用于图像获取装置的光学系统、图像获取装置以及图像获取系统制造方法及图纸

一种用于图像获取装置的光学系统、图像获取装置以及图像获取系统。该光学系统包括：滤光器，滤光器包括中心孔径和外围孔径，中心孔径布置成透射可见光波长和选择的近红外(NIR)波长，外围孔径布置成阻挡可见光波长和透射NIR波长。图像传感器包括像素阵列，像素阵列包括对可见光波长敏感的像素和对NIR波长敏感的对应像素。透镜组件在轴向上位于滤光器和图像传感器之间，并且包括多个透镜元件。透镜元件被布置成同时将通过滤光器的中心孔径和外围孔径从给定物体接收的NIR光和仅仅通过中心孔径从所述物体接收的可见光聚焦到传感器的表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于图像获取装置的光学系统
本文公开的本专利技术实施方式涉及用于图像获取装置的光学系统。
技术介绍
作者为A.K.Jain、A.Ross和S.Prabhakar的“Anintroductiontobiometricrecognition”，IEEETrans.CircuitsSyst.VideoTechnol.，第14卷，2004年一文公开了眼睛的虹膜是近乎理想的生物辨识特征(biometric)。通常，虹膜的图像最好在使用红外(IR)照明(通常在700-900nm范围内的近红外(NIR))的专用成像系统中获取，并且眼睛与获取相机对准。然而，支持从移动人员获取虹膜数据的系统是已知的，例如在作者为J.RMatey、O.Naroditsky、K.Hanna、R.Kolczynski、D.J.Lolacono、S.Mangru、M.Tinker、T.M.Zappia和W.Y.Zhao的“IrisontheMove：AcquisitionofImagesforIrisRecognitioninLessConstrainedEnvironments”，Proc.IEEE，第94卷，2006年一文中所公开的。其使用专门的照明并且需要人们沿着指定路径行走，其中在受控照明条件下获取多个连续虹膜图像。该系统被建议用于机场，其中在机场环境下虹膜信息正在被越来越多地用于验证乘客身份。作者为Daugman.J的“HowIrisRecognitionWorks”，IEEETransactionsonCircuitsandSystemsforVideoTechnology，14(1),21-30，2004年一文公开了为了正确地识别虹膜，虹膜图案需要延伸跨越图像的至少80个像素。其他研究表明，虹膜图案可能需要延伸跨图像的高达200个像素，以进行可靠的虹膜识别。对于具有70度的视场(FoV)的典型的8百万像素(Mp)相机，假定波长为550nm(靠近可见光谱的中心)并且对象面部在约250mm的距离处，其能够表明，直径为12mm的典型虹膜将延伸跨越80个像素的最小分辨率，并且因此可以满足用于识别的所需标准。然而，当在900nm的NIR波长处应用相同的计算时，能够看到，分辨率降低到约50个像素。因此，虽然8Mp的典型图像传感器可能在可见波长下分辨虹膜，但是传感器在NIR波长处将不是最佳的。这些计算表明，在消费者设备中实现虹膜识别将需要将可移动NIR滤光器添加到针对可见光和NIR图像捕获二者而优化的成像系统，或者替代地，需要提供用于虹膜图像获取的专用成像系统。显然，这些解决方案将增加这种设备的成本，使得实施成本太高，特别是在消费者设备中实施时。如将理解的，在诸如智能电话的消费者设备上实现虹膜成像(特别是用于识别的目的)的获取挑战包括：(i)虹膜是位于湿的、弯曲的反射性表面上的相对小的目标；(ii)由于眼睑和睫毛而发生闭塞；(iii)镜面反射阻挡虹膜图案的一些部分；(iv)虹膜图案对NIR照射最敏感；(v)可见光可以扭曲基本虹膜图案，特别是在暗色素虹膜中；以及(vi)图像获取需要用户高度合作等。现有技术包括US6870690，其描述了用于进行两个不同光波段(例如可见和红外)的成像的单个光学系统，该两个不同的光波段在变焦和/或聚焦方面具有相同的可能调整。双波段单透镜(singlet)由第一较大的光学元件形成，该第一较大的光学元件适于在第一光波段的光上操作，并且具有从其切取的孔径。适合于在第二光波段的光上操作的较小元件被固定在通过较大光学元件所切取的孔径中或该孔径的任一侧上，从而形成可在两个不同波段上操作的双波段单透镜。双波段透镜、透镜元件和具有切出的孔径的透镜的组合用于形成双波段光学系统，该双波段光学系统包括具有双波段聚焦和变焦的系统。US8059344描述了一种光学透镜系统，其将第一波段和第二波段聚焦到公共焦平面上。该系统使用了透镜分割，其中由第二材料制成的第二区域不同于第一材料，并且被成形为将第二波段部分地聚焦到焦平面上。US6870690和US8059344中的每一个是相似的，因为它们包括被设计成聚焦第一组波长的环形外透镜区域和被设计成聚焦第二组波长的内透镜区域。这种双部件结构涉及复杂的制造和组装，因此包括在消费者电子设备中将是非常昂贵的。还应当注意，在US8059344中，内透镜不透射外部区域的波长，因此在透镜的中心处存在盲点。US7881603描述了一种用于与诸如相机的电子成像设备一起使用的二向色滤光器。二向色滤光器位于主成像透镜中，并且可以允许所有光通过第一部分并且由光传感器测量，同时限制可见光的至少一些部分通过其第二部分。以这种方式，只有通过第二部分的可见光的不受限制部分可以由光传感器的相关联的像素测量。US2010/0066854描述了一种包括成像系统的相机，该成像系统具有用于一种或多种第一颜色的第一景深以及用于一种或多种第二颜色的小于第一景深的第二景深。该成像系统可以包括虹膜，虹膜具有用于一种或多种第一颜色的第一孔径以及用于一种或多种第二颜色的大于第一孔径的第二孔径。第一孔径可以由外部不透明环(1)限定，第二孔径可以由内部色环(2)限定。内环(2)阻挡第一颜色并使第二颜色通过。由第一颜色形成的图像更清晰，并且其清晰度可以通过图像处理置换到其它图像。然而，US7881603和US2010/0066854中的每一个仅涉及处理可见波长。在US8294808中，提供了一种用于获得场景的两个图像的双视场光学成像系统，每个图像具有不同的视场。该双视场光学成像系统包括前双焦透镜和检测器，该双焦透镜具有：焦距为f1的中心区域，其在第一焦平面处产生宽视场图像；以及焦距为f2(f2大于f1)的周边区域，其在第二焦平面产生窄视场图像；检测器用于检测和获取所述宽视场图像和所述窄视场图像，并且检测器能够沿着光学路径移动以便选择性地定位在所述第一焦平面或所述第二焦平面处。US2013/0033579公开了处理多孔径图像数据，包括(i)通过同时地使用至少第一孔径将成像系统中的图像传感器曝光于与电磁谱的至少第一部分相关联的谱能量以及(ii)使用至少第二孔径将成像系统中的图像传感器曝光于与电磁谱的至少第二部分相关联的谱能量，来捕获与一个或多个物体相关联的图像数据；(iii)生成与所述电磁谱的所述第一部分相关联的第一图像数据以及与所述电磁谱的所述第二部分相关联的第二图像数据；以及(iv)基于所述第一图像数据的至少一个区域中的第一清晰度信息和所述第二图像数据的至少一个区域中的第二清晰度信息，生成与所述捕获图像相关联的深度信息。US2013/0113988公开了形成场景的图像，包括通过使用一个孔径将图像传感器曝光于来自EM谱的一部分的辐射并且使用具有不同于第一孔径的尺寸的另一个孔径将图像传感器曝光于来自EM谱的另一部分的辐射而捕获场景的图像。与捕获图像同时地，用来自EM谱的第二部分的辐射照亮场景。然后基于来自EM谱的第一部分的辐射产生的图像数据和来自EM谱的第二部分的辐射产生的图像数据形成图像。US8294808、US2013/0033579和US2013/0113988中的每一个都要求电磁谱的两个不同区域被聚焦到不同深度。最后，US2012/0242本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于图像获取装置的光学系统，包括：滤光器，所述滤光器包括中心孔径和外围孔径，所述中心孔径布置成既透射可见光波长又透射选择的近红外(NIR)波长，所述外围孔径布置成阻挡可见光波长而透射所述NIR波长；包括像素阵列的图像传感器，所述像素阵列包括对可见光波长敏感的像素和对所述NIR波长敏感的对应像素；以及透镜组件，所述透镜组件在轴向上位于所述滤光器和所述图像传感器之间，并且包括多个透镜元件，所述透镜元件被布置成将通过所述滤光器的所述中心孔径和所述外围孔径从给定物距接收的NIR光和仅仅通过所述中心孔径从所述物距接收的可见光同时聚焦到所述传感器的表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.08 US 62/035,272;2015.02.27 US 62/126,2701.一种用于图像获取装置的光学系统，包括：滤光器，所述滤光器包括中心孔径和外围孔径，所述中心孔径布置成既透射可见光波长又透射选择的近红外(NIR)波长，所述外围孔径布置成阻挡可见光波长而透射所述NIR波长；包括像素阵列的图像传感器，所述像素阵列包括对可见光波长敏感的像素和对所述NIR波长敏感的对应像素；以及透镜组件，所述透镜组件在轴向上位于所述滤光器和所述图像传感器之间，并且包括多个透镜元件，所述透镜元件被布置成将通过所述滤光器的所述中心孔径和所述外围孔径从给定物距接收的NIR光和仅仅通过所述中心孔径从所述物距接收的可见光同时聚焦到所述传感器的表面上。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述外围孔径与所述中心孔径之间的直径比允许由所述图像传感器同时获取的可见光图像和NIR图像具有相似的空间分辨率。3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述直径比在大约1.5至大约1.6之间。4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述外径为大约2.72mm，以对所述NIR波长提供大约f/1.76的光学系统。5.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述中心孔径的所述直径为大约1.70mm，以对可见光波长提供大约f/2.73的光学系统。6.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述透镜组件的所述焦距为大约4.65mm，并且所述第一物距在大约200mm至大约250mm之间。7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述透镜组件包括模制塑料透镜元件。8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述透镜组件包括4个透镜元件。9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述透镜元件中的一个或多个是非球面的。10.根据权利要求1所述的光学系统，其中，一对透镜元件与所述滤光器轴向相邻地定位，所述透镜元件包括相应的材料并且具有适于校正通过所述中心孔径和所述外围孔径接收的所述NIR波长中的光学像差的光学表面。11.根据权利要求10所述的光学系统，其中，所述一对透镜元件的所述光学表面适于校正通过所述中心孔径接收的可见光波长中的光学像差。12.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述滤光器被提供为与所述透镜组件的前透镜间隔开的分立的平面元件。13.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述滤光器设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·戴恩蒂，A·戈恩查罗维，I·安多科，P·科科伦，
申请(专利权)人：快图有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE