用于生物識(shí)別測(cè)量裝置的照明透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及照明透鏡、照明總裝，以及包含此類照明透鏡或照明總裝的生物識(shí)別測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]照明總裝通常包含光源和照明透鏡，其目的在于收集由光源產(chǎn)生的光，并且將光分配在適于應(yīng)用該光的光束中。為此，照明透鏡必須與光源匹配，尤其是與光源的發(fā)光區(qū)域的形式匹配。另外，該照明透鏡產(chǎn)生的光束的特性必須與被照明的光場(chǎng)及其內(nèi)容相對(duì)應(yīng)。因此，照明透鏡的性能包括收集率，也就是說，由光源發(fā)射出的光能量與產(chǎn)生有效照明的光能量的比例。其他特征特別是被照明的光場(chǎng)尺寸、該光場(chǎng)中亮光的均勻性或分布、光束的角度大小等等。
[0003]特別的困難可能在于照明的產(chǎn)生，其中光束要相對(duì)于目標(biāo)平面傾斜，例如相對(duì)于圖像采集裝置的聚焦平面傾斜。光束相對(duì)于平面傾斜是指在空間分布上，光束的平均方向與平面的垂直方向構(gòu)成非零且小于90°的角度。這種光束的形式必須根據(jù)斜率調(diào)整，以便于目標(biāo)平面的全部需求部分都被適當(dāng)?shù)卣彰鳌?br>[0004]有關(guān)照明透鏡的其他標(biāo)準(zhǔn)為:與追求的光功率值的兼容性、與任何光源冷卻裝置的兼容性、尺寸、光源是否與裝置的其他部分組裝方便、及其造價(jià)。
[0005]照明總裝的特殊用途是生物識(shí)別測(cè)量裝置。這種裝置尤其能生成皮膚打印圖像、臉部、虹膜、手指或手掌的皮下靜脈網(wǎng)絡(luò)的圖像等等。此類裝置中的至少一部分還有下列要求:
[0006]-對(duì)光場(chǎng)充分均勻的照明，該光場(chǎng)可能較寬并且具有沿一個(gè)方向延長(zhǎng)的橫截面；
[0007]-充分強(qiáng)烈的照明，尤其是當(dāng)要拍攝的目標(biāo)可能移動(dòng)時(shí)；
[0008]-當(dāng)目標(biāo)垂直于目標(biāo)平面移動(dòng)時(shí)保持質(zhì)量的照明，尤其是超過圖像采集裝置要求的景株范圍時(shí)；以及
[0009]-照明方向能相對(duì)于目標(biāo)平面傾斜，尤其是對(duì)于無接觸皮膚打印傳感器，也可用于采集臉部圖像。
[0010]對(duì)于在本發(fā)明之前已知的照明透鏡，其適于發(fā)光二極管，每個(gè)照明透鏡由屈光中央透鏡部件，尤其是會(huì)聚透鏡或正透鏡，以及外圍透鏡部件，例如拋物面反射鏡，組成。這種照明透鏡構(gòu)成的瞄準(zhǔn)儀普遍只具有大約50%的光收集率。輸出的光束具有平行光束結(jié)構(gòu)且不適于均勻地照明典型尺寸為80x30x45mm3的光場(chǎng)。此外，由于這種照明透鏡產(chǎn)生的光束的復(fù)合結(jié)構(gòu)，使得難以在被照明的有效空間中不產(chǎn)生亮暗光圈的情況下發(fā)散光束。換句話說，這種具有混合屈光/反射折射結(jié)構(gòu)的透鏡不適于產(chǎn)生發(fā)散且均勻的照明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的目的在于提出一種新的用于生物識(shí)別裝置的照明透鏡，使其與現(xiàn)有透鏡相比，至少部分前述特征得到改進(jìn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，照明透鏡包括:
[0013]-拋物面或橢球面反射鏡，其由繞著該反射鏡的軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的部分拋物面或橢球面構(gòu)成，并且具有焦點(diǎn)；以及
[0014]-屈光表面，其被布置成使得從該焦點(diǎn)發(fā)出的光束被該反射鏡反射后穿過該屈光表面。
[0015]本發(fā)明的照明透鏡的特點(diǎn)在于，該屈光表面在相互垂直且平行于該屈光表面的兩個(gè)方向上具有不同的兩個(gè)折光力值，這兩個(gè)折光力值為負(fù)。
[0016]對(duì)于從該焦點(diǎn)發(fā)射出的光線來說，反射鏡具有瞄準(zhǔn)儀的作用或是會(huì)聚光學(xué)部件的作用。
[0017]沿著該光線在該反射鏡的下游，屈光表面具有發(fā)散光學(xué)部件的作用。這樣，光束能均勻地照明較寬的光場(chǎng)。此外，屈光表面的部分圓柱形性質(zhì)使得光束具有橫截面的形式，該橫截面的形式適于光場(chǎng)在一個(gè)方向上橫向延伸。光束橫截面的形式也可能適于相對(duì)于目標(biāo)平面傾斜分配照明。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的照明透鏡能方便且經(jīng)濟(jì)地制造出。此外，其需要的空間很小，可兼容能集成該透鏡的小型裝置。
[0019]另外，根據(jù)本發(fā)明的照明透鏡能根據(jù)相關(guān)光源被簡(jiǎn)單地調(diào)整，以適于獲得較高的光收集率。因?yàn)椋?dāng)光源位于反射鏡焦點(diǎn)附近時(shí)，反射鏡占據(jù)的角度扇區(qū)相對(duì)于光源較寬，以便于大比例的光直接穿過屈光表面。
[0020]另外，根據(jù)本發(fā)明的照明透鏡能根據(jù)光源的尺寸被簡(jiǎn)單地調(diào)整，尤其是應(yīng)用各向同性同位相似變換把反射鏡的焦點(diǎn)做極點(diǎn)。
[0021]最后，根據(jù)本發(fā)明的照明透鏡能具有光線進(jìn)口面，該進(jìn)口面的形式能根據(jù)光源的發(fā)光區(qū)域調(diào)整，以適于進(jìn)一步加強(qiáng)照明總裝的收集率。尤其是，當(dāng)光源的發(fā)射區(qū)域本身是平面時(shí)，照明透鏡的進(jìn)口面能是平面的，以及當(dāng)發(fā)射區(qū)域本身是球面時(shí)，進(jìn)口面能是平面的或者球面的。
[0022]下列改進(jìn)能單獨(dú)地或者以組合的形式有利地應(yīng)用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中:
[0023]-反射鏡能是部分回轉(zhuǎn)拋物面，其半徑在8mm到45mm之間，優(yōu)選地在25mm到35mm之間，尤其是大體等于30.5mm ；
[0024]-屈光表面的兩個(gè)折光力值的其中之一能是另一個(gè)的20%到80 %，優(yōu)選地在40 %到60%，尤其是大體等于57% ；
[0025]-屈光表面的兩個(gè)折光力值中的第一個(gè)能在-30屈光度到O屈光度之間，優(yōu)選地在-10屈光度到-3屈光度之間，尤其是大體等于-5屈光度，并且屈光表面的兩個(gè)折光力值的第二個(gè)能在-40屈光度到-1屈光度之間，優(yōu)選地在-20屈光度到-5屈光度之間，尤其是大體等于-10屈光度；以及
[0026]-照明透鏡能被布置成，使得從焦點(diǎn)射出的任何光線被反射鏡反射后穿過屈光表面，該屈光表面在被反射前相對(duì)于反射鏡的軸具有5°到120°之間的傾斜角。
[0027]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，照明透鏡能包括透明材料塊體，該透明材料塊體具有兩個(gè)相對(duì)側(cè)端、進(jìn)口面、中間面和出口面，這三個(gè)面布置在這兩個(gè)側(cè)端之間。中間面鍍有金屬膜并構(gòu)成反射鏡，出口面構(gòu)成屈光表面，以及進(jìn)口面與焦點(diǎn)的距離比反射鏡的圓錐半徑小15%。這樣，從焦點(diǎn)發(fā)出的光束通過進(jìn)口面進(jìn)入透明材料塊體，在塊體中經(jīng)過中間面上的反射，通過出口面穿出該塊體。對(duì)本發(fā)明的這一實(shí)施例而言，該透明材料塊體可能包括位于兩個(gè)相對(duì)側(cè)端的兩個(gè)固定部分。該固定部分能被調(diào)整成適于將該塊體固定到外部支撐上，而不模糊通過進(jìn)口面進(jìn)入該塊體、在中間面上反射后通過出口面穿出的光束。本發(fā)明的該實(shí)施例呈透明材料塊體的形式容易制得，尤其能通過丙烯酸鹽材料成型而成。
[0028]本發(fā)明的第二方面提出一種照明總裝，其包括發(fā)光二極管光源和根據(jù)本發(fā)明第一方面的照明透鏡。在該照明總裝中，光源布置在反射鏡的焦點(diǎn)上。
[0029]當(dāng)照明透鏡由透明材料塊體制成時(shí)，能包括定位裝置，定位裝置放置在進(jìn)口面附近并且被調(diào)整成適于，當(dāng)光源在定位裝置中時(shí)，將光源保持在進(jìn)口面前方。這種定位裝置能進(jìn)一步被調(diào)整成適于確定光源和透明材料塊體的進(jìn)口面之間的間隙。這種間隙能有助于防熱，熱由光源產(chǎn)生，會(huì)降低透明材料塊體的性能，或者損壞光源本身。當(dāng)光源在定位裝置中時(shí)，為了增加光收集率，該透明材料塊體的進(jìn)口面能有利地平行于光源的發(fā)光區(qū)域延伸。
[0030]此類照明總裝本身可以很緊湊、價(jià)格低廉并且易于組裝，同時(shí)具有較高的光效率。此外，其適于傾斜地照明目標(biāo)平面，也就是說，光束和垂直目標(biāo)平面的方向之間的角度在0°到90°之間。
[0031]本發(fā)明的其他方面提出多種生物識(shí)別測(cè)量裝置，各生物識(shí)別測(cè)量裝置包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的照明透鏡，或者根據(jù)本發(fā)明第二方面的照明總裝。尤其是，這種生物識(shí)別測(cè)量裝置可能是皮膚打印采集系統(tǒng)。在這種情況中，傾斜的光尤其是用于增加對(duì)比形成皮膚打印的皮膚上凸起和凹陷的陰影。這種生物識(shí)別測(cè)量裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，可能應(yīng)用到至少一部分下列附加特征:
[0032]-該裝置進(jìn)一步可能包括圖像采集裝置，該圖像采集裝置具有形成圖像采集方向的光學(xué)軸，且其中一方面屈光表面和另一方面照明透鏡反射鏡的軸和形成圖像采集方向的光