CN110426824A - 一种人脸识别光学镜头 - Google Patents

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CN110426824A CN201910829141.7A CN201910829141A CN110426824A CN 110426824 A CN110426824 A CN 110426824A CN 201910829141 A CN201910829141 A CN 201910829141A CN 110426824 A CN110426824 A CN 110426824A
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Abstract

本发明实施例公开了一种人脸识别光学镜头。该人脸识别光学镜头包括镜筒以及第一透镜组、光阑和第二透镜组，第一透镜组包括依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜组包括依次排列的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；光阑位于第四透镜朝向第三透镜的表面；其中，第一透镜和第八透镜为正弯月形透镜，第二透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为双凸形透镜，第三透镜、第四透镜为双凹形透镜；第一透镜组的焦距范围为69‑78mm，第二透镜组的焦距范围为8‑12mm。本发明解决了现有人脸识别光学镜头无法兼顾大光圈和小畸变的问题，可以降低畸变产生的像差的同时，实现较大的像面。

Description

一种人脸识别光学镜头
技术领域
本发明实施例涉及光学成像技术，尤其涉及一种人脸识别光学镜头。
背景技术
随着目前人脸识别系统的应用越来越广，尤其是在公共场所，如公园、医院、学校、工厂等公众活动和聚集场所人脸识别系统的布局越来越多。
人脸识别系统中一个关键结构就是光学镜头，通过光学镜头将实景画面成像在图像传感器上，从而由图像传感器进行光电转换形成电子图像；再通过电子图像的处理和分析，识别图像中的人脸。显然，人脸识别对光学镜头的要求较高，需要呈现较清晰的图像。并且，随着人脸识别技术的不断进步，对人脸识别光学镜头的要求也越来越高。现有的人脸识别光学镜头在保持体积小型化和高清晰度时，无法同时满足大光圈与小畸变的要求。
发明内容
本发明提供一种人脸识别光学镜头，以实现人脸识别光学镜头的小型化和高分辨率，同时兼具大光圈和小畸变。
第一方面，本发明实施例提供了一种人脸识别光学镜头，包括镜筒以及沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组、光阑和第二透镜组，所述第一透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第二透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述光阑位于第四透镜朝向所述第三透镜的表面；
所述第一透镜为正弯月形透镜，所述第二透镜为双凸形透镜，所述第三透镜为双凹形透镜，所述第四透镜为双凹形透镜，所述第五透镜为双凸形透镜，所述第六透镜为双凸形透镜，所述第七透镜为双凸形透镜，所述第八透镜为正弯月形透镜；
所述第一透镜组的焦距范围为69-78mm，所述第二透镜组的焦距范围为8-12mm。
可选地，所述人脸识别光学镜头的焦距为f；
所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：3＜|f1/f|＜4.5；
所述第二透镜的焦距为f2，所述第二透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.8＜|f2/f|＜2.3；
所述第三透镜的焦距为f3，所述第三透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.4＜|f3/f|＜2。
可选地，所述第一透镜的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.82＜n1＜1.86，42＜v1＜45；
所述第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.59＜n2＜1.64，62＜v2＜69；
所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.44＜n3＜1.49，69＜v3＜75。
可选地，所述人脸识别光学镜头的焦距为f；
所述第四透镜的焦距为f4，所述第四透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.5＜|f4/f|＜1.8；
所述第五透镜的焦距为f5，所述第五透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.2＜|f5/f|＜1.1；
所述第六透镜的焦距为f6，所述第六透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：1.1＜|f6/f|＜2.3；
所述第七透镜的焦距为f7，所述第七透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：2.8＜|f7/f|＜3.6；
所述第八透镜的焦距为f8，所述第八透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：8.2＜|f8/f|＜10.2。
可选地，所述第四透镜的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.69＜n4＜1.73，28＜v4＜32；
所述第五透镜的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.56＜n5＜1.60，67＜v5＜71；
所述第六透镜的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.58＜n6＜1.63，65＜v6＜70；
所述第七透镜的折射率为n7，阿贝数为v7，其满足关系式：1.59＜n7＜1.64，62＜v7＜68；
所述第八透镜的折射率为n8，阿贝数为v8，其满足关系式：1.61＜n8＜1.65，60＜v8＜64。
可选地，所述第二透镜和所述第三透镜组成密接的胶合组，所述第四透镜和所述第五透镜组成密接的胶合组。
可选地，所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为0.08-0.15mm；所述第三透镜和光阑之间的空气间隔为5.2-5.6mm；所述第五透镜和第六透镜之间的空气间隔为0.1-0.15mm；所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔为0.05-0.12mm；所述第七透镜和第八透镜之间的空气间隔为0.09-0.13mm。
可选地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜均为玻璃球面镜。
可选地，所述人脸识别光学镜头的像高≥3.745mm。
可选地，所述人脸识别光学镜头还包括位于所述第二透镜组的像侧的滤光片。
本发明实施例提供的人脸识别光学镜头，通过设置镜筒，并在镜筒中设置沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组、光阑和第二透镜组，并限定了第一透镜组和第二透镜组的焦距范围；其中，第一透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，光阑位于第四透镜朝向第三透镜的表面，第一透镜为正弯月形透镜，第二透镜为双凸形透镜，第三透镜为双凹形透镜，第四透镜为双凹形透镜，第五透镜为双凸形透镜，第六透镜为双凸形透镜，第七透镜为双凸形透镜，第八透镜为正弯月形透镜，解决了现有人脸识别光学镜头无法同时满足大光圈和小畸变的要求的问题，可以降低畸变产生的像差的同时，实现较大的像面，有助于实现高分辨率和结构体积的小型化的同时，兼具大光圈和低畸变。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种人脸识别光学镜头的结构示意图；
图2是本发明实施例所述的人脸识别光学镜头解像力MTF曲线图；
图3是本发明实施例提供的人脸识别光学镜头的解像力点列图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种人脸识别光学镜头的结构示意图，参考图1，该人脸识别光学镜头包括镜筒(图中未示出)以及沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组1、光阑3和第二透镜组2，所述第一透镜组1包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜10、第二透镜20和第三透镜30，所述第二透镜组2包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和第八透镜80；所述光阑3位于第四透镜40朝向所述第三透镜30的表面；所述第一透镜10为正弯月形透镜，所述第二透镜20为双凸形透镜，所述第三透镜30为双凹形透镜，所述第四透镜40为双凹形透镜，所述第五透镜50为双凸形透镜，所述第六透镜60为双凸形透镜，所述第七透镜70为双凸形透镜，所述第八透镜80为正弯月形透镜；所述第一透镜组1的焦距范围为69-78mm，所述第二透镜组2的焦距范围为8-12mm。
第一透镜组1和第二透镜组2分别具有正的光焦度，因此均具有光线汇聚能力。其中，第一透镜组1负责聚集外界光束，并入射至光阑3上。通过光阑3的光束再由第二透镜组2进行聚焦成像在像面。光阑3位于光束的腰部位置，有助于实现光学镜头的小畸变。并且，由于第一透镜组1的焦距范围为69-78mm，第二透镜组2的焦距范围为8-12mm，也即第一透镜组1的光线汇聚能力较弱，通过将外界光线进行初步地汇聚，利用光阑进行像差校正外，还可以通过合理设置光阑的开口，保证入射至第二透镜组2的光束具有较大的直径。并且，第二透镜组2中的第一个透镜即第四透镜40采用双凹形透镜，可以实现光束的扩散，增加光束直径，从而可以适当增加第二透镜组2成像的直径，有助于实现光学镜头大光圈、大像面的要求。另外，仅光阑设置在第四透镜40的前表面，可以简化在光学设计中的渐晕的设置。
本发明实施例提供的人脸识别光学镜头，通过设置镜筒，并在镜筒中设置沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组、光阑和第二透镜组，并限定了第一透镜组和第二透镜组的焦距范围；其中，第一透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，光阑位于第四透镜朝向第三透镜的表面，第一透镜为正弯月形透镜，第二透镜为双凸形透镜，第三透镜为双凹形透镜，第四透镜为双凹形透镜，第五透镜为双凸形透镜，第六透镜为双凸形透镜，第七透镜为双凸形透镜，第八透镜为正弯月形透镜，解决了现有人脸识别光学镜头无法同时满足大光圈和小畸变的要求的问题，可以降低畸变产生的像差的同时，实现较大的像面，有助于实现高分辨率和结构体积的小型化的同时，兼具大光圈和低畸变。
在满足以上透镜系统的参数要求的基础上，各透镜组的结构可以根据需要进行具体的调整，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。
针对第一组透镜组，优选地，所述人脸识别光学镜头的焦距为f；所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：3＜|f1/f|＜4.5；所述第二透镜的焦距为f2，所述第二透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.8＜|f2/f|＜2.3；所述第三透镜的焦距为f3，所述第三透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.4＜|f3/f|＜2。
对应优选地，所述第一透镜的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.82＜n1＜1.86，42＜v1＜45；所述第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.59＜n2＜1.64，62＜v2＜69；所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.44＜n3＜1.49，69＜v3＜75。
针对第二组透镜组，优选地，所述人脸识别光学镜头的焦距为f；所述第四透镜的焦距为f4，所述第四透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.5＜|f4/f|＜1.8；所述第五透镜的焦距为f5，所述第五透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.2＜|f5/f|＜1.1；所述第六透镜的焦距为f6，所述第六透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：1.1＜|f6/f|＜2.3；所述第七透镜的焦距为f7，所述第七透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：2.8＜|f7/f|＜3.6；所述第八透镜的焦距为f8，所述第八透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：8.2＜|f8/f|＜10.2。
对应优选地，所述第四透镜的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.69＜n4＜1.73，28＜v4＜32；所述第五透镜的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.56＜n5＜1.60，67＜v5＜71；所述第六透镜的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.58＜n6＜1.63，65＜v6＜70；所述第七透镜的折射率为n7，阿贝数为v7，其满足关系式：1.59＜n7＜1.64，62＜v7＜68；所述第八透镜的折射率为n8，阿贝数为v8，其满足关系式：1.61＜n8＜1.65，60＜v8＜64。
如上所述的各透镜参数，可实现相互之间的配合，一方面通过各透镜焦距调节光束的光线线路，最终实现大像面，小畸变；另一方面，通过各透镜的选材的配合来保证在大通光量的情况下，成像像质不受到影响，像差得到很好的校正效果。
需要说明的是，上述实施例提供的人脸识别镜头实现大光圈和低畸变不仅取决于各透镜的焦距以及材料设置，还取决于各透镜的相对设置位置。因此，继续参考图1，优选地，所述第二透镜20和所述第三透镜30组成密接的胶合组，所述第四透镜40和所述第五透镜50组成密接的胶合组，一方面可以用来校正色差，且其在光阑左右近似为对称结构，有助于减小畸变，降低成像像差，另一方面可以进一步缩小光学镜头的体积，实现小型化。
进一步可选地，所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为0.08-0.15mm；所述第三透镜和光阑之间的空气间隔为5.2-5.6mm；所述第五透镜和第六透镜之间的空气间隔为0.1-0.15mm；所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔为0.05-0.12mm；所述第七透镜和第八透镜之间的空气间隔为0.09-0.13mm。通过合理设置各透镜之间的空气间隔，可以保证各透镜及透镜组的材料、焦距、形状及间隔的配合，最终实现较大的像面和较小的畸变。
上述实施例中提供的所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜可全部采用玻璃材料制成，其是为了降低镜头对温度的敏感性以及提升系统的稳定性且适应各种环境，此时，该人脸识别光学镜头能够实现-40℃到80℃不虚焦的特点，保证人脸识别功能适用多种天气和场景。
在一较佳的实施例中，可实现所述人脸识别光学镜头的像高≥3.745mm，进而满足尺寸为1/2.5英寸图像传感器芯片的成像要求。
另外，参考图1所示的所述人脸识别光学镜头，还包括位于所述第二透镜组2的像侧的滤光片4。需要说明的是，滤光片4可以通过软件控制滤光片的转换，进而实现不同的滤光效果，以方便在白天和夜晚均能进行清晰成像，实现人脸识别。本领域技术人员可以合理设计和选用滤光片4，此处不做限制。
下面例举一较佳实施例以方便对本发明实施例提供的人脸识别光学镜头的理解。在该具体实施例中，图1所示的镜头中沿光轴线从物侧到像侧的各个透镜的镜面的表面类型、曲率半径、中心厚度(即相邻镜面中心点的距离)、折射率和阿贝数满足表1所列条件：
表1
面序号 表面类型 曲率半径(mm) 厚度(mm) 折射率/阿贝数
OBJ 球面 Infinity Infinity
1 球面 13.6579 1.3723 1.84/43.2
2 球面 20.2080 0.1
3 球面 9.1810 2.0048 1.62/65.4
4 球面 -102.34 0.7 1.47/67.2
5 球面 5.6570 5.2450
STO 球面 -5.8920 0.7 1.71/30.1
7 球面 80.0590 2.8369 1.58/69.3
8 球面 -6.5200 0.1
9 球面 90.4250 2.4739 1.61/67.8
10 球面 -10.3440 0.1
11 球面 25.3150 1.4570 1.62/65.7
12 球面 -89.4230 0.1
13 球面 9.4370 4.0045 1.63/62.8
14 球面 9.4200 2
15 球面 Infinity 0.8 1.52/64.2
16 球面 Infinity 3.5135
IMA 球面 Infinity -
如上所述的人脸识别光学镜头中，面序号中OBJ为物面，STO为孔径光阑所在表面，IMA为像面，15和16则为滤光片4的前后表面，Infinity表示曲率半径无穷大。该人脸识别光学镜头的镜头焦距f为12mm，视场角为36°，光学总长为29.95mm，像平面主光线入射角小于8°。并且，该光学镜头具备3.745mm以上的像高，从而可以适配1/2.5英寸的成像传感器，达到800万像素的分辨率，实现高清的人脸识别镜头。同时，可以达到F1.6的大光圈，镜头畸变在4％以下，保证图像的变形不为人眼所察觉。
调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)是用来评价一个光学系统成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对各种像差进行了较好地校正，成像较为清晰。MTF是体现成像系统解像力的重要指标和手段。此外，点列图也是在现代光学设计中最常用的评价方法之一。点列图是指由一点光源发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形。图2是上述实施例所述的人脸识别光学镜头解像力MTF曲线图，图3是本发明实施例提供的人脸识别光学镜头的解像力点列图，其中图2分别示出了上述人脸识别光学镜头在视场角分别为0，4°，8°，12°，16°和18°时成像位置处的MTF与空间频率的关系曲线，图3示出了点光源在上述人脸识别光学镜头视场角分别为0，4°，8°，12°，16°和18°位置处(对应的视场像高分别为0，0.837mm，1.574mm，2.507mm，3.335mm和3.745mm)的离散像分布，其中点光源包括波长为436.0nm，486.1nm，587.6nm，656.3nm和光线850.0nm的点光源。由图2可知，上述实施例所述的人脸识别光学镜头，其在160lp/mm处，成像中心的MTF值≥0.65，0～0.3倍视场角成像位置处的MTF值≥0.6，0.3～0.75倍视场角成像位置处的MTF值≥0.55，0.75～1.0倍视场角成像位置处的MTF值≥0.35，从而可以实现的高分辨的成像。而由图3可知，上述实施例所述的人脸识别光学镜头，分别在0，4°，8°，12°，16°和18°位置处的均方根半径值(RMS radius)分别为1.681mm，2.629mm，2.968mm，2.640mm，2.540mm和2.536mm，也即说明了该人脸识别光学镜头在全视场下具有较低的色差和像差，从而可以实现高分辨率的成像。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种人脸识别光学镜头，其特征在于，包括镜筒以及沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组、光阑和第二透镜组，所述第一透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第二透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述光阑位于第四透镜朝向所述第三透镜的表面；
所述第一透镜为正弯月形透镜，所述第二透镜为双凸形透镜，所述第三透镜为双凹形透镜，所述第四透镜为双凹形透镜，所述第五透镜为双凸形透镜，所述第六透镜为双凸形透镜，所述第七透镜为双凸形透镜，所述第八透镜为正弯月形透镜；
所述第一透镜组的焦距范围为69-78mm，所述第二透镜组的焦距范围为8-12mm。
2.根据权利要求1所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，所述人脸识别光学镜头的焦距为f；
所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：3＜|f1/f|＜4.5；
所述第二透镜的焦距为f2，所述第二透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.8＜|f2/f|＜2.3；
所述第三透镜的焦距为f3，所述第三透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.4＜|f3/f|＜2。
3.根据权利要求2所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，
所述第一透镜的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.82＜n1＜1.86，42＜v1＜45；
所述第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.59＜n2＜1.64，62＜v2＜69；
所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.44＜n3＜1.49，69＜v3＜75。
4.根据权利要求1所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，所述人脸识别光学镜头的焦距为f；
所述第四透镜的焦距为f4，所述第四透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.5＜|f4/f|＜1.8；
所述第五透镜的焦距为f5，所述第五透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：0.2＜|f5/f|＜1.1；
所述第六透镜的焦距为f6，所述第六透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：1.1＜|f6/f|＜2.3；
所述第七透镜的焦距为f7，所述第七透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：2.8＜|f7/f|＜3.6；
所述第八透镜的焦距为f8，所述第八透镜和所述人脸识别光学镜头的焦距满足关系式：8.2＜|f8/f|＜10.2。
5.根据权利要求4所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，
所述第四透镜的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.69＜n4＜1.73，28＜v4＜32；
所述第五透镜的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.56＜n5＜1.60，67＜v5＜71；
所述第六透镜的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.58＜n6＜1.63，65＜v6＜70；
所述第七透镜的折射率为n7，阿贝数为v7，其满足关系式：1.59＜n7＜1.64，62＜v7＜68；
所述第八透镜的折射率为n8，阿贝数为v8，其满足关系式：1.61＜n8＜1.65，60＜v8＜64。
6.根据权利要求1所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，
所述第二透镜和所述第三透镜组成密接的胶合组，所述第四透镜和所述第五透镜组成密接的胶合组。
7.根据权利要求1所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为0.08-0.15mm；所述第三透镜和光阑之间的空气间隔为5.2-5.6mm；所述第五透镜和第六透镜之间的空气间隔为0.1-0.15mm；所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔为0.05-0.12mm；所述第七透镜和第八透镜之间的空气间隔为0.09-0.13mm。
8.根据权利要求1所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜均为玻璃球面镜。
9.根据权利要求1所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，所述人脸识别光学镜头的像高≥3.745mm。
10.根据权利要求1所述的人脸识别光学镜头，其特征在于，所述人脸识别光学镜头还包括位于所述第二透镜组的像侧的滤光片。
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