CN1656406A - 利用反射棱镜光学变形地投影物体表面的紧凑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于投影物体表面的装置，其中在扫描棱镜(1)和光电传感器(4)之间的探测光程(5.2)中设置其它的棱镜(8，13)。这种光学装置尤其适用于拍摄指印。根据本发明，在探测光程(5.2)中设立的其它的棱镜中的至少一个被构造为反射棱镜(8)，该反射棱镜具有能在一个棱镜面(10)中重合的一个入射面和一个反射面，而且还具有一个反射背面(9)，其中入射光在所述棱镜的内部抵达所述的反射背面。

Description

利用反射棱镜光学变形地投影物体表面的紧凑装置

本发明涉及一种用于投影物体表面的装置，其中把物体放到扫描棱镜的扫描面上，并且在扫描棱镜和光电传感器之间的探测光程中设置其它的棱镜。这种光学装置尤其适用于拍摄指印。

在现有技术中公开过用于投影物体的方法和装置，其按照有干扰的全反射的光学原理工作。

在这方面，在DE3421220C2中讲述过一种“用于无失真地投影与像平面成斜角布置的物体的装置”，其中采用反射棱镜作为扫描棱镜。物体从外部被压到扫描棱镜的扫描面上，而在扫描棱镜内部将照射光对准该扫描面。照射光在扫描棱镜内由扫描面反射，并由此拍摄物体的支承表面段的图像信息。

该装置尤其被用来测定、检查和识别指印，其特征在于，在该装置的扫描棱镜和图像侧的末端段之间设置两个偏转棱镜和一个物镜，其中一个偏转棱镜用于光学变形地放大需要投影的物体，另一个偏转棱镜用于补偿像散，而且在所述的物镜后面布置一个光学显示装置和一个光学分析装置。

两个偏转棱镜应该能够共同地实现光学变形地放大，而在附近的像平面和物体平面上不出现像散，这样就能实现低失真地和高分辨率的拍摄。

但是该装置的主要缺点在于因采用偏转棱镜而决定的光程过程，这便导致了只有相当大构造体积的、尤其是大构造高度的设备结构才能按照该原理工作。

在这方面，该装置不能满足经常所需要的紧凑和省位置的设备结构方式。

基于此，本发明的任务在于改进文章开头所说的那种装置，使得能够实现具有缩小的构造体积、尤其是具有缩小的构造高度的设备结构。

该任务按照本发明通过以下方式来解决，即：所述设于探测光程中的其它的棱镜中的至少一个被构造为反射棱镜，该反射棱镜具有一个入射面和一个反射面以及一个反射背面，其中入射光在所述棱镜的内部抵达所述的反射背面。

由于采用了反射棱镜，所以现在不再象现有技术那样让光学路径穿过偏转棱镜，因此按照本发明特征构造的设备能够大大缩小其高度。

优选地可以如此地构造所述的反射棱镜，使得所述的入射面和所述的反射面在一个公共的棱镜面内重合，这样，探测光通过其进入棱镜的相同面被再次从棱镜射出。

根据本发明，用于光学变形放大的棱镜和用于补偿像散的棱镜都可以被构造为反射棱镜。但也可以构想以下方案，即该两个棱镜中只有其中一个或另一个被构造为反射的。

利用这种方法，即便在光学路径长度相等的情况下也能根据需要提高相应设备的紧凑性。

反射棱镜例如可以这样来制造，即：与棱镜的入射面相对的、按照本发明被称为背面的面设有一个镜层，或将该面粘到一个镜面上。

根据本发明装置的一种优选方案，在所述扫描棱镜和布置于光电传感器之前的物镜之间，在所述的探测光程中另外还设有至少一个用于偏转光程以用于折合的平面镜。

在保持所要求的光学路径长度的情况下，这种折合用于进一步减小位于扫描棱镜和光电传感器之间所测得的间隔，其方法是，将光程例如从一个棱镜首先对准一个平面镜，再从该平面镜对准另一个棱镜，或者从该平面镜对准至少另一个平面镜，同时与棱镜之间的直接连线成一个或大或小的尖角。

在本发明的一种可靠的方案中，在起光学变形放大作用的棱镜和用于补偿像散的棱镜之间设有两个或也可以设有三个平面镜。

在用于补偿像散的棱镜和所述光电传感器之间设有一个物镜，由该物镜把探测光程指向光电传感器。在此，可以根据本发明的另一个方案在所述物镜和所述光电传感器之间设有至少另一个光学元件，用于再次偏转所述的探测光程，并由此尤其缩小设备的结构长度。可以优选设立一个平面镜作为这种光学元件。

另外在本发明的范围内，可以通过柱形棱镜来代替所述用于补偿像散的棱镜，以便起到技术上等效的作用。

下面借助实施例来详细讲述本发明。其中

图1示出了第一实施例的光程，其中用于光学变形放大的棱镜被构造为反射棱镜，在该棱镜之后布置两个用于折合光程的平面镜，

图2示出了第二实施例，其中用于光学变形放大的棱镜同样被构造为反射棱镜，但布置了三个用于折合光程的平面镜，

图3示出了一个实施例，其中设置了两个平面镜，并在该两个平面镜之间多次来回地投射该光程。

在图1中示出了一个具有扫描面2的扫描棱镜1，在该扫描面上放置一个物体3。物体3的支承表面段需要被投影到光电摄像机的光电传感器4、例如CCD传感器的接收面上。

为此目的，照射光程5.1内的光线通过入射面6被射入扫描棱镜1，并在扫描棱镜1内部的扫描面2上被反射。在此，该光线摄下图像信息、例如被放上的手指的指纹信息，并在探测光程5.2中通过反射面7再次从扫描棱镜1中射出，然后到达用于光学变形地放大的另一棱镜8。

根据本发明，棱镜8被构造为反射棱镜，并据此在其背面9上具有一个反射镜。这样的结果是，通过棱镜面10射入棱镜8的探测光程5.2不再象现有技术一样通常在对面被再次射出且仅仅被偏转，而是在背面9被反射并也通过棱镜面10再次射出。

这有个优点，即因反射镜而只需要一个小的棱镜角，由此已经能够实现折合。

在接下来的过程中，探测光程5.2到达第一反射器11，并从那里被偏转到第二反射器12，然后指向用于校正像散和在该情形下被构造为偏转棱镜的棱镜13。

在棱镜13和光电传感器4之间布置一个物镜14，从该物镜14把探测光程5.2指向光电传感器4的接收面。

在此，l₁表示按本发明特征构造的光学设备的结构长度，h表示其结构高度。可以看出，结构长度l₁明显地小于探测光程5.2从扫描棱镜1到光电传感器4的光学路径，而且与现有技术的装置相比，结构高度h₁被大大降低，其中在现有技术的装置中使探测光程在此位置穿越一个偏转棱镜。

通过把棱镜8构造为反射棱镜，以及通过探测光程5.2在反射器11和12上的多次方向变换，由此实现了结构长度l₁的缩小，尤其是结构高度h₁的缩小。

与根据上述实施例的本发明构造方案不同，图2示出了一个构造实施例，其中在探测光程5.2的路程中，在棱镜8和偏转棱镜13之间不是布置两个、而是布置3个反射器11、12和15。由于利用反射器15又一次使探测光程5.2变换方向，所以通过影响结构长度l₂和结构高度h₂进一步地提高了设备的紧凑性。

在图3所示的第三实施例中，在棱镜8之后布置两个反射器16和17，在该两个反射器之间多次来回地投射所述的探测光程5.2，这有助于缩小结构长度l₃和结构高度h₃，并由此有助于设备结构的紧凑性。另外与上述两个实施例不同的是，这里用于校正像散的棱镜不是被构造为偏转棱镜，而是被构造为反射棱镜18。

在另一可以想见的没有示出的实施例中，可以在物镜14和光电传感器4之间设置另一个平面镜，用于再一次偏转探测光程5.2并由此进一步缩短设备结构长度。

附图标记列表

1    扫描棱镜

2    扫描面

3    物体

4    光电传感器

5.1  照射光程

5.2  探测光程

6    入射面

7    反射面

8    棱镜

9    背面

10   棱镜面

11，12反射器

13   偏转棱镜

14   物镜

15   反射器

16，17反射器

18   棱镜

Claims (9)

1.用于投影物体的装置，其中把物体(3)放到扫描棱镜(1)的扫描面(2)上，并且在扫描棱镜(1)和光电传感器(4)之间的探测光程(5.2)中设置其它的棱镜(8，13，18)，

其特征在于：

所述其它的棱镜中的至少一个被构造为反射棱镜(8，18)，该反射棱镜具有一个入射面和一个反射面以及一个反射背面(9)，其中入射光在所述棱镜(8，18)的内部抵达所述的反射背面。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：一第一棱镜被装设用于光学变形地影响所述的探测光程(5.2)，一第二棱镜被装设用于补偿像散，其中所述的第一和/或第二棱镜被构造为反射棱镜(8，18)。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的入射面和所述的反射面在一个公共的棱镜面(10)内重合。

4.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于：所述的反射棱镜(8，18)在其背面(9)上设有一个镜层，或所述的背面(9)被粘到一个镜面上。

5.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于：在所述的探测光程(5.2)中设有至少一个用于偏转、尤其是用于折合光程的平面镜(11，12，15，16，17)。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：在起光学变形作用的所述第一棱镜(8)和用于补偿像散的所述第二棱镜(13)之间设有至少两个直接相互跟随的平面镜(11，12)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：设有三个直接相互跟随的平面镜(11，12，15)。

8.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于：在所述光电传感器(4)之前设有一个物镜(14)，并且在所述物镜(14)和所述光电传感器(4)之间设有至少一个光学元件用于偏转或折合所述的探测光程(5.2)。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：优选设立一个柱形棱镜、尤其优选设立一个平面镜作为光学元件。

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