用于图像采集设备的光学系统技术方案

本发明专利技术题为：“用于图像采集设备的光学系统”。本发明专利技术提供了一种用于图像采集设备的光学系统，该光学系统包括图像传感器，该图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括对用于采集图像的IR波长敏感的像素。透镜组件包括具有光轴的收集透镜表面，该透镜组件被布置成将从给定物距接收的IR光聚焦在所述传感器表面上。该透镜组件至少包括第一反射表面，该第一反射表面用于沿着横向于该光轴的轴线反射所收集的光，使得与该透镜组件的焦距相比，沿着所述光轴的该光学系统的长度减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于图像采集设备的光学系统
本专利技术涉及用于图像采集设备的光学系统。
技术介绍
于2014年8月8日提交的美国专利申请62/035,272(参考文献：FN-397P-US)公开了一种光学系统，该光学系统用于同时采集包括具有虹膜图案的面部的场景的可见图像和红外(IR)图像，该光学系统具有采集该场景的近红外(NIR)图像的视图，其中虹膜图案在整个图像传感器上充分展开，以使得基于虹膜的生物特征鉴别能够得到执行。在美国专利申请62/035,272中，面部所处的距离通常在200mm至250mm之间，并且在8百万像素(Mp)传感器上对此类面部进行成像所需的焦距大约为4.65mm(具有200/4.65＝43的图像缩小，可使用小到65mm/43＝1.5mm对角线的传感器—65mm为眼睛之间的近似距离)。此类光学系统可结合到现代图像采集设备(包括智能电话、平板电脑和膝上型计算机)的相对较薄的壳体之内，从而使得基于用户虹膜的识别能够用于此类设备。然而，在用户不希望将其面部定位在距离图像采集设备近至200mm至250mm以用于鉴别目的并且仅准备在其面部距离图像采集设备例如400mm处进行成像的情况下，诸如美国专利申请62/035,272中所公开的成像系统所需的焦距将增加至无法将该成像系统结合到薄型壳体内的程度。例如，即便使用专门设计用于对面部内的眼睛区域进行成像的专用IR光学系统，同轴图像传感器和透镜也将需要介于f＝13.7mm和f＝7.1mm之间的焦距，该同轴图像传感器和该透镜包括入射光瞳，该入射光瞳被优化以在距离400mm处以F/2.4对对象诸如眼睛区域(尺寸40mm)进行成像，具体焦距取决于所采用的光学器件的类型。(对于这两个例子，图像缩小将为400/13.7＝29和400/7.1＝56，从而导致眼睛区域的图像尺寸分别为40mm/29＝1.4mm和40mm/56＝0.7mm(40mm为眼睛的近似尺寸)。)为了聚焦可变距离处的对象，透镜或图像传感器将需要相对于彼此移动。在这种情况下，成像系统的总径迹长度(TTL)必须增加至大于7.1mm至13.7mm，由此使得在薄型壳体设备内的实施更加难以实行。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种根据权利要求1所述的用于图像采集设备的光学系统。根据第二方面，提供了一种根据权利要求26所述的生物特征识别系统。附图说明现在将结合附图以举例的方式描述本专利技术的实施例，在附图中：图1为根据第一实施方案的用于图像采集设备的光学系统的横截面；图2为根据第二实施方案的用于示例性图像采集设备的光学系统的横截面；图3为根据第三实施方案的用于图像采集设备的光学系统的横截面；图4为根据第四实施方案的用于图像采集设备的光学系统的横截面；图5为图1的光学系统的双目变型的横截面，其中每个透镜部分被布置成适应受试者相对于采集系统的移动；图6为光学系统的双目变型的二分之一的横截面，以示出系统相对于其光轴的倾斜情况；图7示出了图5和图6的光学系统的非球面系数；图8示出了本专利技术的一个实施方案，其包括偏振片以减轻来自眼镜的眩光遮挡虹膜图像的问题；以及图9示出了根据本专利技术的另一个实施方案的图像处理系统。具体实施方式现在参见图1，该图以横截面示出了根据本专利技术第一实施方案的用于图像采集设备的光学系统10。光学系统10包括具有正(凸状)对象侧表面13的折叠透镜12，该对象侧表面具有大约3.0mm的孔径光阑(AS)。透镜12的对象侧表面13关于定名为OA的光轴对称。第一反射表面14以与光轴OA成α的角度设置在对象侧表面13后面。表面14由反射光谱中从约750nm到至少约900nm的红外波长的材料形成。第一反射表面14充分延伸穿过光轴以反射通过对象侧表面13所收集的所有IR光，该对象侧表面13朝向与第一反射表面横向间隔开的第二反射表面16横向穿过光轴OA。同样，表面16由一种材料形成，该材料反射光谱中从约750nm到至少约900nm的红外波长。在该实施方案中，表面14和表面16中的每一者互相平行，以与光轴成角度α＝45°设置并且表面14和表面16中的每一者关于横向于光轴(OA)延伸的轴线(TA)对称设置。因此，第二反射表面16将反射自所述第一反射表面14的IR光沿着平行于初始光轴OA延伸的轴线(PA)反射回去。从第二反射表面16反射的光穿过透镜12的凹形成像侧表面18(关于平行轴线PA对称)被聚焦在图像传感器20上，该图像传感器与平行轴线PA正交设置并且关于该轴线对称。如人们将理解的那样，图像传感器20需为包括对至少IR波长的光敏感的像素的那类型图像传感器。在该实施方案中，透镜12被形成为单片模制塑料材料，其中反射表面14和反射表面16通过在模制透镜的两个相对外侧表面上提供涂层来限定，并且对象侧表面13和成像侧表面18被限定在其它两个表面上。用于表面14,16的合适反射涂层材料的示例包括：铝(AL)、银(Ag)和金(Au)，并且这些材料可通过任何合适的方法来提供，包括机械转移或化学沉积。在一些实施方案中，透镜12因此可包括固体平行四边形棱镜芯部，其中表面13,14,16和18被限定在棱镜的外周表面上。然而，为了减小透镜材料的体积并且提高穿过透镜12的光的透射率，在透镜12内限定有通道17。通道17具有一对平行间隔开的侧壁17a,17b，并且从透镜12的正面对角地延伸至背面，以将透镜分成一对间隔开的三棱镜12a,12b—第一棱镜12a设置在表面13后方，并且其外侧表面提供第一反射表面14，其内侧表面提供侧壁17a。第二棱镜12b设置在表面18的前方，其外侧表面提供第二反射表面16，其内侧表面提供侧壁17b。为了允许将透镜12制造为单件，在图1中，通道17未延伸穿过棱镜的整个深度，并且桥接部分17c连接第一棱镜12a和第二棱镜12b。如果单独形成棱镜12a,12b，则可通过沿着TA轴线移动棱镜12b来实现透镜聚焦。然而，从表面17a和表面17b可能得到不必要的反射。棱镜12a和12b的空气间隔构型可在表面17a和表面17b上产生像差。如果垂直于TA轴线切割表面17a和17b以保持光束的旋转对称性，则可缓解此问题。然而，相较于如图1中所示的倾斜切割的情况，空气间隔将会减小。如果将透镜12作为包括以下项的多个分立部件来提供：提供对象侧表面13的前收集透镜、提供表面14的第一反射构件、提供表面16的第二反射构件和提供成像侧表面18的后聚焦透镜，这将一定程度地增加部件数，并且需要对系统10进行更复杂的组装以将透镜12的构成部件对齐。在任何情况下，在图1的构造中，对于具有F/2.4和焦距为7.1mm的光学系统在400mm处对40mm对象进行成像，可通过折叠由透镜12捕捉的光的光径来实现5.5mm的总径迹长度(TTL)。然而，应当理解，为了在比400mm距离更近处聚焦于受试者，传感器20或透镜12中的一者将需要相对于彼此移动，从而延伸TTL。当棱镜12b相对于棱镜12a和传感器移动时，TTL未增加，但是如上所述，引发了其它缺点。就这一点而言，应当理解，机械地安装图像传感器20用于移动将具有挑战性，并且下文描述了减少对于将透镜12和传感器20相对于彼此移动的需要的替代实施方案。首先转到图2和光学系统10'的替代实施方案，该光学系统包括模制透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于图像采集设备的光学系统，包括：图像传感器，所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括对用于采集图像的IR波长敏感的像素；和透镜组件，包括具有光轴的收集透镜表面，所述透镜组件被布置成将从给定物距接收的IR光聚焦在所述传感器表面上，所述透镜组件包括至少第一反射表面用于沿着横向于所述光轴的轴线反射所收集的光，使得与所述透镜组件的焦距相比，沿着所述光轴的所述光学系统的长度减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.27 US 62/126,2471.用于图像采集设备的光学系统，包括：图像传感器，所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括对用于采集图像的IR波长敏感的像素；和透镜组件，包括具有光轴的收集透镜表面，所述透镜组件被布置成将从给定物距接收的IR光聚焦在所述传感器表面上，所述透镜组件包括至少第一反射表面用于沿着横向于所述光轴的轴线反射所收集的光，使得与所述透镜组件的焦距相比，沿着所述光轴的所述光学系统的长度减小。2.根据权利要求1所述的光学系统，包括第二反射表面，所述第二反射表面与所述第一反射表面以平行间隔开的关系设置并且被布置成将从所述第一反射表面反射的光朝向所述图像传感器反射。3.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述第二反射表面被布置成将从所述第一反射表面反射的光反射穿过成像侧表面，所述图像传感器与所述成像侧表面以平行间隔开的关系设置。4.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述收集透镜和所述第一反射表面中的每一者在第一棱镜中一体成形。5.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述第二反射表面和所述成像侧表面中的每一者在第一棱镜中一体成形。6.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述第二反射表面和所述成像侧表面中的每一者在第二棱镜中一体成形，所述第二棱镜与所述第一棱镜保持间隔开的关系。7.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜在单个模具中一体成形。8.根据权利要求2所述的光学系统，其中成像侧表面在第一棱镜中一体成形，并且其中所述第二反射表面由与所述第一棱镜间隔开的分立反射构件提供，所述成像侧表面被布置成将从所述第一反射表面反射的光聚焦到所述第二反射表面上。9.根据权利要求1所述的光学系统，其中成像侧表面在第一棱镜中一体成形，所述成像侧表面被布置成将从所述第一反射表面反射的光聚焦到所述图像传感器上，所述图像传感器平行于所述光轴设置。10.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一反射表面由分立反射构件提供，并且成像侧表面设置在分立透镜中，所述成像侧表面被布置成将从所述第一反射表面反射的光聚焦到所述图像传感器上，所述图像传感器平行于所述光轴设置。11.根据权利要求10所述的光学系统，其中所述分立透镜能够沿着所述横向轴线移动以聚焦所述光学系统。12.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述图像传感器能够沿着所述横向轴线或所述光轴中的一者移动以聚焦所述光学系统。13.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述收集透镜的孔径光阑直径为大约3mm，并且其中所述光学系统从所述收集透镜的前表面延伸至所述图像传感器小于约5.5mm、优选小于约4.5mm的深度。14.种双目系统，包括根据权利要求1所述的一对光学系统，其中所述光学系统的每一者关于中心轴线不对称地轴向设置。15.根据权利要求14所述的双目系统，其中所述一对光学系统中的至少每个收集透镜围绕光轴设置，所述光轴与所述中心轴线成角度β远离所述图像传感器延伸。16.根据权利要求15所述的双目系统，其中所述角度β＝1度。17.根据权利要求14所述的双目系统，其中所述一对光学系统的所述图像传感器设置在共同基底上。18.相机模块，包括根据权利要求1所述的光学...

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