜数组。此透镜包括设置在阿贝棱镜的一前表面上的前透镜；设置在阿贝棱镜的一后表面上的后透镜；一前底部反射表面；一后底部反射表面；一左顶部反射表面；以及一右顶部反射表面。一孔径盖，设置在阿贝棱镜的前表面上，以及一视场盖，设置在阿贝棱镜的后表面上。孔径盖包含围绕非球形前透镜的孔径孔。视场盖包含围绕非球形后透镜的视场孔。光线进入阿贝棱镜，从前底部反射表面反射，从左顶部反射表面反射，从右顶部反射表面反射，从后底部反射表面反射，以及从阿贝棱镜的后透镜射出。
文档编号G02B3/02GK102466824SQ20101056169
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者程士哲, 陈彦杰, 陈静怡 申请人:景传光电股份有限公司