CN109884778B - 一种宽工作距虹膜成像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种宽工作距虹膜成像镜头，包括由物侧至像侧依次设置的：光焦度为正的前组元、光焦度可变的变焦组元和光焦度为正的后组元；由7组透镜组成，结构简单，安装方便，体积小巧紧凑且重量轻，制造成本低廉，具备宽的工作距离，并且其成像清晰、图像均匀明亮、虹膜图像变形小。

Description

一种宽工作距虹膜成像镜头

技术领域

本发明涉及一种虹膜成像装置，特别是指一种宽工作距虹膜成像镜头。

背景技术

如今随着物质生活水平地不断提高，互联网信息安全和身份认证得到重视在不断地改善和提高。在众多生物识别鉴证技术中，虹膜识别技术凭借着非接触性、准确度高、稳定性好、安全性高等优点得以被市场认可。然而目前市面上的普通虹膜识别设备在拍摄虹膜图像的时候要求用户的眼睛到虹膜识别物镜的距离等于某个固定值，仪器才能有效地捕获人眼虹膜得到清晰的虹膜图像，这大大的增加了用户使用难度，极为不便，影响用户体验。

虹膜识别技术在当前情况下急需一种具有宽工作距离的虹膜采集成像物镜。传统的变焦镜头结合超声波马达虽然能够满足较小范围工作距离，但是由于变焦是通过凸轮槽控制，铆钉与凸轮槽容易磨损，大大降低了使用寿命，不适合使用次数巨大的虹膜识别设备。采用非球面的虹膜镜头在一定程度上提高其景深范围，但是提升程度有限并且加上制造成本昂贵扔没有被普及使用。当前的虹膜识别物镜均不能很好的满足对宽工作距离，使用寿命长，低制造成本，高成像质量的需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种宽工作距虹膜成像镜头。

本发明的技术方案：一种宽工作距虹膜成像镜头，包括由物侧至像侧依次设置的：光焦度为正的前组元、光焦度可变的变焦组元和光焦度为正的后组元；

所述前组元包括由物侧至像侧依次设置的光焦度为正的第一透镜，光焦度为正的第二透镜，光焦距为负的第三透镜；

所述变焦组元由焦距可变的第四透镜组成；

所述后组元包括由物侧至像侧依次设置的光焦距为负的第五透镜，光焦距为正的第六透镜，光焦距为负的第七透镜，和光焦度为正的第八透镜；

所述第六透镜和第七透镜胶合形成第一胶合透镜组。

所述虹膜成像镜头第一透镜的前表面为凸面；并且第三透镜的后表面为凹面。

优选的，所述前组元的焦距为fG1，所述后组元的焦距为fG3，满足1<|fG1/fG3|<7。

优选的，所述虹膜成像镜头第四透镜为液体透镜，焦距为fG2，通过施加不同的电压改变液体透镜内部某个表面曲率半径和透镜厚度值，从而改变液体透镜整体的焦距值，所述第四透镜焦距值的绝对值满足关系式|fG2|>40mm。

优选的，所述虹膜成像镜头第一透镜的前表面顶点到像面的距离TTL与前组元的焦距fG1，满足关系式|TTL/fG1|>0.3。

优选的，所述虹膜成像镜头第八透镜后表面顶点到像面的距离BFL与后组元G3的焦距fG3，满足关系式0.25<|BFL/fG3|<1.5。

优选的，所述虹膜成像镜头的半像高y’与后组元的焦距fG3，满足关系式|2*y’/fG3|<1.1。

优选的，所述虹膜成像镜头还包括控制光线通过多少能量的光阑，光阑位于第三透镜和第五透镜之间。

本发明的有益效果：一种宽工作距虹膜成像镜头由7组透镜组成，结构简单，安装方便，体积小巧紧凑且重量轻，制造成本低廉。具备很宽的工作距离，并且其成像清晰、图像均匀明亮、虹膜图像变形小。镜头对焦使用寿命长，可以满足高强度的使用次数要求，并且通过电压控制使用方便。在采集用户虹膜图像的时候，用户无需刻意保持距离就能轻松的识别到高清虹膜图像。该镜头可以搭配不同型号的cmos sensor金属互补氧化物传感器，满足不同像素高求。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1为本发明的虹膜成像镜头结构示意图。

图2a～图2d为本发明的虹膜成像镜头实施例一的像差特性图，其中2a为球面像差，2b为场曲，2c为畸变，2d为电视畸变。

图3所示为本发明的虹膜成像镜头的工作距离应用电压图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

图1所示为本发明的虹膜成像镜头结构示意图，一种宽工作距虹膜成像镜头，如图1所示，包括由物侧至像侧依次设置的：光焦度为正的前组元G1、光焦度可变的变焦组元G2和光焦度为正的后组元G3。

所述前组元G1包括由物侧至像侧依次设置的光焦度为正的第一透镜1，光焦度为正的第二透镜2，光焦距为负的第三透镜3。

所述变焦组元G2由焦距可变的第四透镜4组成。

所述后组元G3包括由物侧至像侧依次设置的光焦距为负的第五透镜5，光焦距为正的第六透镜6，光焦距为负的第七透镜7，和光焦度为正的第八透镜8。

所述第六透镜6和第七透镜7胶合形成第一胶合透镜组C1。

优选的，所述前组元(G1)的焦距为fG1，所述后组元(G3)的焦距为fG3，满足1<|fG1/fG3|<7

优选的，所述虹膜成像镜头第一透镜1的前表面(S1面)为凸面；并且第三透镜3的后表面(S2面)为凹面。

优选的，所述虹膜成像镜头第四透镜4为液体透镜，焦距为fG2。通过施加不同的电压改变液体透镜内部某个表面曲率半径和透镜厚度值，从而改变液体透镜整体的焦距值。

第四透镜4焦距值的绝对值满足关系式|fG2|>40mm。

优选的，所述虹膜成像镜头第一透镜1的前表面(S1面)顶点到像面的距离TTL与前组元G1的焦距fG1，满足关系式|TTL/fG1|>0.3

优选的，所述虹膜成像镜头第八透镜8后表面(S2)顶点到像面的距离BFL与后组元G3的焦距fG3，满足关系式0.25<|BFL/fG3|<1.5

优选的，所述虹膜成像镜头的半像高y’与后组元G3的焦距fG3，满足关系式|2*y’/fG3|<1.1。

优选的，所述虹膜成像镜头还包括控制光线通过多少能量的光阑，光阑位于第三透镜3和第五透镜5之间。

实施例1

现以本发明的虹膜成像系统实施例为例阐述其能达到的实际效果。

光学系统参数EFL＝1.0mm BFL＝0.38mm

本实施例为一种宽工作距虹膜成像镜头，如图1所示，由7组8片透镜结构形式组成，包括由物侧至像侧依次设置的：光焦度为正的前组元G1、光焦度可变的变焦组元G2和光焦度为正的后组元G3。

所述前组元G1包括由物侧至像侧依次设置的光焦度为正的第一透镜1，光焦度为正的第二透镜2，光焦距为负的第三透镜3。

变焦组元G2由焦距可变的第四透镜4组成。

后组元G3包括由物侧至像侧依次设置的光焦距为负的第五透镜5，光焦距为正的第六透镜6，光焦距为负的第七透镜7，和光焦度为正的第八透镜8。

所述第六透镜6和第七透镜7胶合形成第一胶合透镜组C1。

本实施例的所述前组元G1的焦距为fG1，所述后组元G3的焦距为fG3，满足|fG1/fG3|＝3.7

本实施例的0.2<L1R1<0.6，所述虹膜成像镜头第一透镜1的前表面(S1面)为凸面；并且0.1<L3R2<0.3第三透镜3的后表面(S2面)为凹面。

本实施例，所述虹膜成像镜头第四透镜4为液体透镜，焦距为fG2。通过施加不同的电压改变液体透镜内部某个表面曲率半径和透镜厚度值，从而改变液体透镜整体的焦距值。第四透镜(4)焦距值的绝对值满足关系式|fG2|>40mm。

本实施例，所述虹膜成像镜头第一透镜1的前表面(S1面)顶点到像面的距离TTL与前组元G1的焦距fG1，满足关系式|TTL/fG1|＝0.74

本实施例，所述虹膜成像镜头第八透镜8后表面(S2)顶点到像面的距离BFL与后组元G3的焦距fG3，满足关系式|BFL/fG3|＝0.65

本实施例，所述虹膜成像镜头的半像高y’与后组元G3的焦距fG3，满足关系式|2*y’/fG3|＝0.62

本实施例中所述虹膜成像镜头还包括控制光线通过多少能量的光阑，光阑位于第四透镜4机械件内。

本实施例宽工作距虹膜成像镜头后方设置有虹膜图像传感装置，在第八透镜8和传感器之间还设有滤除可见红透过近红外光的窄带滤光片，提高光学系统红外波段的整体透过率。

本实施例通过上述特征实现不同工作距离处物面发射的光线在成像镜头中具有相同的分布，光线在最后一面接近平行出射。系统像差得到很好的平衡，最终使得镜头在不同的工作距下依然保持有良好的成像质量、图像均匀明亮、虹膜图像变形小，极大的扩展了镜头的使用工作范围。

图2为本发明实施例虹膜成像镜头的像差特性图。图2a为本实施例的球差曲线图，

横坐标为球面像差值，单位为毫米。纵坐标为归一化视场，无单位。最大球面像差小于5e-3mm；

图2b为本实施例场曲特性图，其主要反映物体平面经过镜头成像后像面的弯曲程度，在全视场范围，子午和弧失方向的细光束的场曲像差均小于1um。

图2c为本实施例畸变曲线图，在全视野范围内最大相对畸变小于0.5％。

图2d为本实施例电视畸变图，其中横坐标为电视畸变值，单位为％，纵坐标为归一化视场，单位无。由图可知，该虹膜镜头的电视畸变随着视场的增大而增大，最大电视畸变值小于0.2％，数值非常的小，可知该拍摄虹膜图像变形极小，可以认为是无畸变镜头。

图3为本发明的虹膜成像镜头实施例一的工作距离应用电压图，图中Computer代表计算机自动计算的工作距离，K代表工作距离与电压曲线的斜率，本发明的虹膜成像镜头实施例一的工作距离应用电压图曲线代表工作距离与电压线性度良好，对于500-1000mm工作距离范围内电压对应的屈光度或焦距有近似线性关系。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出并不用以限制本发明，对于本技术领域的技术工程人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范畴之内。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (3)

1.一种宽工作距虹膜成像镜头，包括由物侧至像侧依次设置的：光焦度为正的前组元、光焦度可变的变焦组元和光焦度为正的后组元；

所述前组元包括由物侧至像侧依次设置的光焦度为正的第一透镜，光焦度为正的第二透镜，光焦距为负的第三透镜；

所述变焦组元由焦距可变的第四透镜组成；

所述后组元包括由物侧至像侧依次设置的光焦距为负的第五透镜，光焦距为正的第六透镜，光焦距为负的第七透镜，和光焦度为正的第八透镜；

所述第六透镜和第七透镜胶合形成第一胶合透镜组；

其中，所述前组元的焦距为fG1，所述后组元的焦距为fG3，满足1<|fG1/fG3|<7；

所述虹膜成像镜头第四透镜为液体透镜，焦距为fG2，通过施加不同的电压改变液体透镜内部某个表面曲率半径和透镜厚度值，从而改变液体透镜整体的焦距值，所述第四透镜焦距值的绝对值满足关系式|fG2|>40mm；

所述虹膜成像镜头第一透镜的前表面顶点到像面的距离TTL与前组元的焦距fG1，满足关系式|TTL/fG1|>0.3；

所述虹膜成像镜头第八透镜后表面顶点到像面的距离BFL与后组元G3的焦距fG3，满足关系式0.25<|BFL/fG3|<1.5；

所述虹膜成像镜头的半像高y’与后组元的焦距fG3，满足关系式|2*y’/fG3|<1.1。

2.根据权利要求1所述的宽工作距虹膜成像镜头，其特征在于，所述虹膜成像镜头第一透镜的前表面为凸面；并且第三透镜的后表面为凹面。

3.根据权利要求1所述的宽工作距虹膜成像镜头 ，其特征在于，所述虹膜成像镜头还包括控制光线通过多少能量的光阑，光阑位于第三透镜和第五透镜之间。

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