成像鏡頭、虹膜成像模組以及雙目虹膜識(shí)別裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物識(shí)別領(lǐng)域，特別是指一種成像鏡頭、虹膜成像模組以及雙目虹膜 識(shí)別裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著互聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)信息尤其是個(gè)人信息的安全性和穩(wěn)定性要求 不斷提高，利用人本身固有的獨(dú)特生理特征或行為特征進(jìn)行身份認(rèn)證的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 其中虹膜識(shí)別技術(shù)作為"最精確的"以及"最難偽造的"生物識(shí)別技術(shù)日益受到大家的青睞。 但虹膜識(shí)別是一種基于眼睛虹膜紋理特征的生物識(shí)別技術(shù)，由于虹膜表面為球面，面積較 小、顏色灰暗，因此對(duì)采集虹膜圖像的光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量要求較高，如何獲得高質(zhì)量的、紋 理細(xì)節(jié)清晰的虹膜圖像成為急需克服的難題。
[0003] 目前大型的虹膜識(shí)別裝置的光學(xué)成像系統(tǒng)一般采用變焦系統(tǒng)，由十幾片透鏡構(gòu) 成，搭配復(fù)雜馬達(dá)等機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)焦，其優(yōu)勢(shì)是拍攝范圍廣，用戶無(wú)需特意配合設(shè)備即 可進(jìn)行虹膜識(shí)別，缺點(diǎn)是體積較大、操作復(fù)雜且造價(jià)較高，只能應(yīng)用于特殊場(chǎng)合和領(lǐng)域；而 為了普通大眾的應(yīng)用，需要更加便捷小型化的虹膜識(shí)別設(shè)備，其虹膜成像光學(xué)系統(tǒng)通常為 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的定焦系統(tǒng)，現(xiàn)有的多為單目采集光學(xué)系統(tǒng)，其一般搭配較低像素的圖像傳感器 (VGA)，其光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要2-3片透鏡便可達(dá)到較高的成像質(zhì)量，但采集一只眼睛，對(duì) 用戶的配合度要求高，且設(shè)備可采集范圍很窄，在使用時(shí)極不方便，不利于把握距離及對(duì) 準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種成像鏡頭、虹膜成像模組以及雙目虹膜識(shí)別裝置，該成像鏡頭結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，體積??；成像質(zhì)量好，畸變??；適用于雙目虹膜采集。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：
[0006] -種成像鏡頭，沿光軸方向從前到后依次包括：
[0007] 第一透鏡，所述第一透鏡為具有正光焦度的雙凸透鏡，其前表面為凸面，后表面為 凸面；
[0008] 第二透鏡，所述第二透鏡為具有負(fù)光焦度的雙凹透鏡，其前表面為凹面，后表面為 凹面；
[0009] 第三透鏡，所述第三透鏡為具有正光焦度的雙凸透鏡，其前表面為凸面，后表面為 凸面；
[0010] 第四透鏡，所述第四透鏡為具有負(fù)光焦度的雙凹透鏡，其前表面為凹面，后表面為 凹面；
[0011] 所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的前表面和/或后表面為非球面。
[0012] -種虹膜成像模組，包括上述任一的成像鏡頭以及位于所述成像鏡頭后方的圖像 傳感器，所述圖像傳感器為C⑶或CMOS傳感器。
[0013] -種雙目虹膜識(shí)別裝置，包括上述的虹膜成像模組以及與所述虹膜成像模組連接 的硬件電路。
[0014] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的成像鏡頭由四片非球面透鏡組成，沿光軸方向從前到 后依次為雙凸透鏡、雙凹透鏡、雙凸透鏡和雙凹透鏡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，適合于小型化設(shè) 備，尤其是移動(dòng)便攜式設(shè)備；該成像鏡頭在近紅外波段具有較高的成像質(zhì)量，畸變小；本發(fā) 明可搭配高像素傳感器（3-5百萬(wàn)），同時(shí)采集清晰的雙目虹膜圖像。
[0016] 故本發(fā)明的成像鏡頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積?。怀上褓|(zhì)量好，畸變??；適用于雙目虹膜采 集。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的成像鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明的成像鏡頭實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為圖2所示成像鏡頭的光學(xué)性能曲線圖，其中：3A為實(shí)施例一的場(chǎng)曲曲線圖； 3B為實(shí)施例一的畸變曲線圖；3C為實(shí)施例一的MTF特性曲線圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明的成像鏡頭實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖5為圖4所示成像鏡頭的光學(xué)性能曲線圖，其中：5A為實(shí)施例二的場(chǎng)曲曲線圖； 5B為實(shí)施例二的畸變曲線圖；5C為實(shí)施例二的MTF特性曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具 體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023] -方面，本發(fā)明提供一種成像鏡頭，如圖1所示，沿光軸方向從前到后依次包括：
[0024] 第一透鏡1，第一透鏡1為具有正光焦度的雙凸透鏡，其前表面11為凸面，后表面 12為凸面；
[0025] 第二透鏡2,第二透鏡2為具有負(fù)光焦度的雙凹透鏡，其前表面21為凹面，后表面 22為凹面；
[0026] 第三透鏡3,第三透鏡3為具有正光焦度的雙凸透鏡，其前表面31為凸面，后表面 32為凸面；
[0027] 第四透鏡4,第四透鏡4為具有負(fù)光焦度的雙凹透鏡，其前表面41為凹面，后表面 42為凹面；
[0028] 第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3和第四透鏡4為非球面透鏡，其前表面和后表 面至少一個(gè)為非球面。
[0029] 非球面透鏡此術(shù)語(yǔ)涵括任何不屬于球面的透鏡，然而我們?cè)诖颂幨褂迷撔g(shù)語(yǔ)時(shí)是 在具體談?wù)摲乔蛎嫱哥R的子集，即具有曲率半徑且其半徑會(huì)按透鏡中心呈現(xiàn)徑向改變的旋 轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)光學(xué)元件。非球面透鏡能夠改善圖像質(zhì)量，減少所需的元件數(shù)量，同時(shí)降低光學(xué)設(shè)計(jì) 的成本。從數(shù)字相機(jī)和CD播放器，到高端顯微鏡物鏡和熒光顯微鏡，非球面透鏡無(wú)論是在 光學(xué)、成像或是光子學(xué)行業(yè)的哪一方面，其應(yīng)用發(fā)展都非常迅速，這是因?yàn)橄啾葌鹘y(tǒng)的球面 光學(xué)元件而言，非球面透鏡擁有了許許多多獨(dú)特又顯著的優(yōu)點(diǎn)：非球面透鏡具有更佳的曲 率半徑，可以維持良好的像差修正，以獲得所需要的性能，非球面透鏡的應(yīng)用，帶來(lái)出色的 銳度和更高的分辨率，同時(shí)鏡頭的小型化設(shè)計(jì)成為了可能。
[0030] 非球面透鏡的傳統(tǒng)定義如方程式1所示（由表面輪廓（sag)定義）：
[0031]
(方程式1)
[0032] 其中：
[0033] Z =平行于光軸的表面的表面輪廓；
[0034] s =與光軸之間的徑向距離；
[0035] C =曲率，半徑的倒數(shù)；
[0036] k=圓錐系數(shù)；
[0037] Α4、Α6、Α8· · ·=第4、6、8…次非球面系數(shù)；
[0038] 當(dāng)非球面系數(shù)相等于零的時(shí)候，所得出的非球面表面就相等于一個(gè)圓錐。下表顯 示，所產(chǎn)生的實(shí)際圓錐表面將取決于圓錐系數(shù)的量值大小以及正負(fù)符號(hào)。
[0039] 表一：圓錐系數(shù)與圓錐表面類(lèi)型的關(guān)系
[0040]
[0041] 非球面透鏡最獨(dú)具特色的幾何特征就是其曲率半徑會(huì)隨著與光軸之間的距離而 出現(xiàn)變化，相較之下，球面的半徑始終都是不變的。該特殊的形狀允許非球面透鏡提供相較 于標(biāo)準(zhǔn)球面表面而言更高的光學(xué)性能。
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的成像鏡頭由四片非球面透鏡組成，沿光軸方向從前到 后依次為雙凸透鏡、雙凹透鏡、雙凸透鏡和雙凹透鏡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，適合于小型化設(shè) 備，尤其是移動(dòng)便攜式設(shè)備；該成像鏡頭在近紅外波段具有較高的成像質(zhì)量，畸變??；本發(fā) 明可搭配高像素傳感器（3-5百萬(wàn)），同時(shí)采集清晰的雙目虹膜圖像（當(dāng)然，也完全可以用于 采集單目虹膜圖像）。
[0043] 故本發(fā)明的成像鏡頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積??；成像質(zhì)量好，畸變??；適用于雙目虹膜采 集。
[0044] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，各個(gè)透鏡的焦距可以滿足：0. 5彡Π / f彡0· 7, -0· 85彡f4/f彡-0· 53,0· 65彡f/TTL彡0· 8 ;f為成像鏡頭的焦距，f 1為第一透 鏡的焦距，f4為第四透鏡的焦距，TTL為成像鏡頭的長(zhǎng)度。第二透鏡的焦距f2和第三透鏡 的焦距f3對(duì)成像鏡頭的影響很小，故不對(duì)其進(jìn)行限定。
[0045] 當(dāng)各個(gè)透鏡的焦距滿足上述關(guān)系時(shí)，在近紅外波段具有更高的成像質(zhì)量，幾乎無(wú) 畸變。
[0046] 優(yōu)選的，6. 4mm < f < 6. 6mm，3. 2mm < fl < 4· 62mm，_5· 61mm < f4 < -3. 392mm， 8mm < TTL < 10. 15mm。
[0047] 作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的材 質(zhì)滿足：1· 5 彡 ndl 彡 1. 6,1. 5 彡 nd2 彡 1. 6,1. 5 彡 nd3 彡 1. 6,1. 5 彡 nd4 彡 1. 6， vdl彡55, vd2 < 35, vd3彡55, vd4彡55 ;ndl和vdl分別是第一透鏡的折射率和色散系 數(shù)，nd2和vd2分別是第二透鏡的折射率和色散系數(shù)，nd3和vd3分別是第三透鏡的折射率 和色散系數(shù)，nd4和vd4分別是第四透鏡的折射率和色散系數(shù)。采用上述折射率和色散系 數(shù)的材質(zhì)既能夠得到較好的成像質(zhì)量，又能節(jié)省材料成本。
[0048] 優(yōu)選的，如圖1、圖2和圖4所示，第一透鏡1前端設(shè)置有用于控制近紅外光通過(guò)率 的光闌5(5'或5"）。光闌能夠調(diào)節(jié)通過(guò)的近紅外光束的強(qiáng)弱，不同的光照環(huán)境下可以選擇 不同的光闌。
[0049] 作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，可以在某個(gè)透鏡的某個(gè)表面鍍有能反射可見(jiàn)光并透過(guò) 近紅外光的濾光膜（如近紅外波段窄帶濾光膜），優(yōu)選在第一透鏡的前表面鍍有濾光膜；濾 光膜能夠避免可見(jiàn)光對(duì)成像鏡頭的干擾，同時(shí)，反射的可見(jiàn)光能夠使用戶從成像鏡頭中看 到自身的眼部圖像，方便用戶調(diào)節(jié)自身位置，起到定位的作用。并且第一透鏡的后表面以及 第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的前表面及后表面均鍍有能增強(qiáng)近紅外光透過(guò)率的近紅外 波段增透膜。增透膜能夠增強(qiáng)近紅外光的透過(guò)率，能夠以較小的發(fā)射功率獲得較清晰的虹 膜圖像。
[0050] 或者，如圖4所示，成像鏡頭還包括能反射可見(jiàn)光并透過(guò)近紅外光的平面濾光片 7"，平面濾光片可以位于整個(gè)成像鏡頭最前端或最后端，優(yōu)選最后端，平面濾光片能夠避免 可見(jiàn)光對(duì)成像鏡頭的干擾；第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的前表面及后表面均 鍍有能增強(qiáng)近紅外光透過(guò)率的近紅外波段增透膜。增透膜能夠增強(qiáng)近紅外光的透過(guò)率，能 夠以較小的發(fā)射功率獲得較清晰的虹膜圖像。
[0051 ] 本發(fā)明中，上述近紅外光的波段為700-900nm。該波段的近紅外光能夠采集到較高 質(zhì)量的虹膜圖像。
[0052] 為進(jìn)一步的節(jié)約成本，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的材質(zhì)可以為塑 料。