專利名稱：一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布裝置，特別是涉及一種使成像的照度可分布的更均勻的成像設(shè)備的調(diào)整照度分布裝置。
以往使用電腦的周邊設(shè)備掃描器(SCANNER)掃描圖片或文字時，所呈現(xiàn)的影像會有中間較亮、兩側(cè)較暗的情形，這種情形也會發(fā)生在光學(xué)設(shè)備的應(yīng)用如照相機中，特別是廣角鏡頭的照像機，這是因為光源在成像設(shè)備中的馀弦四次方效應(yīng)(cosine fourth Law)所造成，如


圖1、2所示，使均勻發(fā)光物(線光源)10經(jīng)一般成像設(shè)備11成像12后，在成像處的照度分布呈現(xiàn)中間較亮、兩側(cè)較暗。圖中所示E像的照度，E0在光軸上的照度，E(x=0)=E0，Φ視角，hi像高，si像距，Φ=tan-1hi/2/siθ入射角，θ=tan-1|x|/si。
修正這種照度cosine四次方效應(yīng)(也就是中間較亮、兩側(cè)較暗的成像照度分布狀態(tài))，一般的作法有二種一、修改照射被成像物的光源的亮度(1)遮擋光源的中間部份亮度，使成像處中間的照度趨近于兩側(cè)的照度。
(2)加強光源兩側(cè)的照度，使成像處兩側(cè)的照度可趨近于中間的照度。
這種方法雖然具有一定的成效，但是卻使得成本增加。
二、如圖3所示，加上一片相對于入射角θ橫向設(shè)置的遮光擋板13在被成像物(線光源)10與像12之間以限制光通量，并利用該遮光擋板13的高度(中間較高、兩側(cè)較低)來調(diào)整限制光通量的多寡，因為該遮光擋板13中間較高，可阻擋較多的光，兩側(cè)較低，可讓較多的光通過，藉以修正cosine四次方效應(yīng)。但是，這種方法仍具有以下的缺點該遮光擋板13是以塑膠射出成型，射出的公差大，使得該遮光擋板13的形狀不準(zhǔn)確。
本實用新型的目的在于提供一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的方法及裝置，可以修正成像的cosine四次方效應(yīng)，使像的照度分布更為均勻。
本實用新型的技術(shù)方案在于提供一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的裝置，其特征在于藉由在透鏡組的第一面透鏡前面、后面縱向設(shè)置一個具適當(dāng)寬度的不透光調(diào)光光闌，并在一個光學(xué)設(shè)備內(nèi)置放一個可透光的孔徑光闌，由被成像物上不同點往人瞳中心看去時，該調(diào)光光闌或其像能遮蔽該人瞳的透光部份的不同區(qū)域，也就是該調(diào)光光闌或其像遮蔽人瞳的位置，會隨觀察角不同而移動，而達到被成像物在通過該透鏡組及該孔徑光闌后，像的照度分布是一特定函數(shù)，特別是均勻的分布。
本實用新型技術(shù)方案還在于提供以下附加特征該調(diào)光光闌的形狀是配合被成像物的照度分布、該孔徑光闌透光部份的形狀及欲達成的像的照度分布。
一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的裝置，包括一個由至少一透鏡所組成的透鏡組及一個孔徑光闌，該孔徑光闌具有一透光部份，該成像設(shè)備是將一被成像物在經(jīng)過該透鏡組及該孔徑光闌后成像，在該孔徑光闌和整個成像設(shè)備的被成像物間的透鏡組所組成的孔徑光闌的像是人瞳，更包括一個設(shè)在該透鏡組的第一面透鏡之后的調(diào)光光闌。
該調(diào)光光闌的形狀是配合被成像物的照度分布、該孔徑光闌透光部份的形狀及欲達成的像的照度分布。
本實用新型與已有技術(shù)相比優(yōu)點和積極效果非常明顯，由上述技術(shù)方案可知本實用新型的優(yōu)點在于一、本實用新型藉由在透鏡組的第一面透鏡的前面或后面的預(yù)定位置處，縱向設(shè)置一不透光且具有預(yù)定寬度的調(diào)光光闌，使得該調(diào)光光闌或調(diào)光光闌的像遮蔽人瞳的位置會隨觀察角不同而移動，達到被成像物在通過該透鏡組及該孔徑光闌成像后，像的照度分布是均勻的。
二、本實用新型的調(diào)光光闌修正光源的cosine四次方效應(yīng)比以往采用遮光擋板的形狀簡單，在制作上更為方便，不須增加額外的零件成本，且對原有的機構(gòu)不須作太多修改，且以往以遮光擋板修正cosine四次方效應(yīng)只利用遮光擋板的形狀與孔徑光闌透光部份的形狀相配合，并未利用遮光擋板遮蔽人瞳的位置隨觀察角不同而移動，所以，本實用新型比以往以遮光擋板修正cosine四次方效應(yīng)更隹。
下面通過最佳實施例及附圖對本實用新型的一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的裝置進行詳細說明，附圖中
圖1是均勻發(fā)光物經(jīng)一般成像設(shè)備成像后，在成像處的照度分布圖。
圖2是
圖1一般成像設(shè)備的物-像關(guān)系示意圖。
圖3是一般用以修正馀弦四次方效應(yīng)的遮光擋板示意圖。
圖4是本實用新型較隹實施例的物-像關(guān)系側(cè)視示意圖。
圖5是圖4的部份放大俯視示意圖。
圖6是等效人瞳與調(diào)光光闌的位置關(guān)系示意圖。
(入射角θ是介于0與tan-1(W RS/2/d)之間。)圖7是等效人瞳與調(diào)光光闌的位置關(guān)系示意圖。
(入射角θ是介于tan-1(W RS/2/d)與tan-1((r-W RS/2)/d)之間)。
圖8是等效人瞳與調(diào)光光闌的位置關(guān)系示意圖。
(入射角θ是介于tan-1((r-W RS/2)/d)與tan-1((r+W RS/2)/d)之間。
圖9是衰減率α≡T·cos4θ與入射角θ的關(guān)系示意圖。
圖10是等效人瞳與調(diào)光光闌的位置關(guān)系示意圖。
(入射角θ=0)如圖4所示，本實用新型的成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的裝置，包括一個由至少一透鏡所組成的透鏡組2、一個孔徑光闌3及一調(diào)光光闌6，該透鏡組2包括一個第一面透鏡20及一個最后一面透鏡21，在該第一面透鏡20及最后一面透鏡21之間所設(shè)置的透鏡數(shù)量可依設(shè)備需求而定，在本實施例中，并未在該第一面透鏡20及最后一面透鏡21之間設(shè)置其他透鏡，只有在其兩者之間設(shè)置該孔徑光闌3，該孔徑光闌3是光學(xué)設(shè)備中除了調(diào)光光闌6外，限制光通量最大的元件，該孔徑光闌3具有一個透光部份30，該透光部份30是圓形、正方形、矩形、三角形或其他形狀，在本實施例中是采用圓形，該成像設(shè)備使一被成像物4在經(jīng)過該透鏡組2及該孔徑光闌3后成像，而在該孔徑光闌3和整個成像設(shè)備的被成像物4之間的第一面透鏡20所組成的孔徑光闌3的像是采用人瞳31。
在該透鏡組2的第一面透鏡20的前面的預(yù)定位置處設(shè)置該不透光的調(diào)光光闌6，該調(diào)光光闌6是采縱向設(shè)置，并具有一預(yù)定的寬度，該調(diào)光光闌6的形狀必需配合被成像物4(線光源)發(fā)光的照度分布、該孔徑光闌3透光部份30的形狀以及所欲達成的像的照度分布而加以設(shè)計，在本實施例中該調(diào)光光闌6的形狀是采用長方形。
當(dāng)該調(diào)光光闌6是設(shè)在該第一面透鏡20及被成像物4之間時，則由該被成像物4上不同點往該人瞳31中心點看去，該調(diào)光光闌6皆遮蔽該人瞳31的透光部份310的不同區(qū)域，也就是說該調(diào)光光闌3遮蔽人瞳31的位置會隨觀察角不同而移動，可達到該被成像物4在通過該透鏡組2及該孔徑光闌3后，像的照度分布是均勻的，也就是可以達到修正成像的cosine四次方效應(yīng)。
如圖5所示，是圖4的部份放大俯視示意圖，其中EP(Entrance Pupil)是人瞳31；RS(Rectifying Stop)是調(diào)光光闌6；d是為RS與EP的間距，h0是被成像物4的高度；θ為入射角，也就是該主光線40與光軸41(Optical Axis)的夾角。將該被成像物4上各點視為點光源，其發(fā)出的光只有對著該人瞳31所張立體角內(nèi)的光能通過光學(xué)設(shè)備，在這光錐中，通過該人瞳31中心點的這道光線是主光線(Chief Ray)40；φ為兩條光線的夾角，這兩條光線是由該光軸41上的物點發(fā)出，并通過該人瞳31的邊緣。
本實用新型較隹實施例的裝置確實可以達到修正成像的cosine四次方效應(yīng)，也就是整平照度方布的目的，如圖6、7、8是圖4中在該調(diào)光光闌6位置上的等效人瞳60與調(diào)光光闌6的位置關(guān)系示意圖，當(dāng)入射角θ不同時，通光面積也不相同一、首先，配合圖5、6所示，r=Z RS·tanφ/2(r，如圖6所示)當(dāng)0＜θ＜tan-1W RS/2/d計算右半邊透光區(qū)面積A1=πr2/2-[(r2sinψ·cosψ)+r2(π/2-ψ)]，計算左半邊透光區(qū)面積A2=πr2/2-[(r2sinψ′·cosψ′)+r2(π/2-ψ′)]所以，總通光面積A=A1+A2二、接著，配合圖5、7所示，r=Z RS·tanφ/2當(dāng)tan-1W RS/2/d＜θ＜tan-1((r-W RS/2)/d)計算右半邊透光區(qū)面積A1=πr2/2-[(r2sinψ·cosψ)+r2(π/2-ψ)]，計算左半邊透光區(qū)面積A2=πr2/2+[(r2sinψ′·cosψ′)+r2(π/2-ψ′)]所以，總通光面積A=A1+A2三、配合圖5、8所示，r=Z RS·tanφ/2當(dāng)tan-1((r-W RS/2)/d)＜θ＜tan-1((r+W RS/2)/d)總通光面積A=πr2-[r2ψ′-r2sinψ′·cosψ′]由上述可知，因為原通光面積為πr2，因此與原通光面積比較，現(xiàn)在的透光率是T=A/πr2，加上cosine四次方效應(yīng)因子，最后到達像面的照度分布為Ei≡Eo·T·cos4θ·k，其中
Eo被成像物的照度分布，K常數(shù)。
另定義衰減率α≡T·cos4θ如果d=2.91mm,r=1mm,W RS=0.436mm，則衰減率α與入射角θ的關(guān)系圖，如圖9所示，其最大值與最小值的比率為1.04，而以往因cosine四次方效應(yīng)造成的衰減率α=cos4θ(T=1)的最大值與最小值的比率則為1.38，因此，藉由本實用新型的該調(diào)光光闌6的使用，能達成修正成像的cosine四次方效應(yīng)，整平照度分布的目的。
如圖4、5所示，本實用新型第一較隹實施例是藉由在該透鏡組2的第一面透鏡20前面的預(yù)定位置處，縱向設(shè)置一個長方形的不透光調(diào)光光闌6，且該調(diào)光光闌6具有一預(yù)定的寬度，配合圖5、10所示，并配合三角公式，計算出該調(diào)光光闌6的確實位置(Z RS)及寬度(W RS)等二叁數(shù)一、當(dāng)入射角θ為0時，成像處所見的光是為光源A處所發(fā)出的光(暫時不考慮該調(diào)光光闌6的影響)，光受限于該人瞳31的大小(人瞳31直徑為W EP)，只能有一光錐通過光學(xué)設(shè)備透鏡組2，在該調(diào)光光闌6的確實位置(Z RS)處，光錐的截面積大小為A EP。
∴φ很小∴tanφ=sinφ=W EP/L0=φ,r=Z RS·tan(φ/2)A EP=(Z RS·W EP/L0·1/2)2·π=r2·π二、如果使θ=0與θ=Φ=tan-1h0/2/L0時(h0為物高)，二者的衰減率α≡T·cos4θ相等。
(1)先安排該調(diào)光光闌6的位置，使θ=Φ時，該調(diào)光光闌6恰好不會成為光通量的障礙物，此時T(θ=Φ)=1
由圖5得到cotφ=W RS/2/(Z max-Z RS)因此，W RS=2(Z max-Z RS)·cotφ……(A式)其中Z max=L0·h0/(ho+W EP),cotφ=h0/2/Z max(2)然后，控制該調(diào)光光闌6的寬度WRS，以使α=T(θ=0)=T(Φ)·cos4Φ=cos4Φ如
圖10所示，當(dāng)θ=0時，調(diào)光光闌遮光的截面積為A RSA RS(W RS·(r+rsinω)/2)·2=W RS·r(1+sinω)其中r=Z RS·tan(φ/2)=Z RS·W EP/2L0sinω=[1-(W RS/2)2/r2]1/2∴T=1-A RS/A EP=1-W RS{1+[1-(W RS/2)2/r2]1/2}/(Z RS·W EP/2L0·π)=COS4Φ……………(B式)三、由(A)、(B)二式，可得出W RS及Z RS(1)先整理(B)式Z RS·W EP/2L0·π(1-COS4Φ)=W RS{1+[1-(W RS·L0/(Z RS·W EP))2]1/2}使Y=Z RS/W RS,Ki=W EP·π(1-COS4Φ)/2L0,K2=WEP/L0套入(B)式，則(K1Y-1)2=1-1/(K22Y2)←K12K22Y4-2K1K22Y3+1=0←Y=γ1、γ2、γ3、γ4(得到四個根)取其中的一為Y的解當(dāng)Y=γ，則Z RS=γW RS
(2)代入(A)式W RS=2(Z max-Z RS)·cotφ可得到W RS=2Z max·cotφ/(1+2r·cot)由上述的計算可獲得該調(diào)光光闌6的確實位置Z RS，以及該調(diào)光光闌6的寬度W RS，只要將不透光的該調(diào)光光闌6設(shè)置好后，就可使得由該被成像物4上不同點往該人瞳31看去時，該調(diào)光光闌6皆遮蔽該孔徑光闌3的人瞳31透光部份的不同區(qū)域，達到該被成像物4在通過該透鏡組2及該孔徑光闌3成像后，像的照度分布是均勻的，有效地修正成像的cosine四次方效應(yīng)。
本實用新型的第二較隹實施例是將不透光的調(diào)光光闌61設(shè)在該第一面透鏡20后及像面5之間的預(yù)定位置處(關(guān)于該第二較隹實施例中調(diào)光光闌的確實位置計算，將計算如后，且不另以圖式示意，必要時可叁考圖4所示)，使當(dāng)由該被成像物4上不同點往該人瞳31中心看去時，調(diào)光光闌61的像遮蔽該人瞳31透光部份310的不同區(qū)域，也就是該調(diào)光光闌61的像62遮蔽人瞳31的位置會隨觀察角不同而移動，藉此達到該被成像物4在通過該透鏡組2及該孔徑光闌3成像后，像的照度分布是一特定函數(shù)，特別是均勻的分布。
一、如圖4所示，將第一較隹實施例中已求得的調(diào)光光闌6透過第一面透鏡20成像，并按下列公式以求得第二較隹實施例的調(diào)光光闌61的位置-1/P+1/q=1/f1其中，f1為第一面透鏡20的焦距。
P為第一較隹實施例中已求得的調(diào)光光闌6到第一面透鏡20的距離。
q為第一較隹實施例中已求得的調(diào)光光闌6的像到第一面透鏡20的距離。(P、q是以第一面透鏡20為原點，向左為+，向右為-，f1為聚透鏡時，f1＞0,f1為發(fā)散透鏡時，f1＜0)如果所求得的成像位置在該最后一面透鏡21與第一面透鏡20之間，則將該調(diào)光光闌61設(shè)置于此，否則，必須將第一較隹實施例中已求得的該調(diào)光光闌6的像透過最后一面透鏡21再次成像，以求得該調(diào)光光闌61的位置，其公式如下-1/(q-L)+1/q′=1/f2其中，q′為透過該第一面透鏡20及最后一面透鏡21成像后的調(diào)光光闌61的像62與最后一面透鏡21的間的距離，符號定義與P、q相同。
f2該最后一面透鏡21的焦距，符號定義與f1相同。
L第一面透鏡20與最后一面透鏡21的距離。
二、寬度經(jīng)過該第一面透鏡20，其放大率M1=q/P，經(jīng)過該最后一面透鏡21，其放大率M2=q′/(q-L)，因此，總放大率為M=M1·M2，如果原已求得的調(diào)光光闌寬度為W RS，而第二較隹實施例的調(diào)光光闌寬度為W′RS(1)只以該第一面透鏡20成像而求得第二較隹實施例的調(diào)光光闌61，則為W′RS=W RS·M1(2)以該第一面透鏡20及第二面透鏡21成像而求得第二較隹實施例的的調(diào)光光闌，則為W′RS=W RS·M1·M2。
由以上的計算，即可獲得第二較隹實施例的調(diào)光光闌的確實位置及寬度W′RS，而原來第一較隹實施例中求得的調(diào)光光闌就成了第二較隹實施例的調(diào)光光闌61的像62，只要將該不透光的調(diào)光光闌61設(shè)置好后，就可使得由該被成像物4上不同點往該人瞳31看去時，該調(diào)光光闌61的像62皆遮蔽該孔徑光闌3的人瞳31透光部份的不同區(qū)域，達到該被成像物4在通過該透鏡組2及該孔徑光闌3成像后，像的照度分布是均勻的，有效修正成像的cosine四次方效應(yīng)。
權(quán)利要求1．一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的裝置，包括一個由至少一透鏡所組成的透鏡組及一個孔徑光闌，該孔徑光闌具有一透光部份，該成像設(shè)備是將一被成像物在經(jīng)過該透鏡組及該孔徑光闌后成像，在該孔徑光闌和整個成像設(shè)備的被成像物間的透鏡組所組成的孔徑光闌的像人瞳，其特征在于還包括一個且位在該透鏡組的第一面透鏡前面的調(diào)光光闌，該調(diào)光光闌是縱向設(shè)置，且當(dāng)由該被成像物上不同點往該人瞳中心看去時，會遮蔽該人瞳透光部份的不同區(qū)域。
2．如權(quán)利要求1所述成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的裝置，其特征在于該調(diào)光光闌的形狀是配合被成像物的照度分布、該孔徑光闌透光部份的形狀及欲達成的像的照度分布。
3．一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的裝置，包括一個由至少一透鏡所組成的透鏡組及一個孔徑光闌，該孔徑光闌具有一透光部份，該成像設(shè)備是將一被成像物在經(jīng)過該透鏡組及該孔徑光闌后成像，在該孔徑光闌和整個成像設(shè)備的被成像物間的透鏡組所組成的孔徑光闌的像是人瞳，其特征在于更包括一個設(shè)在該透鏡組的第一面透鏡之后的調(diào)光光闌。
4．如權(quán)利要求3所述成像設(shè)備的調(diào)整照度分布的裝置，其特征在于該調(diào)光光闌的形狀是配合被成像物的照度分布、該孔徑光闌透光部份的形狀及欲達成的像的照度分布。
專利摘要一種成像設(shè)備的調(diào)整照度分布裝置,包括一由至少一透鏡所組成的透鏡組及一孔徑光闌,孔徑光闌具有一透光部分,成像設(shè)備是將一被成像物在經(jīng)過透鏡組及孔徑光闌后成像,在孔徑光闌和整個成像設(shè)備的被成像物間的透鏡組所組成的孔徑光闌的像是人瞳,一調(diào)光光闌縱向設(shè)置在透鏡組的第一面透鏡前面或后面,使得當(dāng)由被成像物上不同點往該入瞳透光部分之不同區(qū)域,藉使被成像物成像后具均勻的照度。
文檔編號G02B26/02GK2339999SQ97229889
公開日1999年9月22日 申請日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者李哲迪 申請人:景通科技股份有限公司