用于生物识别测量装置的照明透镜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及照明透镜、照明总装，以及包含此类照明透镜或照明总装的生物识别测量装置。
【背景技术】
[0002]照明总装通常包含光源和照明透镜，其目的在于收集由光源产生的光，并且将光分配在适于应用该光的光束中。为此，照明透镜必须与光源匹配，尤其是与光源的发光区域的形式匹配。另外，该照明透镜产生的光束的特性必须与被照明的光场及其内容相对应。因此，照明透镜的性能包括收集率，也就是说，由光源发射出的光能量与产生有效照明的光能量的比例。其他特征特别是被照明的光场尺寸、该光场中亮光的均匀性或分布、光束的角度大小等等。
[0003]特别的困难可能在于照明的产生，其中光束要相对于目标平面倾斜，例如相对于图像采集装置的聚焦平面倾斜。光束相对于平面倾斜是指在空间分布上，光束的平均方向与平面的垂直方向构成非零且小于90°的角度。这种光束的形式必须根据斜率调整，以便于目标平面的全部需求部分都被适当地照明。
[0004]有关照明透镜的其他标准为:与追求的光功率值的兼容性、与任何光源冷却装置的兼容性、尺寸、光源是否与装置的其他部分组装方便、及其造价。
[0005]照明总装的特殊用途是生物识别测量装置。这种装置尤其能生成皮肤打印图像、脸部、虹膜、手指或手掌的皮下静脉网络的图像等等。此类装置中的至少一部分还有下列要求:
[0006]-对光场充分均匀的照明，该光场可能较宽并且具有沿一个方向延长的横截面；
[0007]-充分强烈的照明，尤其是当要拍摄的目标可能移动时；
[0008]-当目标垂直于目标平面移动时保持质量的照明，尤其是超过图像采集装置要求的景株范围时；以及
[0009]-照明方向能相对于目标平面倾斜，尤其是对于无接触皮肤打印传感器，也可用于采集脸部图像。
[0010]对于在本发明之前已知的照明透镜，其适于发光二极管，每个照明透镜由屈光中央透镜部件，尤其是会聚透镜或正透镜，以及外围透镜部件，例如抛物面反射镜，组成。这种照明透镜构成的瞄准仪普遍只具有大约50%的光收集率。输出的光束具有平行光束结构且不适于均匀地照明典型尺寸为80x30x45mm3的光场。此外，由于这种照明透镜产生的光束的复合结构，使得难以在被照明的有效空间中不产生亮暗光圈的情况下发散光束。换句话说，这种具有混合屈光/反射折射结构的透镜不适于产生发散且均匀的照明。
【发明内容】
[0011]因此，本发明的目的在于提出一种新的用于生物识别装置的照明透镜，使其与现有透镜相比，至少部分前述特征得到改进。
[0012]根据本发明的第一方面，照明透镜包括:
[0013]-抛物面或椭球面反射镜，其由绕着该反射镜的轴旋转对称的部分抛物面或椭球面构成，并且具有焦点；以及
[0014]-屈光表面，其被布置成使得从该焦点发出的光束被该反射镜反射后穿过该屈光表面。
[0015]本发明的照明透镜的特点在于，该屈光表面在相互垂直且平行于该屈光表面的两个方向上具有不同的两个折光力值，这两个折光力值为负。
[0016]对于从该焦点发射出的光线来说，反射镜具有瞄准仪的作用或是会聚光学部件的作用。
[0017]沿着该光线在该反射镜的下游，屈光表面具有发散光学部件的作用。这样，光束能均匀地照明较宽的光场。此外，屈光表面的部分圆柱形性质使得光束具有横截面的形式，该横截面的形式适于光场在一个方向上横向延伸。光束横截面的形式也可能适于相对于目标平面倾斜分配照明。
[0018]根据本发明的照明透镜能方便且经济地制造出。此外，其需要的空间很小，可兼容能集成该透镜的小型装置。
[0019]另外，根据本发明的照明透镜能根据相关光源被简单地调整，以适于获得较高的光收集率。因为，当光源位于反射镜焦点附近时，反射镜占据的角度扇区相对于光源较宽，以便于大比例的光直接穿过屈光表面。
[0020]另外，根据本发明的照明透镜能根据光源的尺寸被简单地调整，尤其是应用各向同性同位相似变换把反射镜的焦点做极点。
[0021]最后，根据本发明的照明透镜能具有光线进口面，该进口面的形式能根据光源的发光区域调整，以适于进一步加强照明总装的收集率。尤其是，当光源的发射区域本身是平面时，照明透镜的进口面能是平面的，以及当发射区域本身是球面时，进口面能是平面的或者球面的。
[0022]下列改进能单独地或者以组合的形式有利地应用于本发明的优选实施例中:
[0023]-反射镜能是部分回转抛物面，其半径在8mm到45mm之间，优选地在25mm到35mm之间，尤其是大体等于30.5mm ；
[0024]-屈光表面的两个折光力值的其中之一能是另一个的20%到80 %，优选地在40 %到60%，尤其是大体等于57% ；
[0025]-屈光表面的两个折光力值中的第一个能在-30屈光度到O屈光度之间，优选地在-10屈光度到-3屈光度之间，尤其是大体等于-5屈光度，并且屈光表面的两个折光力值的第二个能在-40屈光度到-1屈光度之间，优选地在-20屈光度到-5屈光度之间，尤其是大体等于-10屈光度；以及
[0026]-照明透镜能被布置成，使得从焦点射出的任何光线被反射镜反射后穿过屈光表面，该屈光表面在被反射前相对于反射镜的轴具有5°到120°之间的倾斜角。
[0027]在本发明的优选实施例中，照明透镜能包括透明材料块体，该透明材料块体具有两个相对侧端、进口面、中间面和出口面，这三个面布置在这两个侧端之间。中间面镀有金属膜并构成反射镜，出口面构成屈光表面，以及进口面与焦点的距离比反射镜的圆锥半径小15%。这样，从焦点发出的光束通过进口面进入透明材料块体，在块体中经过中间面上的反射，通过出口面穿出该块体。对本发明的这一实施例而言，该透明材料块体可能包括位于两个相对侧端的两个固定部分。该固定部分能被调整成适于将该块体固定到外部支撑上，而不模糊通过进口面进入该块体、在中间面上反射后通过出口面穿出的光束。本发明的该实施例呈透明材料块体的形式容易制得，尤其能通过丙烯酸盐材料成型而成。
[0028]本发明的第二方面提出一种照明总装，其包括发光二极管光源和根据本发明第一方面的照明透镜。在该照明总装中，光源布置在反射镜的焦点上。
[0029]当照明透镜由透明材料块体制成时，能包括定位装置，定位装置放置在进口面附近并且被调整成适于，当光源在定位装置中时，将光源保持在进口面前方。这种定位装置能进一步被调整成适于确定光源和透明材料块体的进口面之间的间隙。这种间隙能有助于防热，热由光源产生，会降低透明材料块体的性能，或者损坏光源本身。当光源在定位装置中时，为了增加光收集率，该透明材料块体的进口面能有利地平行于光源的发光区域延伸。
[0030]此类照明总装本身可以很紧凑、价格低廉并且易于组装，同时具有较高的光效率。此外，其适于倾斜地照明目标平面，也就是说，光束和垂直目标平面的方向之间的角度在0°到90°之间。
[0031]本发明的其他方面提出多种生物识别测量装置，各生物识别测量装置包括根据本发明第一方面的照明透镜，或者根据本发明第二方面的照明总装。尤其是，这种生物识别测量装置可能是皮肤打印采集系统。在这种情况中，倾斜的光尤其是用于增加对比形成皮肤打印的皮肤上凸起和凹陷的阴影。这种生物识别测量装置的优选实施例中，可能应用到至少一部分下列附加特征:
[0032]-该装置进一步可能包括图像采集装置，该图像采集装置具有形成图像采集方向的光学轴，且其中一方面屈光表面和另一方面照明透镜反射镜的轴和形成图像采集方向的光