CN102707405B - 一种虹膜图像采集定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种虹膜图像采集定焦镜头，包括主镜筒和滤波片，滤波片设置于主镜筒的前侧并通过压圈与主镜筒固定连接，所述主镜筒内从前往后依次设有凸凹透镜一、双凹透镜及胶合在一起的凸凹透镜二和双凸透镜，凸凹透镜一与双凹透镜之间通过定位隔圈固定，所述凸凹透镜一、双凹透镜、凸凹透镜二和双凸透镜均为球面透镜且球面上均覆盖有近红外增透膜。本发明的有益效果为：通过透镜曲率半径、透镜厚度以及透镜间距等参数的设置，使得本发明在近红外具有较高的成像质量，与CMOS传感器组合，能够获取清晰地虹膜图像；同时本发明结构简单、体积小、成本低。

Description

一种虹膜图像采集定焦镜头

技术领域

本发明涉及一种数字图像采集装置，尤其是涉及一种虹膜图像采集定焦镜头。

背景技术

虹膜识别技术是一种基于眼睛虹膜的生物识别技术。与指纹、掌纹及面部识别相比，虹膜识别具有唯一性、稳定性、非接触性和防伪性好等显著特点。英国国家物理实验室（NPL）通过广泛的实验研究，对各类人体生物特征识别技术作了分析比较并在实验结果中认为：虹膜识别是“最精确的”、“处理速度最快的”以及“最难伪造的”。而虹膜识别的首要关键技术就是采集到清晰高质量的虹膜图像。由于虹膜面积较小、颜色灰暗，能否获得细节清晰、对比度较高的虹膜图像是整个虹膜识别过程成败的重要前提，而采集虹膜图像的光学系统对成像质量、畸变也要求较高。

原有的光学系统多为变焦系统，其体积大、结构复杂，装配难度大且造价高，如：专利CN200810071474.X中采用了四组元机械补偿变焦镜头，由十几片透镜构成；而目前市场上也出现了一些结构简单的定焦镜头。例如：日本专利JP2004-167046中的虹膜识别设备，其采集镜头由两片透镜和滤波片构成，但该系统成像质量较差，具有较大的球差及其它象差，光学设计的自由度较小；美国发明专利20090161069A1，针对上述专利中的光学结构进行改善，将滤波片换成旋转对称非球面镜，即三片式系统。虽较好的提高了成像质量，但采用非球面镜，提高了制造成本。

由此可见，研发一款结构简单，造价低且采集虹膜图像纹理信息丰富明显的小型镜头已经成为业内人士急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种虹膜图像采集定焦镜头，以克服现有的虹膜图像采集镜头多为变焦系统，存在体积大、结构复杂等不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种虹膜图像采集定焦镜头，包括主镜筒和滤波片，所述滤波片设置于主镜筒的前侧并通过压圈与主镜筒固定连接，所述主镜筒内从前往后依次设有凸凹透镜一、双凹透镜及胶合在一起的凸凹透镜二和双凸透镜，凸凹透镜一与双凹透镜之间通过定位隔圈固定，所述凸凹透镜一、双凹透镜、凸凹透镜二和双凸透镜均为球面透镜且球面上均覆盖有近红外增透膜。

所述滤波片的直径为10mm，滤波片的厚度为1.5mm，滤波片的中心波长为850nm，半峰宽为20nm。

所述凸凹透镜一的凸面曲率半径为3.75-10mm；所述双凹透镜后侧凹面的曲率半径为5-7.5mm；所述凸凹透镜二的凸面曲率半径为8.75-12.5mm；所述双凸透镜的前侧凸面曲率半径为3.75-5.75mm；所述双凸透镜的后侧凸面与光阑之间的间距为10. 5-17.5mm。

本发明的有益效果为：通过透镜曲率半径、透镜厚度以及透镜间距等参数的设置，使得本发明在近红外具有较高的成像质量，与CMOS传感器组合，能够获取清晰地虹膜图像；同时本发明结构简单、体积小、成本低，具有广阔的市场前景，适合在虹膜识别领域推广应用。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的一种虹膜图像采集定焦镜头的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的一种虹膜图像采集定焦镜头成像点的弥散斑参考示意图；

图3是本发明实施例所述的一种虹膜图像采集定焦镜头的畸变参考示意图；

图4是本发明实施例所述的一种虹膜图像采集定焦镜头的能量集中度参考示意图；

图5是本发明实施例所述的一种虹膜图像采集定焦镜头的光学传递函数（MTF）参考示意图。

图中：

1、主镜筒；2、滤波片；3、压圈；4、凸凹透镜一；5、双凹透镜；6、凸凹透镜二；7、双凸透镜；8、定位隔圈。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本发明实施例所述的一种虹膜图像采集定焦镜头，包括主镜筒1和滤波片2，所述滤波片2设置于主镜筒1的前侧并通过压圈3与主镜筒1固定连接，所述主镜筒1内从前往后依次设有凸凹透镜一4、双凹透镜5及胶合在一起的凸凹透镜二6和双凸透镜7，凸凹透镜一4与双凹透镜5之间通过定位隔圈8固定，所述凸凹透镜一4、双凹透镜5、凸凹透镜二6和双凸透镜7均为球面透镜且球面上均覆盖有近红外增透膜。

所述滤波片的直径为10mm，滤波片的厚度为1.5mm，滤波片的中心波长为850nm，半峰宽为20nm。所述凸凹透镜一4的凸面曲率半径为8 mm，凸凹透镜一4凹面的曲率半径为102.1 mm，凸凹透镜一4的透镜中心厚度为4 mm；所述双凹透镜5的前侧凹面曲率半径为39.81 mm，双凹透镜5后侧凹面的曲率半径为5.284 mm，双凹透镜5的透镜中心厚度为3.3mm；所述凸凹透镜二6的凸面曲率半径为10.574 mm，凸凹透镜二6的凹面曲率半径为4.173 mm，凸凹透镜二6的透镜中心厚度为0.5 mm；所述双凸透镜7的前侧凸面曲率半径为4.173 mm，双凸透镜7的后侧凸面曲率半径为58.21 mm，双凸透镜7的透镜中心厚度为5.3 mm。所述双凸透镜的后侧凸面与光阑之间的间距为14.28mm。

实施例二

如图1所示，本发明实施例所述的一种虹膜图像采集定焦镜头，包括主镜筒1和滤波片2，所述滤波片2设置于主镜筒1的前侧并通过压圈3与主镜筒1固定连接，所述主镜筒1内从前往后依次设有凸凹透镜一4、双凹透镜5及胶合在一起的凸凹透镜二6和双凸透镜7，凸凹透镜一4与双凹透镜5之间通过定位隔圈8固定，所述凸凹透镜一4、双凹透镜5、凸凹透镜二6和双凸透镜7均为球面透镜且球面上均覆盖有近红外增透膜。

所述滤波片的直径为10mm，滤波片的厚度为1.5mm，滤波片的中心波长为850nm，半峰宽为20nm。所述凸凹透镜一4的凸面曲率半径为8.48 mm，凸凹透镜一4凹面的曲率半径为102.1 mm，凸凹透镜一4的透镜中心厚度为3.4 mm；所述双凹透镜5的前侧凹面曲率半径为39.81 mm，双凹透镜5后侧凹面的曲率半径为5.674mm，双凹透镜5的透镜中心厚度为5.28mm；所述凸凹透镜二6的凸面曲率半径为10.574 mm，凸凹透镜二6的凹面曲率半径为4.5 mm，凸凹透镜二6的透镜中心厚度为0.5 mm；所述双凸透镜7的前侧凸面曲率半径为4.5mm，双凸透镜7的后侧凸面曲率半径为58.21 mm，双凸透镜7的透镜中心厚度为1.29mm。所述双凸透镜的后侧凸面与光阑之间的间距为11.627mm。

实施例三

如图1所示，本发明实施例所述的一种虹膜图像采集定焦镜头，包括主镜筒1和滤波片2，所述滤波片2设置于主镜筒1的前侧并通过压圈3与主镜筒1固定连接，所述主镜筒1内从前往后依次设有凸凹透镜一4、双凹透镜5及胶合在一起的凸凹透镜二6和双凸透镜7，凸凹透镜一4与双凹透镜5之间通过定位隔圈8固定，所述凸凹透镜一4、双凹透镜5、凸凹透镜二6和双凸透镜7均为球面透镜且球面上均覆盖有近红外增透膜。

所述滤波片的直径为10mm，滤波片的厚度为1.5mm，滤波片的中心波长为850nm，半峰宽为20nm。所述凸凹透镜一4的凸面曲率半径为9.17 mm，凸凹透镜一4凹面的曲率半径为102.1 mm，凸凹透镜一4的透镜中心厚度为3.29mm；所述双凹透镜5的前侧凹面曲率半径为39.81 mm，双凹透镜5后侧凹面的曲率半径为6.57mm，双凹透镜5的透镜中心厚度为6.51mm；所述凸凹透镜二6的凸面曲率半径为10.574mm，凸凹透镜二6的凹面曲率半径为5.75 mm，凸凹透镜二6的透镜中心厚度为0.5mm；所述双凸透镜7的前侧凸面曲率半径为5.75mm，双凸透镜7的后侧凸面曲率半径为58.21 mm，双凸透镜7的透镜中心厚度为1.0mm。所述双凸透镜的后侧凸面与光阑之间的间距为12.5mm。

生产时，本发明的焦距为25mm，相对孔径为1:4，半像高为2.48mm。且凸凹透镜一4、双凹透镜5、凸凹透镜二6及双凸透镜7均采用玻璃材质，玻璃材质具体为：凸凹透镜一4的Nd/Vd为：1.64/55.47，双凹透镜5的Nd/Vd为：1.75/27.55，凸凹透镜二6的Nd/Vd为：1.62/36.63，双凸透镜7的Nd/Vd为：1.78/37.09。

具体使用时，将本发明进行成像点测试，可得出成像点弥散斑示意图，见图2，由图2可知本发明的成像斑点在0-0.7视场，其大小在10μm以内，具有较高的分辨率；将本发明进行畸变测试，可得出镜头畸变示意图，见图3，由图3可知本发明的镜头畸变值小于0.1％，镜头的畸变很小，所成图像几乎无变形；将本发明进行能量集中度测试，可得出镜头能量集中度示意图，见图4，由图4可知本发明的能量已完全集中在20μm以内，具有较高的能量集中度。将本发明进行光学传递测试，可得出镜头光学传递函数（MTF）示意图，见图5，由图5可知本发明的镜头在空间频率100lp/mm下，衍射极限的MTF值为0.5773，0视场的MTF值为0.5745，镜头的综合成像评价无限接近理想。

通过透镜曲率半径、透镜厚度以及透镜间距等参数的设置，使得本发明在近红外具有较高的成像质量，与CMOS传感器组合，能够获取清晰地虹膜图像；同时本发明结构简单、体积小、成本低，具有广阔的市场前景，适合在虹膜识别领域推广应用。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种虹膜图像采集定焦镜头，包括主镜筒（1）和滤波片（2），其特征在于：所述滤波片（2）设置于主镜筒（1）的前侧并通过压圈（3）与主镜筒（1）固定连接，所述主镜筒（1）内从前往后依次设有凸凹透镜一（4）、双凹透镜（5）及胶合在一起的凸凹透镜二（6）和双凸透镜（7），凸凹透镜一（4）与双凹透镜（5）之间通过定位隔圈（8）固定，凸凹透镜一（4）、双凹透镜（5）、凸凹透镜二（6）和双凸透镜（7）均为球面透镜且球面上均覆盖有近红外增透膜，

所述凸凹透镜一（4）的凸面曲率半径为8-9.17mm。

2.根据权利要求1所述的一种虹膜图像采集定焦镜头，其特征在于：所述滤波片（2）的直径为10mm，滤波片（2）的厚度为1.5mm，滤波片（2）的中心波长为850nm，半峰宽为20nm。

3.根据权利要求2所述的一种虹膜图像采集定焦镜头，其特征在于：所述双凹透镜（5）后侧凹面的曲率半径为5.284-6.57mm。

4.根据权利要求3所述的一种虹膜图像采集定焦镜头，其特征在于：所述凸凹透镜二（6）的凹面曲率半径及双凸透镜（7）的前侧凸面曲率半径为4.173-5.75mm。

5.根据权利要求4所述的一种虹膜图像采集定焦镜头，其特征在于：所述双凸透镜（7）的后侧凸面与光阑之间的间距为11. 627-14.28mm。

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