專利名稱：大視場(chǎng)無(wú)畸變指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及采用立體光路的指紋識(shí)別攝像光學(xué)系統(tǒng)。
已有技術(shù)如


圖1所示，它包括光源(4)、漫反射板(6)，采用校正棱鏡(1)與45°輸入棱鏡(2)兩者的母線相互平行的光學(xué)系統(tǒng)，校正棱鏡(1)把窄光束擴(kuò)束成1.412倍，因此成像光學(xué)系統(tǒng)口徑大，而且由于成象光學(xué)系統(tǒng)(3)沒有采用遠(yuǎn)心光路，則不能校正梯形畸變。為了校正梯形畸變，通常把攝像機(jī)(5)靶面適當(dāng)傾斜使梯形畸變減少，這時(shí)不可避免地產(chǎn)生成像面離焦，軸外成像質(zhì)量下降，因此只能得到折衷的效果。這種方案對(duì)視場(chǎng)較小的情況，基本上可以滿足使用要求。但對(duì)要求大視場(chǎng)，高質(zhì)量系統(tǒng)，它是不能滿足使用要求的。整個(gè)系統(tǒng)的光軸在一個(gè)平面內(nèi)(紙面內(nèi))布置。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)、開發(fā)大視場(chǎng)、無(wú)畸變、高質(zhì)量的指紋識(shí)別攝像光學(xué)系統(tǒng)，克服由于光路采用平面布置，而使大視場(chǎng)成像物鏡尺寸過(guò)大，并且克服一般成像物鏡產(chǎn)生梯形畸變和像面離焦等問(wèn)題。這對(duì)公安用的滾動(dòng)采集大視場(chǎng)指紋識(shí)別攝像光學(xué)系統(tǒng)是非常重要的。
本發(fā)明如圖2、3、4所示它由校正棱鏡(1)、輸入棱鏡(2)、成像物鏡(3)、光源(4)、攝像系統(tǒng)(5)、蓋板(6)、支架(7)、反射鏡(8)、機(jī)殼(9)組成。其特點(diǎn)是在支架(7)上固定安置校正棱鏡(1)、輸入棱鏡(2)、成像物鏡(3)、光源(4)、攝像系統(tǒng)(5)、反射鏡(8)，且光源(4)的發(fā)光面與輸入棱鏡(2)的直角面平行且與輸入棱鏡(2)的輸入斜面成一定角度，成像物鏡(3)的光軸與輸入棱鏡(2)的輸入斜面的法線成一定角度，校正棱鏡(1)的斜面法線與成像物鏡(3)的光軸成一定角度，校正棱鏡(1)的母線與成像物鏡(3)的光軸垂直，且校正棱鏡(1)的母線與輸入棱鏡(2)的母線相互垂直放置，在校正棱鏡(1)和成像物鏡(3)之間安置平面反射鏡(8)使校正棱鏡(1)出射光束的光軸與成像物鏡(3)的光軸相聯(lián)，蓋板(6)固定安裝在機(jī)殼(9)上并且置于輸入棱鏡(2)的輸入斜面上，支架(7)與機(jī)殼(9)固定聯(lián)接。成像物鏡(3)由前組透鏡(10)、后組透鏡(11)和孔徑光欄(12)組成，其特點(diǎn)是前組透鏡(10)的后焦面與后組透鏡(11)的前焦面重合，且在重合面上放置孔徑光欄(12)，形成遠(yuǎn)心光路成像物鏡。
當(dāng)光源(4)均勻照射在輸入棱鏡(2)的指紋輸入斜面上時(shí)，在輸入棱鏡(2)的指紋輸入斜面上放上指紋，成像光線經(jīng)過(guò)校正棱鏡(1)、反射鏡(8)和成像物鏡(3)，把指紋圖像成像在攝像系統(tǒng)(5)上，由攝像系統(tǒng)(5)輸出的信號(hào)給入計(jì)算機(jī)進(jìn)行指紋圖像識(shí)別。
本發(fā)明的積極效果為了校正指紋圖像的縱橫比，采用了由于棱鏡(1)和棱鏡(2)的母線相互垂直即形成立體光路，解決了系統(tǒng)尺寸大的問(wèn)題，它把寬光束縮小0.7倍(已有技術(shù)把窄光束放大1.4142倍)，這樣在校正縱橫比的同時(shí)又把整個(gè)光束的口徑縮小了0.7倍，使光學(xué)系統(tǒng)尺寸大大減少，降低了成本，給大視場(chǎng)成像物鏡的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大方便。本發(fā)明還采用遠(yuǎn)心光路的成像光學(xué)系統(tǒng)，使其主光線物方和像方都是與光軸平行的，因此其放大倍率與物距無(wú)關(guān)，不存在梯形畸變，因?yàn)槌上衩娌淮嬖陔x焦問(wèn)題，而使成像質(zhì)量高，達(dá)到大視場(chǎng)、無(wú)畸變、高質(zhì)量指紋識(shí)別攝像系統(tǒng)的要求。
圖1是已有技術(shù)的平面光路示意圖。
圖2是本發(fā)明的立體光路示意圖。
圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
圖4是本發(fā)明圖3的A向視圖。
本發(fā)明的實(shí)施例棱鏡(1)和(2)采用光學(xué)玻璃材料或塑料制成，物鏡(3)采用光學(xué)玻璃制成。光源(4)用發(fā)光二極管陣列。攝像系統(tǒng)(5)根據(jù)市場(chǎng)情況選擇面陣CCD攝像。蓋板(6)、支架(7)、機(jī)殼(9)用鋁或塑料制成。反射鏡(8)采用平面反射鏡且用光學(xué)玻璃制成。棱鏡(1)和棱鏡(2)可以是在一塊材料上制成一個(gè)入射面和一個(gè)出射面，也可以把兩塊棱鏡的母線相互垂直膠合在一起，也可把兩塊棱鏡分離使用。棱鏡(2)可選用45°左右的直角棱鏡，其斜面為接觸指紋的輸入面，校正棱鏡(1)的銳角可選用30°左右，其母線與棱鏡(2)的母線相互垂直，校正棱鏡(1)銳角的直角面與棱鏡(2)的直角面膠合，經(jīng)校正棱鏡(1)把水平方向的光束縮小成與垂直方向的光束相等。成像物鏡(3)采用4-6片透鏡組成，把棱鏡(2)的指紋輸入面成像在CCD攝像系統(tǒng)(5)靶面上，CCD攝像系統(tǒng)(5)輸出信號(hào)通過(guò)圖像卡送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)識(shí)別指紋。圖2所示箭頭方向表示為系統(tǒng)光軸，與系統(tǒng)光軸不在一個(gè)平面內(nèi)則為立體光路布置。成像物鏡(3)用4-6塊透鏡組成物方和像方遠(yuǎn)心光路，即物方和像方的主光線與光軸平行，這樣成像的放大率與物距無(wú)關(guān)，達(dá)到校正梯形畸變的目的。為了實(shí)現(xiàn)物方和像方的成像，成像物鏡(3)其孔徑光欄(12)要設(shè)在該成像物鏡(3)的中間，并且這個(gè)孔徑光欄(12)必須在該物鏡前半部分的后焦點(diǎn)位置，同時(shí)也在該物鏡后半部分的前焦點(diǎn)位置上。本發(fā)明的大視場(chǎng)無(wú)畸變指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)輸入棱鏡的輸入面尺寸為40×40mm2,CCD攝像機(jī)采用了1/3英寸黑白攝像機(jī)。指紋圖像的取樣點(diǎn)密度為500dpi，用于滾動(dòng)指紋采集系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種大視場(chǎng)無(wú)畸變指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，它包括校正棱鏡(1)、輸入棱鏡(2)、成像物鏡(3)、光源(4)、攝像系統(tǒng)(5)，其特征在于在支架(7)上固定安置校正棱鏡(1)、輸入棱鏡(2)、成像物鏡(3)、光源(4)、攝像系統(tǒng)(5)、反射鏡(8)，且光源(4)的發(fā)光面與輸入棱鏡(2)的直角面平行且與輸入棱鏡(2)的輸入斜面成一定角度，成像物鏡(3)的光軸與輸入棱鏡(2)的輸入斜面的法線成一定角度，校正棱鏡(1)的斜面法線與成像物鏡(3)的光軸成一定角度，校正棱鏡(1)的母線與成像物鏡(3)的光軸垂直，且校正棱鏡(1)母線與輸入棱鏡(2)的母線相互垂直放置，在校正棱鏡(1)和成像物鏡(3)之間安置平面反射鏡(8)使校正棱鏡(1)的出射光束的光軸與成像物鏡(3)的光軸相聯(lián)，蓋板(6)固定安裝在機(jī)殼(9)上并且置于輸入棱鏡(2)的輸入斜面上，支架(7)與機(jī)殼(9)固定聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場(chǎng)無(wú)畸變指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于成像物鏡(3)由前組透鏡(10)、后組透鏡(11)和孔徑光欄(12)組成，前組透鏡(10)的后焦面與后組透鏡(11)的前焦面重合，且在重合面上放置孔徑光欄(12)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,涉及采用立體光路的指紋識(shí)別攝像光學(xué)系統(tǒng)。大視場(chǎng)無(wú)畸變指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng),由棱鏡1、2、成像物鏡3、光源4和攝像系統(tǒng)5、蓋板6、支架7、反射鏡8、機(jī)殼9組成。采用立體光路在校正指紋圖像縱橫比的同時(shí)又把整個(gè)光束的口徑縮小了0.7倍,使光學(xué)系統(tǒng)尺寸大大減少,降低了成本,采用遠(yuǎn)心光路成像物鏡,使得指紋圖像無(wú)梯形畸變、成像質(zhì)量高。適用于公安部門指紋識(shí)別,還可用于制造指紋鎖等。
文檔編號(hào)G02B27/00GK2335156SQ9821586
公開日1999年8月25日 申請(qǐng)日期1998年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月18日
發(fā)明者韓昌元, 馮秀恒, 蘆葦, 武曉東, 李鶴玲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所