HU223726B1

HU223726B1 - Objektív

Info

Publication number: HU223726B1
Application number: HU9903937A
Authority: HU
Inventors: Péter Kalló
Original assignee: Guardware Systems Informatikai Kft.
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2004-12-28
Also published as: WO2001031563A1; HU9903937D0; HUP9903937A2; AU1790400A; EP1147480A1; US6934089B1; JP2003513314A

Abstract

A találmány objektív (2), különösen ujjlenyomat-beolvasóberendezéshez, amely tartalmaz tárgyról érkező fénynyalábokatlényegében telecentrikusan vezető, gyűjtőlencseként kialakított elsőlencsét (8), az első lencse (8) képoldali fókuszpontjánakkörnyezetében elhelyezett apertúrarekeszt (9), az apertúrarekesznek(9) az első lencse (8) felőli oldalán elrendezett korrekciós másodiklencsét (10), valamint az apertúrarekesz (9) másik oldalánelrendezett, gyűjtőlencseként kialakított korrekciós harmadik lencsét(11). A találmány szerint a második lencse (10) meniszkusz alakúgyűjtőlencse, amely az első lencse (8) felé néző olyan szferikusfelülettel (S3) van kialakítva, amelynek görbületi középpontja afelület (S3) görbületi sugarának 15%-ánál kisebb távolságra van azapertúrarekesz (9) középpontjától (P), az apertúrarekesz (9) pedig azelső lencse (8) fókuszpontjától az első lencse (8) fókusztávolságának25%-ánál kisebb távolságra van elrendezve. ŕ

Description

KIVONAT

A találmány objektív (2), különösen ujjlenyomat-beolvasó berendezéshez, amely tartalmaz tárgyról érkező fénynyalábokat lényegében telecentrikusan vezető, gyűjtőlencseként kialakított első lencsét (8), az első lencse (8) képoldali fókuszpontjának környezetében elhelyezett apertúrarekeszt (9), az apertúrarekesznek (9) az első lencse (8) felőli oldalán elrendezett korrekciós második lencsét (10), valamint az apertúrarekesz (9) másik oldalán elrendezett, gyűjtőlencseként kialakított korrekciós harmadik lencsét (11). A találmány szerint a második lencse (10) meniszkusz alakú gyűjtőlencse, amely az első lencse (8) felé néző olyan szférikus felülettel (S₃) van kialakítva, amelynek görbületi középpontja a felület (S₃) görbületi sugarának 15%-ánál kisebb távolságra van az apertúrarekesz (9) középpontjától (P), az apertúrarekesz (9) pedig az első lencse (8) fókuszpontjától az első lencse (8) fókusztávolságának 25%-ánál kisebb távolságra van elrendezve.

_2__ '

HU 223 726 B1

A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 2 lap ábra)

HU 223 726 Bl

A találmány tárgya objektív, különösen ujjlenyomatbeolvasó berendezéshez.

Az ujjlenyomat alapján történő személyazonosítás egyre szélesebb körű elterjedésével megsokszorozódtak az ujj lény omat-beolvasó berendezésekkel, különösen azok objektívjével kapcsolatban felmerülő igények. Kívánatos, hogy az ilyen objektíveket egyszerűen és alacsony költséggel lehessen előállítani, valamint az, hogy az objektív az ujjlenyomat optikai képét lehetőleg az alkalmazott képérzékelő fizikai felbontását elérő pontossággal vetítse a képérzékelőre. Az alacsony költségű előállítás szempontjából kívánatos továbbá, hogy az objektívet egyszerűen lehessen különböző méretű nyomatfelületekhez illeszteni, melyek mérete alapvetően az ujjlenyomat-beolvasó berendezés mérete által korlátozottan rendelkezésre álló helytől és az ujjlenyomat-azonosítás megbízhatóságának kívánt mértékétől függ.

Az ujjlenyomat-beolvasó berendezésekben az ujjlenyomat tárgyként való megjelenítésére önmagában ismert módon totálreflexiós prizmát, a tárgy leképezésére pedig objektívet alkalmazó telecentrikus, centrális vagy afokális sugármenetű leképezésmódot alkalmaznak.

Ujjlenyomat leképezésére szolgáló optikai rendszert ismertetnek például az EP 0 308 162 A2 szabadalmi leírásban. Ebben az ismert rendszerben egy totálreflexiós prizma 19 mmx 19 mm-es nyomatfelületén kirajzolódó ujjlenyomat képét torzításcsökkentő korrekciós prizmán, két aszferikus lencséből álló lencserendszeren, és a lencserendszert követően elhelyezett apertúrarekeszen keresztül telecentrikusan képezik le képérzékelőre. Az optikai rendszer a benne alkalmazott elrendezés miatt nagyon nagy optikai utat tesz szükségessé, ami nagy befoglaló méreteket eredményezne. Ennek elkerülésére a fénysugár útjába járulékos sugármenettörő tükröket helyeznek, amelyekkel a rendszert még elfogadható méretű egységbe foglalják. Az optikai rendszer által alkotott kép az alkalmazott kompenzációs prizmának köszönhetően mérsékelt torzítás mellett elfogadható minőségű.

Az US 5 764 347 szabadalmi leírásban olyan optikai leképezőrendszert ismertetnek, amelyben speciális fénykilépési felülettel kialakított totálreflexiós prizmából a fénysugarakat három vagy négy szférikus lencséből álló optikai egység képezi le egy, az optikai tengelytől helyközzel elhelyezett képfelületre. A leképezőrendszerben a nyomatfelület mérete 25 mm χ 25 mm. Ezen ismert optikai leképezőrendszerben centrális sugármenetet alkalmaznak, és mérsékelt torzítás mellett viszonylag jó minőségű leképezést érnek el. A prizma speciális kialakítása, továbbá az optikai elemek speciális elrendezése azonban megdrágítja ezen optikai rendszer előállítását.

A JP 8 334 691 szabadalmi leírásban lényegében torzításmentes, afokális leképezést valósítanak meg körülbelül 20 mm χ 30 mm nagyságú nyomatfelület mellett összetett, két-két szférikus lencséből és azok között elhelyezett apertúrarekeszből álló objektívvei. Ez a kialakítás összetettsége miatt viszonylag költséges. A JP 10 269 344 szabadalmi leírásban ismertetett ujjlenyomat-beolvasóban tűlyuk apertúrarekesszel ellátott, ezért szerény képminőségű, de csak két lencséből álló objektívet alkalmaznak afokális leképezésre. Ezen optikai berendezések közös hátránya, hogy az afokális leképezés alkalmazása miatt előnytelenül nagy befoglaló méreteket tesznek szükségessé.

Az US 5 900 993 szabadalmi leírásban olyan optikai rendszereket ismertetnek ujjlenyomat beolvasására, amelyben az objektív tartalmaz a nyomatfelületről érkező fénynyalábokat telecentrikusan vezető első lencsét, az első lencse fókuszpontjában elhelyezett, viszonylag nagy átmérőjű apertúrarekeszt, valamint az apertúrarekesz két oldalán elrendezett lencsékből álló korrekciós lencserendszert. Ezen korrekciós lencserendszert a viszonylag nagy apertúrarekeszből fakadó képalkotási hátrányok csökkentésére viszonylag bonyolultan alakítják ki. A leírásban ismertetett kiviteli alakok korrekciós lencserendszerei alapvetően az apertúrarekesz két oldalán elrendezett egy-egy, legalább egy aszferikus felülettel kialakított lencséből állnak, kivéve a 4. ábrán ábrázolt kiviteli alakot, amelyben kizárólag szférikus felületekkel rendelkező lencsék vannak, de amelyben a korrekciós lencserendszer három lencséből áll. Az apertúrarekesznek az első lencse felé néző oldalán elhelyezett lencse szórólencse, amellyel elsősorban a többi lencse által okozott képmezőhajlás korrekcióját végzik. A telecentrikus leképezés viszonylag rövidebb sugárutat tesz lehetővé, de az aszferikus lencsék, illetve a három lencséből álló korrekciós lencserendszer alkalmazása megnöveli ezen optikai rendszerek előállítási költségeit.

Az előzőekben ismertetett objektívváltozatok további közös hátránya, hogy különböző méretű nyomatfelületeket alkalmazó berendezéstípusok esetén nem teszik lehetővé egységes optikai blokkra épülő, ezért viszonylag kedvező áron előállítható berendezéscsalád kialakítását.

A találmányunk célja olyan objektív létrehozása, különösen különböző méretű nyomatfelületek leképezését biztosító ujjlenyomat-beolvasó berendezéscsaládhoz, amely a fenti hátrányokat kiküszöböli, többcélúan, rugalmasan és kis költséggel gyártható, továbbá az alkalmazott képérzékelő fizikai felbontását igen jól megközelítő minőségű és torzítású képet alkot.

Felismertük, hogy a fenti célkitűzéseket elérhetjük olyan objektívvei, amelyben a korrekciós lencserendszer csupán két lencséből áll az alábbiak szerint.

A találmány tehát objektív, különösen ujjlenyomatbeolvasó berendezéshez, amely tartalmaz tárgyról érkező fénynyalábokat lényegében telecentrikusan vezető, gyűjtőlencseként kialakított első lencsét és az első lencse képoldali fókuszpontjának környezetében elhelyezett apertúrarekeszt, az apertúrarekesznek az első lencse felőli oldalán elrendezett korrekciós második lencsét, valamint az apertúrarekesz másik oldalán elrendezett, gyűjtőlencseként kialakított korrekciós harmadik lencsét. A találmány szerint a második lencse gyűjtőlencse, amely az első lencse felé néző olyan szférikus felülettel van kialakítva, amelynek görbületi középpontja a felület görbületi sugarának 15%-ánál kisebb távolságra van az apertúrarekesz középpontjától, az apertúrarekesz pedig az első lencse fókuszpontjától

HU 223 726 Bl az első lencse fókusztávolságának 25%-ánál kisebb távolságra van elrendezve.

Azáltal, hogy a korrekciós második lencse olyan gyűjtőlencse, melynek az első lencse felé néző felülete az apertúrarekesz középpontjával kvázikoncentrikus, jelentősen csökkentjük ezen lencse által okozott képalkotási hibákat, mivel az ezen felületen belépő, az apertúrarekesz felé tartó fénynyalábok csak kismértékben törnek meg. Ez lehetővé teszi, hogy az objektívben alkalmazott lencséket szférikus felületekkel alakítsuk ki. A képminőséget javító korrekciós második és harmadik lencsék alkalmazása miatt a tárgy leképezése nem lesz szigorúan telecentrikus, ezért az első lencse az ismert megoldásoktól eltérően úgynevezett kvázitelecentrikus sugármenetű lencse. Emiatt az apertúrarekeszt az adott feltételek között optimális képminőség elérésére nem az első lencse fókuszpontjában, hanem az alkalmazott optikai elemektől függően az első lencse fókusztávolságának ±25%-os tartományában kell elhelyezni. Ily módon az objektív találmány szerinti kialakításával egy ujjlenyomat a képsarkok gyakorlatilag nem hasznosított szűk környezetétől eltekintve elhanyagolhatóan kicsiny torzítás és diffrakciókorlátos képminőség mellett képezhető le, például CMOS képszenzorra.

A találmány egyik előnyös kiviteli alakjában a gyűjtőlencseként kialakított első, második és harmadik lencsék f_b f₂ és f₃ fókusztávolságai kielégítik az fi>f₃>f₂relációt.

A találmány szerinti objektív egyik különösen előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy az apertúrarekesz, a második lencse és a harmadik lencse az objektíven belül a tárgy méretétől független egységes blokként van kialakítva, az első lencse pedig illesztőlencseként van kialakítva. Ez lehetővé teszi, hogy a találmány szerinti objektívet különböző méretű nyomatfelületekkel rendelkező ujjlenyomat-beolvasó berendezéscsaládhoz alkalmazzuk. A különböző méretű nyomatfelületektől függetlenül, egységesen kialakítható blokk lecsökkenti az ujjlenyomat-beolvasó berendezéscsalád objektívjeinek előállítási költségeit.

A találmány szerinti objektív lencséi még kisebb költséggel és termelékenyebben állíthatók elő, ha az első lencse sík-domború lencse, a harmadik lencse pedig domború-sík lencse. A második lencse célszerűen az apertúrarekesz felé hajló, meniszkusz alakú. A síkdomború első lencse az ujjlenyomat-beolvasó berendezésekben általánosan alkalmazott totálreflexiós prizma fénykilépési felületére ragasztható, ami egyszerűsíti az objektív foglalását.

Különösen előnyös, ha az első lencse, a második lencse és a harmadik lencse szférikus felületekkel van kialakítva. A találmány szerinti objektív lehetővé teszi ilyen lencsék alkalmazását, ami kis darabszámoknál az objektív előállítási költségeit az üveglencsék alkalmazhatósága miatt jelentősen lecsökkenti. Nagyobb gyártási darabszámok esetén a műanyag lencsék alkalmazása a jelentős szerszámköltség ellenére gazdaságosabb az olcsó előállíthatóság miatt. A műanyag lencsék már kialakíthatók a képminőség további javítása szempontjából előnyös aszferikus felületekkel, de a találmány szerinti objektív már eléri az ujjlenyomat-beolvasó berendezésekben előnyösen alkalmazható CMOS képszenzorok 8x8 pm-es felbontását, ezért aszferikus felületű lencsék alkalmazása nem feltétlenül szükséges.

Adott esetben az első lencse, a második lencse vagy a harmadik lencse két különböző diszperziójú anyagból lévő lencse összeragasztásával lehet kialakítva.

Amennyiben az objektív befoglaló méreteinek csökkentése kívánatos, az első lencse és a második lencse közötti légközben, amely az objektív legnagyobb légköze, sugármenettörő tükör vagy prizma lehet elhelyezve.

A találmány szerinti objektívvei leképezendő tárgy előnyösen prizma totálreflexiós felületén lévő nyomatfelülettel érintkező ujjnak a nyomatfelületen megjelenő lenyomata. Ekkor az első lencse célszerűen a prizma fénykilépési felületére van ragasztva.

A találmány szerinti objektív példaképpeni előnyös kiviteli alakjait a továbbiakban rajzok alapján ismertetjük, ahol az

1. ábra egy ujjlenyomat-beolvasó berendezésben alkalmazható, találmány szerinti objektív vázlatos rajza totálreflexiós prizmával és képérzékelővel, és a

2. ábra a találmány szerinti objektív egy másik kiviteli alakja, amelyben az objektív legnagyobb légközében sugármenettörő tükör van elhelyezve.

Az 1. ábrán látható 2 objektív 1 ujjlenyomat-megjelenítő és CMOS 4 képszenzor között van elrendezve.

Az 1 ujjlenyomat-megjelenítő tartalmaz önmagában ismert 6 prizmát, melynek totálreflexiós felülete olyan 7 nyomatfelületet képez, amelyen egy azzal érintkező ujj lenyomata kirajzolódik. A 6 prizma fénybelépési felületén keresztül szűk hullámhossz-tartományú, például 660 nm hullámhosszú és 20-40 nm Célérték-szélességű, előnyösen LED diódával megvalósított megvilágítással világítjuk meg a 7 nyomatfelületet. Azokon a helyeken, ahol az ujj a 7 nyomatfelülethez hozzáér, az 5 megvilágítás fénye az ujjban elnyelődik. Azokról a helyekről azonban, amelyeken az ujj a 7 nyomatfelülettel nem érintkezik, az 5 megvilágítás fénynyalábjai teljes mértékben visszaverődnek, a prizma fénykilépési felületén kilépnek, és a találmány szerinti 2 objektíven keresztül a 4 képszenzorra leképeződnek. A 6 prizma n₆ törésmutatójú anyagból van (ld. 1. táblázat), és a 7 nyomatfelület a szaggatott vonallal ábrázolt optikai tengellyel δ szöget zár be.

Az ujjlenyomat-beolvasó berendezésekben az azok mérete által korlátozottan rendelkezésre álló helytől és az ujjlenyomat-azonosítás megbízhatóságának kívánt mértékétől függően különböző méretű 7 nyomatfelületek alkalmazhatók. A 7 nyomatfelület például 20 mmx20 mm, 20 mmx25 mm, illetve 20 mmx30 mm méretű lehet, ahol az első méret a nyomatfelület szélessége.

Az ábrázolt előnyös 2 objektív tartalmaz a 7 nyomatfelület nagyságától függően kialakított méretű és fókusztávolságú kvázitelecentrikus sugármenetű első lencsét, amelynek rekesze a találmány szerinti 2 objektív 9 apertúrarekesze. A 2 objektív tartalmaz továb3

HU 223 726 Bl bá egységes 3 blokkot, amelyben a 9 apertúrarekesz és azt közrefogó korrekciós második és harmadik 10, 11 lencse van elhelyezve.

Amint azt az előzőekben már említettük, a kvázitelecentrikus sugármenetű, nj törésmutatójú első 8 lencse ή fókusztávolsága a 7 nyomatfelület nagyságának megfelelően van megválasztva. A 8 lencse d, középvastagsággal, valamint R, és R₂ görbületi sugarú S, és S₂ felületekkel van kialakítva, amely S, és S₂ felületek az ábrázolt kiviteli alakban gömbfelületek. (Az ábrázolt Sj felület R| =co miatt valójában sík. A sík felületet a továbbiakban is speciális gömbfelületként említjük.) A 7 nyomatfelület pontjaiból kiinduló, igen jó közelítéssel, de nem a legszigorúbb értelemben vett telecentrikus nyalábok a 8 lencsén áthaladva azt maximálisan

3°-os széttartás mellett, kvázitelecentrikusan hagyják el. (A „kvázitelecentrikus” kifejezéssel erre a korlátozott széttartásra utalunk.) Az első 8 lencse első S] felülete célszerűen végtelen sugarú gömbfelület, azaz sík felület, amikor is az ragasztással a 6 prizma fénykilépési felületére erősíthető. Az 1. táblázat három különböző méretű 7 nyomatfelület esetén a 6 prizma fontosabb jellemzőinek feltüntetésével mutatja a kvázitelecentrikus sugármenetű első 8 lencse lehetséges kiviteli alakjainak adatait, valamint a 8 lencse és a korrekciós második 10 lencse közötti e₂ légköz nagyságát. A táblázatból látható, hogy a 7 nyomatfelület méretétől függően nemcsak az első 8 lencse fókusztávolságát, hanem az e₂légköz nagyságát is változtatni kell.

1. táblázat

Nyomatfelület mérete (mm)	Prizma adatai	Kvázitelecentrikus sugármenetű lencse és legköz adatai
ⁿ6	δ(°)	f, (mm)	ⁿl	d, (mm)	R, (mm)	R₂ (mm)	c₂ (mm)
20x20	1,51	45	51,2	1,59	5	OO	-30,20	47,9
20x25	1,51	45	58,5	1,59	5	00	-34,52	53,6
20x30	1,62*	50*	55,8	1,59	5	00	-32,90	62,6

* A fentiektől eltérő adatokat az 500 dpi felbontás biztosítása indokolja

A találmány szerinti 2 objektív egységes 3 blokkjában a fent elmondottak szerint a 9 apertúrarekesz és az azt közrefogó korrekciós második és harmadik 10, 11 lencse található. A 9 apertúrarekesz a találmány szerinti kvázitelecentrikus sugármenet miatt nem az első 8 lencse fókuszpontjában, hanem a fókuszponttól az első 8 lencse fókusztávolságának 25%-ánál kisebb távolságra van elrendezve. A második 10 lencse a apertúrarekesz felé hajló, meniszkusz alakú gyűjtőlencse, a harmadik 11 lencse pedig domború-sík alakú gyűjtőlencse. A 3 blokk a különböző 7 nyomatfelületek méretétől függetlenül egységesen, mechanikailag egybefoglaltan alakítható ki. A meniszkusz alakú korrekciós 10 lencse f₂ fókusztávolsággal és n₂ törésmutatóval rendelkezik, és d₃ középvastagság mellett R₃ és R₄ görbületi sugarú S₃ és S₄ felületekkel van kialakítva, amely S₃ és S₄ felületek az ábrázolt kiviteli alakban gömbfelületek. A 10 lencse S₃ felületének görbületi középpontja a 9 apertúrarekesz P középpontjának közvetlen környezetében van; a P középponttól való távolsága kisebb, mint az S₃ felület görbületi sugarának 15%-a. Az első 8 lencse felé néző S₃ felület ily módon a 9 apertúrarekesz P középpontjával kvázikoncentrikus. Ezzel a kialakítással minimalizáljuk a lencse által okozott képalkotási hibákat, mivel az S₃ felületen belépő, a 9 apertúrarekesz felé tartó fénynyalábok csak kismértékben törnek meg.

A 10 lencse hátulsó S₄ felületének homlokpontjától b távolságra van elhelyezve a D átmérőjű 9 apertúrarekesz. A 10 lencse - a 9 apertúrarekesz közbeiktatásával - - a domború-sík korrekciós harmadik 11 lencsétől e₄ légközzel van elválasztva. A 11 lencse f₃ fókusztávolsággal és n₃ törésmutatóval rendelkezik, valamint d₅ középvastagság mellett R₅ és R₆ görbületi sugarú S₅ és S₆ felületekkel van kialakítva, amely S₅és S₆ felületek az ábrázolt kiviteli alakban gömbfelületek. Az R₆ sugár értéke célszerűen végtelen, azaz a 11 lencse hátsó S₆ felülete sík felület. A 11 lencse hátsó S₆ felületétől az optikai tengely mentén mérve s’ távolságra van az optikai tengelyre merőleges síkkal δ’ szöget bezáró CMOS 4 képszenzor érzékelőfelülete.

A szakterületen ismert (például Naumann, Schröder: Bauelemete dér Optik, Kari Hauser Verlag, 1987, München, Wien, 5. kiadás, 95. oldal 4.2.1. ábra), hogy a 6 prizma δ szögét, valamint a CMOS 4 képszenzor érzékelőfelületének δ’ szögét úgy kell megválasztani, hogy a 7 nyomatfelület és az érzékelőfelület meghosszabbításával kapott síkok lényegében a 9 apertúrarekesz síkjában metsszék egymást. Ekkor ugyanis optimális a 7 nyomatfelület leképezésével kapott kép minősége. Az ábrázolt kiviteli alakban δ~45°, δ’«6...9°.

A gyűjtőlencsékből álló, találmány szerinti 2 objektívben a kvázitelecentrikus sugármenetű első 8 lencse ή fókusztávolsága, továbbá a korrekciós második 10 lencse f₂ fókusztávolsága és a korrekciós harmadik 11 lencse f₃ fókusztávolsága teljesíti az f,>f₃> f₂ relációt.

A találmány szerinti 2 objektívben lévő, a különböző méretű 7 nyomatfelületektől függetlenül azonosan kialakított egységes 3 blokk két lehetséges kiviteli alakját a 2. táblázatban feltüntetett szerkezeti adatok jellemzik.

HU 223 726 Β1

2. táblázat

	f₂	ⁿ2	d₃		r₄	b	D	^e4	f₃	n₃	d_S	K₅
I.	13,3	1,59	3,14	5,32	12,88	1,54	1,4	7,73	26,6	1,59	1,94	15,56	00
II.	13,0	1,59	3,51	5,01	10,63	1,08	1,4	6,67	23,3	1,59	2,0	13,75	00

A törésmutatókon kívül minden adat mm-ben van feltüntetve

Az 1. táblázatban látható három különböző nyomatfelület-méretnek megfelelő három kiviteli alak példaképpen kombinálható a 2. táblázatban bemutatott I. változat szerinti kiviteli alakú egységes 3 blokkal. A találmány szerinti 2 objektív ezen kombinációkkal kapott három kiviteli alakjánál a 9 apertúrarekesz nem az első 8 lencse fókuszpontjában, hanem a fókuszponttól az első 8 lencse f] fókusztávolságának 25%-ánál kisebb távolságra van elrendezve. A három kiviteli alakra érvényes továbbá, hogy a második 10 lencse S₃ felületének görbületi középpontja a 9 apertúrarekesz P közép10 pontjától kisebb távolságra van, mint az S₃ felület görbületi sugarának 15%-a. A 3. táblázatban ezen három kiviteli alak esetére mutatjuk a 9 apertúrarekesz helyének, illetve az S₃ felület görbületi középpontja helyének eltérését az első 8 lencse fókuszpontjától, illetve a

9 apertúrarekesz P középpontjától az első 8 lencse f, fókusztávolságának, illetve az S₃ felület görbületi sugarának %-ában kifejezve.

3. táblázat

Nyomatfelülct mérete	Egységes blokk	A 9 apertúrarekesz helyének eltérése	Az S₃ felület görbületi középpontja helyének eltérése
20 mm x 20 mm	I.	2,70%	12,03%
20 mm x 25 mm	0,38%
20 mmx30 mm	20,57%

Az 1. és 2. táblázatban feltüntetett lencsék azonos törésmutató-adatai biztosítják azt, hogy a találmány szerinti 2 objektív 8, 10, 11 lencséi csereszabatosán elkészíthetők n= 1,59 törésmutatójú optikai üvegből, például Schott gyártmányú SK.5 típusjelű optikai üvegből, valamint ugyanekkora törésmutatóval rendelkező, lencsék előállítására elterjedten alkalmazott polisztirénből, vagy nagyobb hullámhossz-tartományú 5 megvilágítás esetén a leképezés színkorrekcióját is biztosító, különböző diszperziójú anyagokból készített ragasztott kivitelben.

A 8, 10 és 11 lencsék, elsősorban az egységes 3 blokkba foglalt korrekciós második és harmadik 10, 11 lencsék aszferikus felületű kiviteli alakjával növelhető numerikus apertúra révén további képminőség-javulás érhető el. Aszferikus felületek alkalmazását például a jelenleginél kisebb pixelméretű CMOS képszenzorok piaci megjelenése és alkalmazása indokolhatja. Amennyiben az ujjlenyomat-beolvasóban CCD képérzékelőt alkalmazunk, amely 4-5 pm felbontással rendelkezik, szintén célszerű lehet a találmány szerinti objektívbe aszferikus felületekkel kialakított lencséket beépíteni. A CCD képérzékelő alkalmazása azonban sok kiegészítő elektronikus elem beépítését teszi szükségessé, ami az előállítási költségeket megnöveli.

Az 1. táblázat utolsó oszlopában megadott e₂ légközbe szükség szerint sugármenettörő tükröt vagy prizmát lehet behelyezni. Ilyen kiviteli alakot mutat a 2. ábra, ahol 13 alumíniumréteggel tükrözővé tett felületű 12 üveglap van az e₂ légközbe helyezve oly módon, hogy az első 8 lencse által kvázitelecentrikusan vezetett fénynyalábok a 13 alumíniumréteg tükröző felületén visszaverődnek, és azokat az ábrán a 6 prizma alatt elrendezett egységes 3 blokk képezi le a CMOS 4 képszenzorra. Ezzel a kialakítással tetszés szerint módosíthatók, illetve csökkenthetők a találmány sze35 rinti 2 objektív befoglaló méretei. Adott esetben, ha az az ujj lenyomat-beolvasó berendezés mechanikai kialakítása szempontjából kívánatos, az e₂ légközben több sugármenettörő tükör vagy prizma lehet elhelyezve. A 2. ábrán látható kiviteli alakban az első 8 lencse sík

S_t felületével a 6 prizma sugárkilépési felületére van ragasztva.

A találmány szerinti objektív különösen előnyösen alkalmazható különböző méretű nyomatfelületek leképezését biztosító ujj lenyomat-beol vasó berendezéscsa45 Iád előállításához, mert a különböző méretű nyomatfelületek esetén a berendezéscsalád egyes tagjainál csak a kvázitelecentrikus sugármenetű első lencsét kell a nyomatfelület méretéhez illeszteni, az egységes blokk változatlan maradhat. Ezáltal alacsony költségű gyártás érhető el. További előny, hogy a találmány szerinti objektív mindhárom szférikus lencséje a gyártási darabszámtól függően üvegből vagy műanyagból egyaránt előállítható, valamint járulékos költségmegtakarítást jelent az objektív első és utolsó sík felülete, amely ré55 vén lehetővé válik a kvázitelecentrikus sugármenetű lencse foglalást egyszerűsítő ragasztása is a prizmához.

A találmány szerinti objektívvei a nyomatfelület képe sarkainak amúgy sem hasznosított szűk környezetétől eltekintve 1 %-nál nem nagyobb torzítású, 500 dpi (dót per inch) felbontást nyújtó, NA=0,07 numerikus

HU 223 726 Bl apertúrának megfelelő diffrakciókorlátos képet alkothatunk a CMOS képszenzorra. Mindezt úgy érhetjük el, hogy az objektív gazdaságos gyártását lehetővé tevő nem túl szigorú gyártási és foglalási tűréseket kell csak betartanunk. 5

A találmány szerinti objektív nemcsak ujjlenyomatbeolvasó berendezésben alkalmazható, hanem minden olyan berendezésben, ahol egy tárgyat kell valamely sík felületre nagy pontossággal leképezni. Ilyen berendezés lehet például az anyagmegmunkálási műveletekben használt profilprojektor, amely a megmunkálandó tárgy profilját vetíti ki képernyőre. Az anyagmegmunkáló szerszám képernyővel segített vezérlése pontosabb profilkialakítást tesz lehetővé. A képernyő ebben az esetben természetesen az objektívtői nagyobb távolságra van elhelyezve, mint az ujj lényomat-beol vasó berendezésben alkalmazott képérzékelő.

Claims

1. Objektív, különösen ujjlenyomat-beolvasó berendezéshez, amely tartalmaz tárgyról érkező fénynyalábokat lényegében telecentrikusan vezető, gyűjtőlencseként kialakított első lencsét és az első lencse képoldali fókuszpontjának környezetében elhelyezett apertúrarekeszt, az apertúrarekesznek az első lencse felőli oldalán elrendezett korrekciós második lencsét, valamint az apertúrarekesz másik oldalán elrendezett, gyűjtőlencseként kialakított korrekciós harmadik lencsét, azzal jellemezve, hogy a második lencse (10) gyűjtőlencse, amely az első lencse (8) felé néző olyan szférikus felülettel (S₃) van kialakítva, amelynek görbületi középpontja a felület (S₃) görbületi sugarának 15%-ánál kisebb távolságra van az apertúrarekesz (9) középpontjától (P), az apertúrarekesz (9) pedig az első lencse (8) fókuszpontjától az első lencse (8) fókusztávolságának 25%-ánál kisebb távolságra van elrendezve.

2. Az 1. igénypont szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első, a második és a harmadik lencsék (8, 10, 11) f_b f₂ és f₃ fókusztávolságai kielégítik az ή >f₃>f₂ relációt.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti objektív, azzaljellemezve, hogy az apertúrarekesz (9), a második lencse (10) és a harmadik lencse (11) az objektíven belül a tárgy méretétől független egységes blokként (3) van kialakítva, az első lencse (8) pedig illesztőlencseként van kialakítva.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első lencse (8) sík-domború lencse, a harmadik lencse (11) domború-sík lencse, a második lencse (10) pedig az apertúrarekesz (9) felé hajló, meniszkusz alakú.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első lencse (8), a második lencse (10) és a harmadik lencse (11) szférikus felületekkel (S,, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆) van kialakítva.

6. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első lencsének (8), a második lencsének (10) vagy a harmadik lencsének (11) legalább egy aszferikus felülete van.

7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első lencse (8), a második lencse (10) és a harmadik lencse (11) üvegből van.

8. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első, a második és a harmadik lencse (8, 10, 11) közül legalább az egyik műanyagból van.

9. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első, a második és a harmadik lencse (8, 10, 11) közül legalább az egyik két különböző diszperziójú anyagból lévő lencse összeragasztásával van kialakítva.

10. Az 1. igénypont szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első lencse (8) és a második lencse (10) közötti légközben (e₂) sugármenettörő tükör vagy prizma van elhelyezve.

11. Az 1. igénypont szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy a tárgyprizma (6) totálreflexiós felületén lévő nyomatfelülettel (7) érintkező ujjnak a nyomatfelületen (7) megjelenő lenyomata látható.

12. A 11. igénypont szerinti objektív, azzal jellemezve, hogy az első lencse (8) sík-domború, és a prizma (6) fénykilépési felületére van ragasztva.