用于虹膜成像的优化成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及成像装置和方法，该成像装置和方法使得能够获取对象的眼睛的一个 或多个特征的图像用于生物识别。该发明具体地可操作用于优化用于虹膜图像捕捉和虹膜 识别的成像装置。
【背景技术】
[0002] 已知用于基于脸部特征(包括眼睛的特征）的生物识别的方法。用于虹膜识别的方 法实现模式识别技术，以将获取的对象的虹膜的图像相对先前获取的对象虹膜的图像比 较，且凭此确定或核实对象的身份。使用数学/统计算法，基于图像编码与获取的虹膜图像 相对应的数字模板。将数字模板与先前编码的数字模板(与先前获取的虹膜图像相对应)的 数据库对比，用于定位匹配且凭此确定或核实对象的身份。
[0003] 用于虹膜识别的装置可包括用于捕捉对象的虹膜(多个虹膜)的图像的成像装置， 和用于将所捕捉图像与先前存储虹膜图像信息对比的图像处理装置。成像装置和图像处理 装置可包括单独设备，或可结合于单个设备内。
[0004] 虽然虹膜识别装置已经作为专用或独立设备在先前已可用，但越来越期望将虹膜 识别能力合并入具有内置相机的移动通信设备或移动计算设备(统称为"移动设备"），如例 如，移动电话、智能电话、个人数字助手、平板电脑或膝上型设备。
[0005] 但是，已经发现，移动设备内的相机旨在作为能够捕捉其位置距移动设备大范围 距离内的物体的图像的一般用途相机而操作。出于生物识别目的用于获取虹膜图像的考虑 与适用于非虹膜图像的图像获取的考虑显著不同。具体而言，虹膜成像具体使将对象虹膜 安置于规定图像捕捉区域内成为必要，从而成像装置所获取的虹膜图像满足物体平面的最 低像素分辨率。假定虹膜尺寸和通常用于移动设备相机内的图像传感器的像素尺寸，配置 相机以捕捉在图像平面具有适当虹膜直径的虹膜图像，要求具体的物距（即，对象的虹膜要 求被放置的距离）。通过要求物体被放置于距离相机很近以获得具有适当清晰度和细节的 图像，以这种方式配置内置于移动设备内的相机可使得相机不适用于多种用途(如用于虹 膜成像，同时保持一般用途摄影功能）。
[0006] 用于更改相机物体平面的现有技术解决方法通常包括变焦透镜类型布置，其中透 镜组件包括可沿透镜组件的主体轴向滑动的一些单个透镜，以改变透镜组件的焦距和放大 率。但是，变焦透镜昂贵且体积庞大，二者都为在内置于移动设备内的相机内使用提供严重 的限制因素。
[0007] 由固定焦点相机的两用引起的担忧是，虹膜图像捕捉通常依赖于红外（IR)波长， 而非虹膜图像捕捉常常寻求通过使用IR截止滤光片(滤光片反射或吸收IR波长，同时允许 可见波长透过透镜组件且至图像传感器)消除IR波长。
[0008]因此该发明的目标是提供有效且廉价的机制，以配置虹膜成像装置或置于移动设 备内的相机，从而虹膜成像装置或相机可优化用于虹膜成像。
【发明内容】
[0009] 本发明包括用于配置具有图像传感器和光学组件的成像装置的方法，该光学组件 包括图像侧表面和物体侧表面，且配置用于使物体平面在图像传感器的成像表面上成像。 该方法改变成像装置的第一成像配置以实现所述成像装置的第二成像配置，其中，改变第 一成像配置包括在光学组件的图像侧表面和成像表面之间插入折射光学元件。
[0010] 该方法可替换地包括修改成像装置的第一成像配置，以实现所述成像装置的第二 成像配置，其中，修改第一成像配置包括从光学组件的图像侧表面和成像表面之间去除折 射光学元件。
[0011] 在另一实施方式中，本发明包括一种配置用于从第一成像配置向第二成像配置切 换的成像装置。该装置包括具有成像表面的图像传感器、包括图像侧表面和物体侧表面和 折射光学元件的光学组件。在第一成像配置中，光学组件可使位于第一物体平面的物体的 焦距内图像(in-f 〇CUS image)在成像表面上成像，该第一物体平面位于远离光学组件的物 体侧表面的第一物距处。在第二成像配置中，光学组件可使位于第二物体平面的物体的焦 距内图像在成像表面上成像，该第二物体平面位于远离光学组件的物体侧平面的第二物距 处。所述装置内的折射光学元件可配置为插入在光学组件的图像侧表面和图像传感器之 间，以从第一成像配置切换至第二成像配置。
[0012] 在方法或装置实施方式中的折射光学元件可配置为(i)在成像表面方向上偏移光 学组件的图像侧主平面一偏移距离，和（ii)在成像表面方向上偏移光学组件的图像侧焦平 面该偏移距离。在第一成像配置中，光学组件可使位于第一物体平面的物体的焦距内图像 (in-focus image)在成像表面上成像，该第一物体平面位于远离光学组件的物体侧表面的 第一物距处。在第二成像配置中，光学组件可使位于第二物体平面的物体的焦距内图像在 成像表面上成像，该第二物体平面位于远离光学组件的物体侧平面的第二物距处，从而第 二物距大于第一物距。出于该发明的目的，移动偏移距离为第一图像平面(光学组件使位于 第一物体平面的物体的焦距内图像在该第一图像平面上成像)和第二图像平面(光学组件 使位于第二物体平面的物体的焦距内图像在该第二图像平面上成像)之间的距离。
[0013] 在该发明的实施方式中，折射光学元件的宽度和折射率可被选取使得光学组件的 图像侧主平面和图像侧焦平面在成像表面方向上偏移该偏移距离。
[0014] 该发明的第一和第二成像配置的其中之一可被优化用于虹膜成像。在实施方式 中，第一成像配置被优化用于虹膜成像。
[0015] 折射光学元件在实施方式中可为平面平行元件。平面平行元件可包括滤光片。在 第一成像配置被优化用于虹膜成像的实施方式中，滤光片可为红外带通滤光片。当第二成 像配置被优化用于虹膜成像时，滤光片可为红外截止滤光片。
[0016] 成像装置的光学组件可为固定焦点光学组件。在该发明的实施方式中，光学组件 的焦距和成像表面和光学组件的图像侧表面之间的距离的至少一个或二者可在第一和第 二成像配置中保持恒定。
[0017] 存在其他光学元件位于所插入的元件和成像表面之间。这些其他光学元件可包括 但不限于图像传感器的部件，如平面平行盖玻璃、彩色障板、其他滤光片、微透镜、常规透镜 元件等。
【附图说明】
[0018] 图1是配置用于基于虹膜图像识别的移动设备的功能性框图。
[0019] 图2示出成像装置的实施方式。
[0020] 图3示出成像装置的基面。
[0021] 图4、图5和图6示出在成像装置内的光学透镜组件和图像传感器之间添加折射光 学元件的效果。
【具体实施方式】
[0022] 图1是配置用于基于虹膜图像的识别的移动设备100的功能性框图，包括成像装置 102和图像处理装置104。成像装置102获取对象虹膜的图像，且传输图像至图像处理装置 104。通过成像装置102捕捉的图像可为静止图像或视频图像。此后，图像处理装置104分析 所获取的图像帧（多帧)且将对应的数字特征组与基于先前获取的虹膜图像而编码和存储 的数字模板对比，以识别对象或以核实对象的身份。
[0023] 虽然未在图1中示出，移动设备100可包括其他部件，包括用于从视频图像中提取 静止帧、用于处理和数字化图像数据、用于虹膜图像登记(捕捉和存储对象的虹膜信息和将 所存储信息与该对象相关的处理)和比较(将从对象获取的虹膜信息与在登记期间先前获 取的信息比较，用于对象身份的识别或核实的处理），和用于支持移动设备的部件之间的通 信。成像装置、图像处理装置和移动设备的其他部件可各自包括单独设备或可结合于单个 移动设备内。
[0024]图2示出具有外壳202、图像传感器204和光