专利名称：小型指纹输入仪的光学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学技术领域，涉及采用像方远心光路的指纹识别仪光学系统。
已有的技术主要有实用新型专利98215867和98200646。在已有的技术中，采用了物方远心光路和校正棱镜以实现无畸变的指纹成像。其缺点是必须使用两组透镜以构成物方远心光路，以消除畸变，实际上，只要畸变控制在一定的范围，同时在指纹识别算法加以纠正并不影响指纹识别的效果，并且第一透镜的尺寸必须大于指纹采集面的尺寸，其光学系统的尺寸较大、装配精度要求高，成本也较高。
本发明的目的是克服上述缺点提供一种小型、畸变较小、装配精度要求低、低成本的小型指纹输入仪的光学系统。
本实用新型所采用的技术方案为一种小型指纹输入仪的光学系统，包括照明板、三棱镜、摄像元件，它还包括透明橡胶层、第一反射镜、第二反射镜、光阑、透镜，透明橡胶层粘贴在三棱镜的第一个面上，照明板紧靠在三棱镜的第二个面上，第一反射镜在三棱镜的第三个面一侧，能接收到三棱镜第一个面的反射光，并将光反射至第二反射镜上，光线通过光阑至透镜，再至摄像元件，光阑位于透镜的焦平面上并与主光线垂直。
本实用新型最好将三棱镜选为等腰直角三棱镜，第一个面为等腰直角三棱镜的斜面，第二个面、第三个面分别为两直角面，照明板是紧靠或粘贴在三棱镜的第二个面上，采用发光二极管(LED)作为光源，其频率避开337nm、674nm、1011nm，第一反射镜与三棱镜的斜面所成的夹角为α1，90°≤α1≤95°，第二反射镜位于第一反射镜的下方，并与水平面所成夹角α2为5°-12°，光阑的孔为圆形孔，孔径为0.5-2.0mm，或光阑的孔为矩形孔，边长为0.5-2.0mm，透镜的焦距为6-20mm，摄像元件与主光线的夹角α4为84°-86°，光阑与透镜之间有一滤光片，其透过光的波长与光源波长相同。
本实用新型的优点是1.利用两个反射镜有效地增大了指纹采集面与成像透镜的距离(即物距)，从而减小了梯型畸变；2.将光阑置于成像透镜的物方焦平面上，构成像方远心光路，降低了摄像元件的装配要求；3.针对人体指纹荧光光谱的特点，选择特定的照明光波长，以提高指纹图象信号采集的对比度。由于人体指纹面在337nm、674nm、1011nm处有三个激发荧光峰，在利用全反射方式的指纹识别系统中，照明用发光器件(通常用LED)的选择上应避开这些荧光峰以提高指纹采集的对比度；4.选择与LED相匹配的滤光片，其透过光的波长是LED的发光波长，以滤除杂散光，实现高对比度的指纹采集；5.在三棱镜的表面粘贴一层透明橡胶，由于橡胶有一定的弹性，使得指纹面与采样面的接触较单纯使用三棱镜要好很多，提高了指纹图象采集的对比度。
图1为本实用新型结构示意图图2为本实用新型原理图其中1照明板2三棱镜21第一个面22第二个面23第三个面3透明橡胶层4第一反射镜5第二反射镜6光阑7过滤片8透镜9摄像元件下面结合视图对本实用新型进行详细的描述如图1所示一种小型指纹输入仪的光学系统，包括照明板1、三棱镜2、摄像元件9，透明橡胶层3、第一反射镜4、第二反射镜5、光阑6、透镜8，三棱镜2为等腰直角三棱镜，透明橡胶层3粘贴在三棱镜2的斜面即第一个面21上，照明板1紧靠或粘贴在三棱镜2的一个直角面即第二个面22上，第一反射镜4在三棱镜2的另一直角面即第三个面23一侧，能接收到第一个面21的反射光，并将光反射至第二反射镜5上，光线通过光阑6至透镜8，再至摄像元件9，光阑6位于透镜8的焦平面上并与主光线垂直，照明板1是采用发光二极管LED作为光源，其频率避开337nm、674nm、1011nm，第一反射镜4与三棱镜2的斜面即第一个面21所成的夹角为α1，90°≤α1≤95°，第二反射镜5位于第一反射镜4的下方，与水平面所成夹角α2为5°-12°，角度α1和α2的选取原则是为了保证最后的成像平面大致处于仪器的中间，主光线与水平面的夹角α3＝45°－2×(α1＋α2)，光阑6的孔或为圆形孔，孔径为0.5-2.0mm，或为矩形孔，边长为0.5—2.0mm，透镜8的焦距为6—20mm，摄像元件9可采用CMOS摄像器件，也可采用CCD摄像器件，摄像元件9与主光线的夹角α4为84°—86°，摄像元件将采集到的图象信号送到计算机或其他图象信号处理设备中加以处理，光阑6与透镜8之间有一滤光片7，其透过光的波长与光源波长相同。
本实用新型的工作原理为全反射原理。指纹采集面对于光轴来说总是倾斜的，如附图2所示，1—1为指纹采集面，1—2为成像透镜，1—3为像面，指纹面采集面的两端与透镜的距离L1、L2是不同的，这样指纹采集面的两端在通过透镜成像时具有不同的放大率，造成像面的梯型畸变，同时还将带来像面倾斜。畸变量的大小取决于L1/L2的值，L1/L2越接近1，则畸变越小。由于指纹采集面的大小是固定的，增大L1和L2将有利于使L1/L2接近于1。本发明利用两个反射镜有效地增大了物距，使这一比值接近于1，同时还减小了指纹输入仪的尺寸。
权利要求1.一种小型指纹输入仪的光学系统，包括照明板(1)、三棱镜(2)、摄像元件(9)，其特征在于它还包括透明橡胶层(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)、光阑(6)、透镜(8)，透明橡胶层(3)粘贴在三棱镜(2)的第一个面(21)上，照明板(1)紧靠在三棱镜(2)的第二个面(22)上，第一反射镜(4)在三棱镜(2)的第三个面(23)一侧，能接收到第一个面(21)的反射光，并将光反射至第二反射镜(5)上，光线通过光阑(6)至透镜(8)，再至摄像元件(9)，光阑(6)位于透镜(8)的焦平面上并与主光线垂直。
2.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于三棱镜(2)为等腰直角三棱镜，第一个面(21)为斜面，第二个面(22)、第三个面(23)分别为两直角面。
3.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于照明板(1)，用发光二极管LED作为光源，其频率避开337nm、674nm、1011nm。
4.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于第一反射镜(4)与三棱镜的斜面所成的夹角为α1，90°≤α1≤95°。
5.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于第二反射镜(5)位于第一反射镜(4)的下方，与水平面所成夹角α2为5°--12°。
6.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于光阑(6)的孔为圆形孔，孔径为0.5-2.0mm。
7.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于光阑(6)的孔为矩形孔，边长为0.5-2.0mm。
8.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于透镜(8)的焦距为6-20mm。
9.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于摄像元件与主光线的夹角α4为84--86°。
10.根据权利要求1所述的小型指纹输入仪的光学系统，其特征在于光阑(6)与透镜(8)之间有一滤光片(7)，其透过光的波长与光源波长相同。
专利摘要本实用新型属于光学技术领域,尤其涉及采用像方远心光路的指纹识别系统。小型指纹输入仪的光学系统包括照明板、三棱镜、摄像元件、透明橡胶层、第一、二反射镜、光阑、透镜,透明橡胶层粘贴在三棱镜的第一个面上,照明板紧靠在三棱镜的第二个面上,第一反射镜在三棱镜的第三个面一侧,能接收到第一个面的反射光,并将光反射至第二反射镜上,光线通过光阑至透镜,再至摄像元件,光阑位于透镜的焦平面上并与主光线垂直。
文档编号G06K9/20GK2473636SQ0123758
公开日2002年1月23日 申请日期2001年4月24日 优先权日2001年4月24日
发明者王蔚生 申请人:深圳市汉马科技开发有限公司