CN105445902A - 成像镜头、虹膜成像模组以及虹膜识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像镜头、虹膜成像模组以及虹膜识别装置，属于生物识别领域，成像镜头沿光线入射方向从前到后依次包括：第一透镜，第一透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；第二透镜，第二透镜为具有负光焦度的双凹透镜，其前表面为凹面，后表面为凹面；第三透镜，第三透镜为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；第四透镜，第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；第五透镜，第五透镜为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；第三透镜和第四透镜胶合在一起。本发明的成像镜头成像质量好，采集范围广，使用方便以及结构简单。

Description

成像镜头、虹膜成像模组以及虹膜识别装置

技术领域

本发明涉及生物识别领域，特别是指一种成像镜头、虹膜成像模组以及虹膜识别装置。

背景技术

虹膜识别是一种基于小于10mm区域的眼睛虹膜纹理信息进行处理来认证用户身份的生物识别技术，该技术的实现难点在于如何采集到清晰高质量的虹膜图像，即高质量的虹膜图像采集光学系统。目前已有的虹膜采集光学系统可分为：变焦光学系统和定焦光学系统，其中变焦光学系统体积大、结构复杂、造价高，装配难度大；定焦光学系统结构简单，造价低，装置方便，目前市面上的产品一般采用定焦光学系统，但现有的定焦光学系统多为单目采集光学系统，其一般搭配较低像素的图像传感器(VGA即可)。

但采集一只眼睛，对用户的配合度要求高，且设备可采集范围很窄，在使用时极不方便，不利于把握距离及对准。

发明内容

本发明提供一种成像质量好，采集范围广，使用方便以及结构简单的成像镜头、虹膜成像模组以及虹膜识别装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种成像镜头，沿光线入射方向从前到后依次包括：

第一透镜，所述第一透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；

第二透镜，所述第二透镜为具有负光焦度的双凹透镜，其前表面为凹面，后表面为凹面；

第三透镜，所述第三透镜为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；

第四透镜，所述第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；

第五透镜，所述第五透镜为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；

所述第三透镜和第四透镜胶合在一起。

一种虹膜成像模组，包括上述成像镜头以及位于所述成像镜头后方的图像传感器，所述图像传感器为CCD或CMOS传感器。

一种虹膜识别装置，包括上述虹膜成像模组以及与所述虹膜成像模组连接的硬件电路。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明的成像镜头沿光线入射方向从前到后的五片透镜依次为双凸透镜、双凹透镜、凸凹透镜、双凸透镜以及凸凹透镜，其中第三透镜和第四透镜胶合在一起，使其在近红外波段具有较高的成像质量，畸变小；物方景深范围广，物距范围大，使得采集范围广；本发明尤其适用于双目虹膜采集，对用户的配合度要求低，使用方便；五片透镜均为球面透镜，没有非球面透镜，结构简单，装配方便，造价低。

附图说明

图1为本发明的成像镜头的结构示意图；

图2为本发明的成像镜头实施例一的结构示意图；

图3为图2所示成像镜头的光学性能曲线图，其中：3A为实施例一的畸变曲线图；3B为实施例一的场曲曲线图；3C为实施例一的MTF特性曲线图一；3D为实施例一的MTF特性曲线图二；3E为实施例一的MTF特性曲线图三；

图4为本发明的成像镜头实施例二的结构示意图；

图5为图4所示成像镜头的光学性能曲线图，其中：5A为实施例二的畸变曲线图；5B为实施例二的场曲曲线图；5C为实施例二的MTF特性曲线图一；5D为实施例二的MTF特性曲线图二；5E为实施例二的MTF特性曲线图三。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种成像镜头，如图1所示，沿光线入射方向从前到后依次包括：

第一透镜1，第一透镜1为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面11为凸面，后表面12为凸面；

第二透镜2，第二透镜2为具有负光焦度的双凹透镜，其前表面21为凹面，后表面22为凹面；

第三透镜3，第三透镜3为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面31为凸面，后表面32为凹面；

第四透镜4，第四透镜4为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面41为凸面，后表面42为凸面；

第五透镜5，第五透镜5为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面51为凸面，后表面52为凹面；

第三透镜3和第四透镜4胶合在一起(如图1所示，32和41胶合在一起)。

上述各个透镜的前表面是指红外光射入的面，后表面是指红外光射出的面，下同。

与现有技术相比，本发明的成像镜头沿光线入射方向从前到后的五片透镜依次为双凸透镜、双凹透镜、凸凹透镜、双凸透镜以及凸凹透镜，其中第三透镜和第四透镜胶合在一起，使其在近红外波段具有较高的成像质量，畸变小；景深范围广，物距范围大，使得采集范围广；本发明尤其适用于双目虹膜采集，对用户的配合度要求低，使用方便；五片透镜均为球面透镜，没有非球面透镜，结构简单，装配方便，造价低。

作为本发明的一种改进，各个透镜的焦距可以满足：0.5f≤f1≤0.75f，-0.5f≤f2≤-0.15f，1.1f≤f3≤1.8f，0.43f≤f4≤1.1f，-6.5f≤f5≤-4.1f；其中，f为成像镜头的总焦距，f1为第一透镜焦距，f2为第二透镜焦距，f3为第三透镜焦距，f4为第四透镜焦距，f5为第五透镜焦距。

当各个透镜的焦距满足上述关系时，在近红外波段具有更高的成像质量，几乎无畸变。

进一步的，5mm≤f1≤10mm，-7mm≤f2≤-2mm，15mm≤f3≤25mm，6mm≤f4≤15mm，-91mm≤f5≤-58mm；400mm≤h≤800mm，Δh≥150mm；其中，h为物距，Δh为物方景深范围，Δh＝物方最远拍摄距离-物方最近拍摄距离。此时，成像镜头可适用于40-80cm范围内的双目虹膜图像采集，具有较大的物方景深范围。

作为本发明的另一种改进，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5的材质满足：1.6≤nd≤1.8,25≤vd≤55，其中，nd为透镜材质的折射率，vd为透镜材质的色散系数。采用上述折射率和色散系数的材质既能够得到较好的成像质量，又能节省材料成本。

优选的，如图2和图4所示，第一透镜1的前端，或者第一透镜1和第二透镜2之间，或者第二透镜2和第三透镜3之间设置有用于控制近红外光通过率的光阑6。光阑能够调节通过的近红外光束的强弱，不同的光照环境下可以选择不同的光阑。

而且，可以在某个透镜的某个表面镀有能反射可见光并透过近红外光的滤光膜(如近红外波段窄带滤光膜)，优选在第一透镜1的前表面11镀有滤光膜；滤光膜能够避免可见光对成像镜头的干扰，同时，反射的可见光能够使用户从成像镜头中看到自身的眼部图像，方便用户调节自身位置，起到定位的作用。

或者，成像镜头还包括能反射可见光并透过近红外光的平面滤光片，平面滤光片能够避免可见光对成像镜头的干扰，平面滤光片可设置于整个成像镜头的前端或者后端。

同时，还可以在第一透镜1的后表面11以及第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5的前表面及后表面均镀有能增强近红外光透过率的近红外波段增透膜。增透膜能够增强近红外光的透过率，能够以较小的发射功率获得较清晰的虹膜图像。

本发明中，上述近红外光的波段为700-900nm。该波段的近红外光能够采集到较高质量的虹膜图像。

为进一步的节约成本，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5的材质可以为玻璃。

下面以两个具体的实施例来对本发明进行进一步的阐述：

实施例一：

本实施例为一种用于双目虹膜识别的成像镜头，如图2所示，由五片透镜组以及光阑6组成，成像镜头的后方设置有图像传感器8，沿光线入射方向依次为：具有正光焦度的第一透镜1，其为双凸透镜，前表面11凸面，后表面12为凸面；具有负光焦度的第二透镜2，其为双凹透镜，前表面21为凹面，后表面22凹面；第三透镜3和第四透镜4为胶合镜，第三透镜3为具有正光焦度凸凹透镜，前表面31凸面，后表面32为凹面；第四透镜4为具有正光焦度的双凸透镜，前表面41为凸面，后表面42为凸面；具有负光焦度的第五透镜5，其为凸凹透镜，前表面51为凸面，后边面52为凹面；光阑6位于第一透镜1与第二透镜2之间，五片透镜均为玻璃材质；成像面为图像传感器面，其为CCD或CMOS传感器。

本实施例的成像镜头成像波长为近红外波段700-900nm，为保证成像时免于其他光线的干扰，在某个透镜的某一面镀近红外波段窄带滤光膜，实现滤除可见光透过近红外光的作用，优选在第一透镜1的前表面11镀近红外波段窄带滤光膜，且为增加近红外波段光线的透过率，所有其他各面镀有近红外增透膜。

本实施例的成像镜当光圈FNO.＝5(FNO.是焦距与有效孔径的比值，用来描述光圈的大小)，最佳对焦物距为550mm时，具体结构参数详见表一，包括透镜面的表面类型、曲率半径、透镜厚度、折射率、色散系数等。本实施例光学系统的透镜焦距参数为：第一透镜焦距f1＝7.2mm，第二透镜焦距f2＝-3.9mm，第三透镜焦距f3＝19.4mm，第四透镜焦距f4＝8.3mm第五透镜焦距f5＝-60.5mm，Δh＝170mm，可在480-650mm范围内采集清晰双目虹膜图像，用于较宽范围的双目虹膜图像采集。

表一：本发明的成像镜头的实施例一具体结构参数

图3为本实施例虹膜成像镜头的光学性能曲线图，3A显示本实施例的畸变曲线图(％)，在全视场范围内，畸变像差均在0.7％范围内；3B显示本实施例的场曲曲线图(单位mm)，在全视场范围内，子午面及弧矢面各光线的场曲像差均小于6um；3C显示本发明实施例的MTF特性曲线，从曲线看出在物距550mm时，各视场的MTF均达到衍射极限，在空间频率100lp/mm处MTF值在0.45左右；3D显示本发明实施例在物距480mm时的MTF曲线，从图中看出此时在空间频率100lp/mm处MTF值在0.28左右；3E显示本发明实施例在物距650mm时的MTF曲线，从图中看出此时在空间频率100lp/mm处MTF值在0.26左右；由以上光学特性曲线图可以看出，本实施例虹膜成像镜头畸变小，具有较高的成像质量，且景深范围广。

实施例二：

本实施例为一种用于双目虹膜识别的成像镜头，如图4所示，由五片透镜组以及光阑6组成，成像镜头的后方设置有图像传感器8，沿光线入射方向依次为：具有正光焦度的第一透镜1，其为双凸透镜，前表面11凸面，后表面12为凸面；具有负光焦度的第二透镜2，其为双凹透镜，前表面21为凹面，后表面22凹面；第三透镜3和第四透镜4为胶合镜，第三透镜3为具有正光焦度凸凹透镜，前表面31凸面，后表面32为凹面；第四透镜4为具有正光焦度的双凸透镜，前表面41为凸面，后表面42为凸面；具有负光焦度的第五透镜5，其为凸凹透镜，前表面51为凸面，后边面52为凹面；光阑6位于第二透镜2与第三透镜3之间，五片透镜均为玻璃材质；成像面为图像传感器面，其为CCD或CMOS传感器。

本实施例的成像镜头成像波长为近红外波段700-900nm，在某个透镜的某一面镀近红外波段窄带滤光膜，实现滤除可见光透过近红外光的作用，各个透镜的前表面和后表面镀有近红外波段增透膜，增强近红外波段光线的透过率。

本实施例的成像镜当光圈FNO.＝5.1(FNO.是焦距与有效孔径的比值，用来描述光圈的大小)，最佳对焦物距为700mm时，具体结构参数详见表二，包括透镜面的表面类型、曲率半径、透镜厚度、折射率、色散系数等。本实施例光学系统的透镜焦距参数为：第一透镜焦距f1＝8.3mm，第二透镜焦距f2＝-5.1mm，第三透镜焦距f3＝23.2mm，第四透镜焦距f4＝10.2mm第五透镜焦距f5＝--89mm，Δh＝210mm，可在560-770mm范围内采集清晰双目虹膜图像，用于较宽范围的双目虹膜图像采集。

表二：本发明的成像镜头的实施例二具体结构参数

图5为本实施例虹膜成像镜头的光学性能曲线图，5A显示本实施例的畸变曲线图(％)，在全视场范围内，畸变像差均在0.5％范围内；5B显示本实施例的场曲曲线图(单位mm)，在全视场范围内，子午面及弧矢面各光线的场曲像差均小于15um；5C显示本发明实施例的MTF特性曲线，从曲线看出在物距650mm时，各视场的MTF均达到衍射极限，在空间频率100lp/mm处MTF值在0.45左右；5D显示本发明实施例在物距560mm时的MTF曲线，从图中看出此时在空间频率100lp/mm处MTF值在0.26左右；5E显示本发明实施例在物距770mm时的MTF曲线，从图中看出此时在空间频率100lp/mm处MTF值在0.3左右；由以上光学特性曲线图可以看出，本实施例虹膜成像镜头畸变小，具有较高的成像质量，且景深范围广。

另一方面，本发明提供一种虹膜成像模组，如图2和图4所示，包括上述成像镜头以及位于该成像镜头后方的图像传感器6，该图像传感器6为CCD或CMOS传感器。本发明的虹膜成像模组在近红外波段具有较高的成像质量，畸变小；结构简单，装配方便，造价低；尤其适用于双目虹膜采集，对用户的配合度要求低。

再一方面，本发明提供一种虹膜识别装置，包上述虹膜成像模组以及与该虹膜成像模组连接的硬件电路。本发明的虹膜识别装置在近红外波段具有较高的成像质量，畸变小；结构简单，装配方便，造价低；尤其适用于双目虹膜采集，对用户的配合度要求低。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种成像镜头，其特征在于，沿光线入射方向从前到后依次包括：

第一透镜，所述第一透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；

第二透镜，所述第二透镜为具有负光焦度的双凹透镜，其前表面为凹面，后表面为凹面；

第三透镜，所述第三透镜为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；

第四透镜，所述第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；

第五透镜，所述第五透镜为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；

所述第三透镜和第四透镜胶合在一起。

2.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，0.5f≤f1≤0.75f，-0.5f≤f2≤-0.15f，1.1f≤f3≤1.8f，0.43f≤f4≤1.1f，-6.5f≤f5≤-4.1f；其中，f为成像镜头的总焦距，f1为第一透镜焦距，f2为第二透镜焦距，f3为第三透镜焦距，f4为第四透镜焦距，f5为第五透镜焦距。

3.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，5mm≤f1≤10mm，-7mm≤f2≤-2mm，15mm≤f3≤25mm，6mm≤f4≤15mm，-91mm≤f5≤-58mm；400mm≤h≤800mm，Δh≥150mm；其中，h为物距，Δh为物方景深范围，Δh＝物方最远拍摄距离-物方最近拍摄距离。

4.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的材质满足：1.6≤nd≤1.8,25≤vd≤55，其中，nd为透镜材质的折射率，vd为透镜材质的色散系数。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜的前端，或者所述第一透镜和第二透镜之间，或者所述第二透镜和第三透镜之间设置有用于控制近红外光通过率的光阑。

6.根据权利要求5所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜的前表面镀有能反射可见光并透过近红外光的滤光膜；

或者，所述成像镜头还包括能反射可见光并透过近红外光的平面滤光片。

7.根据权利要求5所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜的后表面以及所述第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的前表面及后表面均镀有能增强近红外光透过率的近红外波段增透膜。

8.根据权利要求5所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的材质为玻璃。

9.一种虹膜成像模组，其特征在于，包括权利要求1-8任一权利要求所述的成像镜头以及位于所述成像镜头后方的图像传感器，所述图像传感器为CCD或CMOS传感器。

10.一种虹膜识别装置，其特征在于，包括权利要求9所述的虹膜成像模组以及与所述虹膜成像模组连接的硬件电路。