CN107167897A - 光学成像镜头及应用该光学成像镜头的虹膜摄像模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学成像镜头及虹膜摄像模组，所述光学成像镜头包括沿光轴从物侧到像侧依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜以及滤光片，所述第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，所述第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第三透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，所述光学成像镜头满足如下关系式：T_L/f＜0.98，其中T_L为所述光学成像镜头的光学总长，f为所述光学成像镜头的有效焦距。本发明提出的光学成像镜头具有较大的视场角，能够在实际应用中较好地采集双目虹膜信息，且具有较小的光学总长，满足了小型化的应用需求。

Description

光学成像镜头及应用该光学成像镜头的虹膜摄像模组

技术领域

本发明涉及光学镜组设备技术领域，特别涉及一种光学成像镜头及应用该光学成像镜头的虹膜摄像模组。

背景技术

近年来，随着科技的迅猛发展以及技术的日益进步，便携式电子设备(笔记本电脑，平板电脑，手机等)已经成为了人们日常商务办公所不可或缺的工具，在人们的日常生活中具有无可替代的作用。

在实际应用中，人们习惯将越来越多的隐私信息存储在便携式电子设备中，因此相关的安全防护标准也越来越高。一般的，传统的口令解锁(密码，图案等)以及指纹解锁方式已经无法满足用户日益增长的信息安全需求。而虹膜识别技术凭借其便于用户使用、可靠性高、快捷方便、授权灵活、无法复制以及配置灵活多样等诸多优点，已经逐步应用在智能移动设备中以提高隐私信息的安全性。具体的，由于虹膜特征是人体最为稳定的生物特征之一，且具有唯一性的特点，这给虹膜识别技术的发展和广泛应用提供了基础条件。在采用虹膜识别技术对用户身份进行认证时，用户无需接触到传感器，且现有的虹膜识别技术的可靠性已经较高。

然而，传统的虹膜识别镜头的视场角一般较小，在实际应用中可能无法有效地捕捉到双目的虹膜信息，且现有的虹膜识别镜头一般尺寸较大，无法安装应用在一些较为精密的设备上，具有一定的局限性。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提出一种尺寸较小的且能够在实际应用中有效捕捉到用户双目的虹膜信息的光学成像镜头，以提高产品的整体质量，满足实际应用需求。

本发明提出一种光学成像镜头，其中，包括沿光轴从物侧到像侧依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜以及滤光片；

所述第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面；

所述第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面；

所述光学成像镜头满足如下关系式：T_L/f＜0.98，其中T_L为所述光学成像镜头的光学总长，f为所述光学成像镜头的有效焦距。

本发明提出的光学成像镜头，所选用的所述第一透镜具有正光焦度，且将物侧面设置为凸面，该设置可以提供相对较大的视场角以提升对用户双目虹膜信息的提取能力，此外，将所述光学成像镜头的光学总长T_L与有效焦距f之间的比值设为小于0.98，由于限制了对应的光学总长的尺寸，因此可以限制所述光学成像镜头的整体尺寸，实现向更加小型化的方向生产并应用。本发明提出的光学成像镜头具有较大的视场角，能够在实际应用中较好地采集双目虹膜信息，且具有较小的光学总长，满足了小型化的应用需求。

所述光学成像镜头，其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜均为塑胶非球面镜片。

所述光学成像镜头，其中，所述第二透镜的形状为弯月形，所述光学成像镜头还满足如下关系式：-5.5＜f₂*c21＜0，其中f₂为所述第二透镜的焦距，c21为所述第二透镜物侧面的曲率。

所述光学成像镜头，其中，所述光学成像镜头还满足如下关系式：0.15＜ct₁/f＜0.4，其中ct₁为所述第一透镜的中心厚度，f为所述光学成像镜头的有效焦距。

所述光学成像镜头，其中，所述光学成像镜头还满足如下关系式：0＜ct₂/f＜0.1，其中ct₂为所述第二透镜的中心厚度，f为所述光学成像镜头的有效焦距。

所述光学成像镜头，其中，所述光学成像镜头还满足如下关系式：0.7＜SD₁₁/SD₃₂＜1.4，其中SD₁₁为所述第一透镜的物侧面的有效半径，SD₃₂为所述第三透镜的像侧面的有效半径。

所述光学成像镜头，其中，所述光学成像镜头还满足如下关系式：ND₂＞1.60，且ND₂＞ND₁＝ND₃，其中ND₁为所述第一透镜的材料折射率，ND₂为所述第二透镜的材料折射率，ND₃为所述第三透镜的材料折射率。

所述光学成像镜头，其中，所述塑胶非球面的所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜的表面形状均满足下列方程：

其中z为曲面与曲面顶点在光轴方向的距离，c为曲面顶点的曲率，k为二次曲面系数，h为光轴到曲面的距离，B、C、D、E、F、G、H分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶曲面系数。

本发明还提出一种虹膜摄像模组，其中，包括光学成像镜头和图像感应芯片，其中所述光学成像镜头为如上所述的光学成像镜头，所述图像感应芯片的成像面位于所述光学成像镜头的像侧。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明第一实施例中光学成像镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例中光学成像镜头的球差曲线图；

图4为本发明第二实施例中光学成像镜头的结构示意图；

图5为本发明第二实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；

图6为本发明第二实施例中光学成像镜头的球差曲线图；

图7为本发明第三实施例中光学成像镜头的结构示意图；

图8为本发明第三实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；

图9为本发明第三实施例中光学成像镜头的球差曲线图；

图10为本发明第四实施例中光学成像镜头的结构示意图；

图11为本发明第四实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；

图12为本发明第四实施例中光学成像镜头的球差曲线图；

图13为本发明第五实施例中光学成像镜头的结构示意图；

图14为本发明第五实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；

图15为本发明第五实施例中光学成像镜头的球差曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明提出一种光学成像镜头，包括沿光轴从物侧到像侧依次设置的第一透镜L1、光阑S3、第二透镜L2、第三透镜L3以及滤光片G1，所述光阑S3设于所述第一透镜L1与所述第二透镜L2之间，所述滤光片G1设于所述第三透镜L3与一成像面S10之间。

具体的，所述第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1为凸面，所述第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S4为凸面，像侧面S5为凹面，所述第三透镜L3具有负光焦度，其物侧面S6为凹面，所述光学成像镜头满足如下关系式：T_L/f＜0.98，其中T_L为所述光学成像镜头的光学总长，f为所述光学成像镜头的有效焦距。

需要指出的是，本发明中的所述第一透镜L1、所述第二透镜L2、所述第三透镜L3均为塑胶非球面镜片。在本发明中，使用塑胶非球面镜片一方面可以使得所述光学透镜系统具有较好的光学性能，另一方面可以尽可能得实现光学成像镜头的小型化，且可以大大降低生产的成本，有利于大规模生产应用。

进一步的，所述第二透镜L2的形状为弯月形，所述光学成像镜头还满足如下关系式：-5.5＜f₂*c21＜0，其中f₂为所述第二透镜L2的焦距，c21为所述第二透镜L2物侧面S4的曲率。该设置有利于所述光学成像系统的像差校正，尤其对轴外像差具有良好的校正效果。

为了进一步提高所述光学成像镜头的性能，所述光学成像镜头还需满足如下关系式：0.15＜ct₁/f＜0.4，其中ct₁为所述第一透镜L1的中心厚度，f为所述光学成像镜头的有效焦距。该参数设置可以在保证所述光学成像镜头尽可能小型化的同时，又能满足所述光学成像镜头的高分辨率的成像要求，以提高产品的整体质量。除此之外，所述光学成像镜头还须满足如下关系式：0＜ct₂/f＜0.1，其中ct₂为所述第二透镜L2的中心厚度，f为所述光学成像镜头的有效焦距，该设置同样可以提高所述光学成像镜头的分辨率。

进一步的，所述光学成像镜头还满足如下关系式：0.7＜SD₁₁/SD₃₂＜1.4，其中SD₁₁为所述第一透镜L1的物侧面S2的有效半径，SD₃₂为所述第三透镜L3的像侧面S7的有效半径，该参数设置能够有效地限制所述光学成像镜头的口径，从而降低镜头的实际生产难度，降低了生产工艺成本。

此外，所述光学成像镜头还满足如下关系式：ND₂＞1.60，且ND₂＞ND₁＝ND₃，其中ND₁为所述第一透镜L1的材料折射率，ND₂为所述第二透镜L2的材料折射率，ND₃为所述第三透镜L3的材料折射率。该设置能够进一步地修正像差，从而提升镜头的边缘成像清晰度。

如上所述，所述第一透镜L1、所述第二透镜L2以及所述第三透镜L3均为塑胶非球面。在本发明中，所述塑胶非球面的所述第一透镜L1、所述第二透镜L2以及所述第三透镜L3的表面形状均满足下列方程：

其中z为曲面与曲面顶点在光轴方向的距离，c为曲面顶点的曲率，k为二次曲面系数，h为光轴到曲面的距离，B、C、D、E、F、G、H分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶曲面系数。

本发明提出的光学成像镜头，所选用的所述第一透镜L1具有正光焦度，且将所述第一透镜L1的物侧面S1设置为凸面，该设置可以提供相对较大的视场角以提升对用户双目虹膜信息的提取能力，此外，将所述光学成像镜头的光学总长T_L与有效焦距f之间的比值设为小于0.98，由于限制了对应的光学总长的尺寸，因此可以限制所述光学成像镜头的整体尺寸，实现向更加小型化的方向生产并应用。本发明提出的光学成像镜头具有较大的视场角，能够在实际应用中较好地采集双目虹膜信息，且具有较小的光学总长，满足了小型化的应用需求。

在本发明的所有实施例中均达到了以下的光学指标：(1)视场角：29°＜2θ＜41°，其中θ为所述光学成像镜头的半视场角；(2)光学总长：T_L＜3.8mm；(3)适用谱线范围:700nm～900nm。在以下不同的实施例中，光学成像镜头的各透镜厚度、曲率半径有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。

实施例1

本实施例的光学成像镜头结构图，如图1所示。所述光学成像镜头的场曲曲线图以及球差曲线图分别如图2以及图3所示。

具体的，所述光学成像镜头的设计参数如表1-1所示：

表1-1

实施例1中的各透镜的非球面参数如表1-2所示：

表1-2

在本实施例中，所述光学成像镜头的有效焦距f为3.85mm，光圈值FNO.为2.12、视场角2θ为34.5°。

实施例2

本实施例的光学成像镜头结构图，如图4所示，本实施例中的所述光学成像镜头的结构与实施例1中的大致相同。所述光学成像镜头的场曲曲线图以及球差曲线图分别如图5与图6所示。

具体的，所述光学成像镜头的设计参数如表2-1所示：

表2-1

实施例2中的各透镜的非球面参数如表2-2所示：

表2-2

在本实施例中，所述光学成像镜头的有效焦距f为3.83mm，光圈值FNO为2.20、视场角2θ为39.7°。

实施例3

本实施例的光学成像镜头结构图，如图7所示，本实施例中的所述光学成像镜头的结构与实施例1中的大致相同。所述光学成像镜头的场曲曲线图以及球差曲线图分别如图8以及图9所示。

具体的，所述光学成像镜头的设计参数如表3-1所示：

表3-1

实施例3中的各透镜的非球面参数如表3-2所示：

表3-2

在本实施例中，所述光学成像镜头的有效焦距f为3.65mm，光圈值FNO.为2.30、视场角2θ为34.0°。

实施例4

本实施例的光学成像镜头结构图，如图10所示，本实施例中的所述光学成像镜头的结构与实施例1中的大致相同。所述光学成像镜头的场曲曲线图以及球差曲线图分别如图11以及图12所示。

具体的，所述光学成像镜头的设计参数如表4-1所示：

表4-1

实施例4中的各透镜的非球面参数如表4-2所示：

表4-2

在本实施例中，所述光学成像镜头的有效焦距f为3.91mm，光圈值FNO.为2.20、视场角2θ为30.0°。

实施例5

本实施例的光学成像镜头结构图，如图13所示，本实施例中的所述光学成像镜头的结构与实施例1中的大致相同。所述光学成像镜头的场曲曲线图以及球差曲线图分别如图14以及图15所示。

具体的，所述光学成像镜头的设计参数如表5-1所示：

表5-1

实施例5中的各透镜的非球面参数如表5-2所示：

表5-2

在本实施例中，所述光学成像镜头的有效焦距f为3.87mm，光圈值FNO.为2.20、视场角2θ为34.0°。

除此之外，本发明还列出了上述五个实施例与各个条件式对应的数值及其对应的光学特性，包括系统焦距f、光圈数FNO.、视场角2θ以及对应的系统总长T_L，具体的如表6所示：

表6

实施例	F(mm)	FNO.	2θ	TL(mm)	TL/f	f2*c21	Ct1/f	Ct2/f	SD11/SD32
										1	3.85	2.12	39.4°	3.75	0.973	-5.10	0.231	0.074	1.039
2	3.83	2.20	39.7°	3.67	0.958	-0.44	0.227	0.083	0.918
										3	3.65	2.30	34.0°	3.48	0.953	-3.26	0.234	0.068	1.128
4	3.91	2.20	30.0°	3.61	0.922	-3.19	0.209	0.064	1.232
										5	3.87	2.20	34.0°	3.65	0.944	-2.43	0.228	0.065	1.122

本发明还提出一种虹膜摄像模组，其中，包括光学成像镜头和图像感应芯片，其中所述光学成像镜头为如上所述的光学成像镜头，所述图像感应芯片的成像面位于所述光学成像镜头的像侧。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光学成像镜头，其特征在于，包括沿光轴从物侧到像侧依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜以及滤光片；

所述第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面；

所述第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面；

所述光学成像镜头满足如下关系式：T_L/f＜0.98，其中T_L为所述光学成像镜头的光学总长，f为所述光学成像镜头的有效焦距。

2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜均为塑胶非球面镜片。

3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第二透镜的形状为弯月形，所述光学成像镜头还满足如下关系式：-5.5＜f₂*c21＜0，其中f₂为所述第二透镜的焦距，c21为所述第二透镜物侧面的曲率。

4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头还满足如下关系式：0.15＜ct₁/f＜0.4，其中ct₁为所述第一透镜的中心厚度，f为所述光学成像镜头的有效焦距。

5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头还满足如下关系式：0＜ct₂/f＜0.1，其中ct₂为所述第二透镜的中心厚度，f为所述光学成像镜头的有效焦距。

6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头还满足如下关系式：0.7＜SD₁₁/SD₃₂＜1.4，其中SD₁₁为所述第一透镜的物侧面的有效半径，SD₃₂为所述第三透镜的像侧面的有效半径。

7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头还满足如下关系式：ND₂＞1.60，且ND₂＞ND₁＝ND₃，其中ND₁为所述第一透镜的材料折射率，ND₂为所述第二透镜的材料折射率，ND₃为所述第三透镜的材料折射率。

8.根据权利要求2所述的光学成像镜头，其特征在于，所述塑胶非球面的所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜的表面形状均满足下列方程：

<mrow> <mi>z</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>ch</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msup> <mi>Bh</mi> <mn>4</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Ch</mi> <mn>6</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Dh</mi> <mn>8</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Eh</mi> <mn>10</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Fh</mi> <mn>12</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Gh</mi> <mn>14</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Hh</mi> <mn>16</mn> </msup> </mrow>

其中z为曲面与曲面顶点在光轴方向的距离，c为曲面顶点的曲率，k为二次曲面系数，h为光轴到曲面的距离，B、C、D、E、F、G、H分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶曲面系数。

9.一种虹膜摄像模组，其特征在于，包括光学成像镜头和图像感应芯片，其中所述光学成像镜头为上述权利要求1至8任意一项所述的光学成像镜头，所述图像感应芯片的成像面位于所述光学成像镜头的像侧。