CN110531496A - 一种用于虹膜识别的光学镜头 - Google Patents

一种用于虹膜识别的光学镜头 Download PDF

Info

Publication number
CN110531496A
CN110531496A CN201910835473.6A CN201910835473A CN110531496A CN 110531496 A CN110531496 A CN 110531496A CN 201910835473 A CN201910835473 A CN 201910835473A CN 110531496 A CN110531496 A CN 110531496A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
face
iris recognition
optical
followed successively
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910835473.6A
Other languages
English (en)
Inventor
于雪莲
郭冰梅
沈涛
王玉莹
林旭茂
宋良峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin University of Science and Technology filed Critical Harbin University of Science and Technology
Priority to CN201910835473.6A priority Critical patent/CN110531496A/zh
Publication of CN110531496A publication Critical patent/CN110531496A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G02B1/041—Lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/004—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having four lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/008—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras designed for infrared light
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/10—Image acquisition
    • G06V10/12—Details of acquisition arrangements; Constructional details thereof
    • G06V10/14—Optical characteristics of the device performing the acquisition or on the illumination arrangements
    • G06V10/147—Details of sensors, e.g. sensor lenses
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/18—Eye characteristics, e.g. of the iris
    • G06V40/19—Sensors therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于虹膜识别的光学镜头。该镜头自物方到像方依次为第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜及滤光片，第一透镜为正透镜，其第一面和第二面依次为凸面和凹面，第二透镜为负透镜，其第一面和第二面依次为凸面和凹面，第三透镜为正透镜，其第一面和第二面依次为凹面和凸面，第四透镜为负透镜，其第一面和第二面依次为凹面和凹面，四片透镜共八个面都采用非球面光学塑料。光阑位于第一透镜和第二透镜之间。该镜头具有总长短、畸变小、可变工作距离大、像质优异且性能稳定等优点，可用于手机、电脑等小型移动终端的虹膜识别系统中。

Description

一种用于虹膜识别的光学镜头
技术领域
本发明涉及一种光学镜头，尤其涉及一种用于虹膜识别的光学镜头，该镜头适用于手机、电脑等小型虹膜识别系统。
背景技术
生物识别技术因其普遍性、安全性与便捷性被广泛应用于手机移动终端安全防护上，例如指纹识别、人脸识别与虹膜识别等。虹膜具有唯一性、天然防伪性、终身不变性以及非接触性等诸多独特优势。1993年Daugman教授提出了一款虹膜识别系统，该系统展现出的超高安全性吸引了诸如剑桥大学、卡耐基梅隆大学以及中国科学院自动化研究所等多所国内外研究机构的关注。世界各国政府和国防部将虹膜识别技术应用于国家安全部门、军队门禁、银行、监狱安全管理监测等众多领域，均取得了良好的应用效果。
虹膜图像的采集需要一款专门的虹膜识别镜头，目前虹膜识别镜头普遍存在诸多的问题：体积大，不适用于小型设备；可变工作距离小，虹膜采集过程灵活性差；图像传递质量差等。
本发明提供一种用于虹膜识别的光学镜头，可以有效地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种用于虹膜识别的小畸变近红外光学镜头。
本发明提供一种用于虹膜识别的光学镜头，具有体积小、质量轻、可变工作距离大、畸变小等优点，适用于小型虹膜识别图像采集系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于虹膜识别的光学镜头，包括:
第一透镜为正透镜，其第一面和第二面依次为凸面和凹面；
第二透镜为负透镜，其第一面和第二面依次为凸面和凹面；
第三透镜为正透镜，其第一面和第二面依次为凹面和凸面；
第四透镜为负透镜，其第一面和第二面依次为凹面和凹面；
四片透镜的八个面均为非球面；
光阑位于第一透镜与第二透镜之间。
并且，其结构满足如下关系式：
0＜TL/f＜1.05，其中，TL为所述镜头的光学总长，f为所述镜头的有效焦距。
进一步的，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜选用的材料为E48R光学塑料，所述第二透镜选用的材料为EP5000光学塑料。
又进一步的，所述第一透镜的中心厚度d1、第二透镜的中心厚度d2、第三透镜的中心厚度d3、第四透镜的中心厚度d4和所述镜头的光学总长TL满足关系式(d1+d2+d3+d4)/TL＜0.4。
优选的，所述镜头的畸变D较小，满足：D＜1％。
优选的，所述镜头的后工作距离Tb满足Tb＞0.69。
优选的，所述镜头可以采用的光源的波长范围为832～872nm。
进一步的，所述各非球面透镜的面型尺寸均满足以下公式：
其中，Z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示该透镜曲面顶点的曲率，h表示以该透镜长度单位为单位的径向坐标，K表示圆锥系数，B、C、D、E、F分别表示四、六、八、十、十二阶曲面系数。
又进一步的，所述孔径光阑在第一透镜的第二曲面与第二透镜的第一曲面之间。与现技术相比，本发明的优点及有益效果是：本发明的镜头，总长仅为4.1mm，满足小型采集设备的需求；可变工作距离可达130mm，比现有虹膜采集镜头的采集过程更加灵活；畸变小于1％，可以使采集到的图像更接近虹膜实际的纹理特征。另外，四片透镜均采用非球面的光学塑料材质，镜片成本低，镜头质量轻，并且各镜片表面易于加工和成型；公差良好，良品率在90％以上，能够满足工业化量产的要求。
结合附图阅读本发明实施例的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提出的用于虹膜识别的近红外光学镜头的一种实施例的剖面图；
图2为本发明所提出的用于虹膜识别的近红外光学镜头的不同工作距离下1/2奈奎斯特频率处的调制传递函数曲线图；
图3为本发明所提出的用于虹膜识别的近红外光学镜头的1/4奈奎斯特频率处的调制传递函数曲线图；
图4为本发明所提出的用于虹膜识别的近红外光学镜头的光学场曲和畸变图；
图5为本发明所提出的用于虹膜识别的近红外光学镜头的点列图；
图6为本发明所提出的用于虹膜识别的近红外光学镜头的相对照度曲线图；
图7为本发明所提出的用于虹膜识别的近红外光学镜头的蒙特卡洛分析图。
图1中：
1.第一透镜、STOP.光阑、2.第二透镜、3.第三透镜、4.第四透镜、IR-cut.滤光片、5.像面。
具体实施例
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例的用于虹膜识别的近红外光学镜头，沿光线入射方向从前到后依次包括:
第一透镜1，为正透镜，其第一面和第二面依次为凸面和凹面；
光阑STOP，位于第一透镜1的第二曲面和第二透镜2的第一曲面之间；
第二透镜2，为负透镜，其第一面和第二面依次为凸面和凹面；
第三透镜3，为正透镜，其第一面和第二面依次为凹面和凸面；
第四透镜4，为负透镜，其第一面和第二面依次为凹面和凹面；
滤光片IR-cut，位于第四透镜4与像面5之间；
并且，其结构满足如下关系式：0＜TL/f＜1.05，其中，TL为所述镜头的光学总长，f为所述镜头的有效焦距。
本实施例优选的镜头材料为光学塑料，因为其具有流动性好、低双折射率、外形易保持、易加工等优点。第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4选用的材料为E48R光学塑料，第二透镜2选用的材料为EP5000光学塑料。
第一透镜1的中心厚度d1、第二透镜2的中心厚度d2、第三透镜3的中心厚度d3、第四透镜4的中心厚度d4和镜头的光学总长TL满足关系式(d1+d2+d3+d4)/TL＜0.4。
系统的后工作距离Tb满足Tb＞0.69，足够大的后工作距离可以为传感器的安装留出余量。
使用700～900nm波段的近红外光束照射人眼，可以增加瞳孔与虹膜之间的对比度，更加准确的记录虹膜复杂的纹理结构，并且近红外光对人眼的刺激较小，基本不会引起瞳孔的收缩与扩张。本实施例优选的光源波长范围为832～872nm，其中更优选的主波长为852nm。第四透镜4的第二面与像面5之间设置滤光片IR-cut，起到滤除可见光透过近红外光作用。
本实施例优选的各非球面透镜的面型尺寸均满足以下公式：
其中，Z表示曲面定点沿光轴方向的距离，c表示曲面定点处的曲率，h表示光轴到曲面的距离，K表示圆锥系数，B、C、D、E、F分别表示四、六、八、十、十二阶曲面系数。
本实施例中，用于虹膜识别的近红外光学镜头的结构参数满足表1的条件，非球面的系数满足表2的条件：
表1镜头的结构参数表
表2非球面的系数表
表面编号 B C D E F
1 -0.005960 -0.007779 0.026038 -0.008704 -0.009323
2 -0.048162 -0.065490 0.025263 0.034327 0.027331
4 -0.105727 -0.118039 -0.085275 0.075740 0.080305
5 0.085499 0.047853 0.066631 -0.086852 -0.086636
6 0.154765 0.263151 -0.070704 -0.483721 -0.476425
7 0.051778 0.164620 0.073778 -0.238983 -0.265160
8 -0.186025 0.116684 -0.020847 -0.004925 -0.017019
9 -0.138751 0.040298 -0.014215 -0.000281 -0.000430
图2为本发明实施例所述镜头在1/2奈奎斯特频率处不同工作距离下的调制传递函数(MTF)曲线图，其中，S代表弧矢方向，T代表子午方向。从图中可以看出当工作距离的范围为200～330mm时，1/2奈奎斯恩频率处的MTF均在0.25以上，而当工作距离为275mm时，子午方向的MTF相同，像散最小，成像效果达到最佳。
图3为本发明实施例所述镜头的1/4奈奎斯特频率处的调制传递函数(MTF)图，在最佳工作距离275mm处，其1/4奈奎斯特频率处的MTF达到0.69以上，且曲线平滑紧凑，系统的综合性能甚佳，可以清晰的拍摄到虹膜纹理。
图4为本发明实施例所述镜头的场曲畸变图，其中，图4左侧显示本实施例的场曲曲线图(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0.05mm，图4右侧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1％范围内，基本不会引起像的形变。
图5为本发明实施例所述镜头的点列图，本发明实施例所述镜头系统的光斑尺寸均在艾里斑衍射极限(5.513mm)内，说明像差已经控制在了很小的范围内。
图6为本发明实施例所述镜头的相对照度曲线图，在本实施例中优选的全视场角为42度，光圈F值为2.4，从图中可以看出，在全视场范围内，相对照度均大于83％，使得拍摄图像的整体亮度均匀，无暗角，一致性好。
从图2至图6显示的光学性能曲线图可以看出，本发明实施例所述镜头具有较高的成像质量。优选的，本发明实施例所述镜头的可变工作距离达到了130mm，对于小型虹膜识别系统来说，其灵活性高，具有很好的用户体验；更优选的，总长为4.1mm，小于目前市场上普通手机前摄镜头的总长，可以安装在各类小型设备上。
图7为本发明实施例所述镜头的蒙特卡洛分析图，该虹膜镜头在1/4奈奎斯特频率处90％以上的MTF模拟结果达到了0.623181以上，因此本产品对公差扰动不敏感，可以进行批量加工。
所述实施例为本发明的优选实施例，但本发明并不限于上述实施例，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的任何显而易见的变化、改型、添加或替换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于虹膜识别的光学镜头，其特征在于，包括:
第一透镜为正透镜，其第一面和第二面依次为凸面和凹面；
第二透镜为负透镜，其第一面和第二面依次为凸面和凹面；
第三透镜为正透镜，其第一面和第二面依次为凹面和凸面；
第四透镜为负透镜，其第一面和第二面依次为凹面和凹面；
四片透镜的八个面均为非球面；
光阑位于第一透镜与第二透镜之间；
并且，其结构满足如下关系式：
0＜TL/f＜1.05，其中，TL为所述镜头的光学总长，f为所述镜头的有效焦距。
2.根据权利要求1所述的一种用于虹膜识别的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜选用的材料为E48R光学塑料，所述第二透镜选用的材料为EP5000光学塑料。
3.根据权利要求1所述的一种用于虹膜识别的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度d1、第二透镜的中心厚度d2、第三透镜的中心厚度d3、第四透镜的中心厚度d4和所述镜头的光学总长TL满足关系式(d1+d2+d3+d4)/TL＜0.4。
4.根据权利要求1所述的一种用于虹膜识别的光学镜头，其特征在于，所述镜头的畸变D较小，满足：D＜1％。
5.根据权利要求1所述的一种用于虹膜识别的光学镜头，其特征在于，所述镜头的后工作距离Tb满足Tb＞0.69。
6.根据权利要求1所述的一种用于虹膜识别的光学镜头，其特征在于，所述镜头可以采用的光源的波长范围为832～872nm。
7.根据权利要求1所述的一种用于虹膜识别的光学镜头，其特征在于，所述各非球面透镜的面型尺寸均满足以下公式：
其中，Z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示该透镜曲面顶点的曲率，h表示以该透镜长度单位为单位的径向坐标，K表示圆锥系数，B、C、D、E、F分别表示四、六、八、十、十二阶曲面系数。
8.根据权利要求1所述的一种用于虹膜识别的光学镜头，其特征在于，所述孔径光阑在第一透镜的第二曲面与第二透镜的第一曲面之间。
CN201910835473.6A 2019-09-05 2019-09-05 一种用于虹膜识别的光学镜头 Pending CN110531496A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910835473.6A CN110531496A (zh) 2019-09-05 2019-09-05 一种用于虹膜识别的光学镜头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910835473.6A CN110531496A (zh) 2019-09-05 2019-09-05 一种用于虹膜识别的光学镜头

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110531496A true CN110531496A (zh) 2019-12-03

Family

ID=68667257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910835473.6A Pending CN110531496A (zh) 2019-09-05 2019-09-05 一种用于虹膜识别的光学镜头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110531496A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113031210A (zh) * 2019-12-25 2021-06-25 新巨科技股份有限公司 四片式光学成像镜片组

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533148A (zh) * 2008-12-26 2009-09-16 凤凰光学(上海)有限公司 一种高像素手机镜头光学成像系统
KR20120010514A (ko) * 2010-07-26 2012-02-03 삼성테크윈 주식회사 결상렌즈 시스템
CN105137571A (zh) * 2015-08-12 2015-12-09 北京天诚盛业科技有限公司 成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜识别装置
CN106802477A (zh) * 2017-04-12 2017-06-06 浙江舜宇光学有限公司 摄像镜头光学成像系统
CN106970453A (zh) * 2016-01-14 2017-07-21 新巨科技股份有限公司 四片式红外单波长镜片组
CN109116514A (zh) * 2018-09-04 2019-01-01 辽宁中蓝电子科技有限公司 大视场角度的虹膜识别镜头
CN208506351U (zh) * 2018-07-23 2019-02-15 辽宁中蓝电子科技有限公司 四片式成像透镜组

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533148A (zh) * 2008-12-26 2009-09-16 凤凰光学(上海)有限公司 一种高像素手机镜头光学成像系统
KR20120010514A (ko) * 2010-07-26 2012-02-03 삼성테크윈 주식회사 결상렌즈 시스템
CN105137571A (zh) * 2015-08-12 2015-12-09 北京天诚盛业科技有限公司 成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜识别装置
CN106970453A (zh) * 2016-01-14 2017-07-21 新巨科技股份有限公司 四片式红外单波长镜片组
CN106802477A (zh) * 2017-04-12 2017-06-06 浙江舜宇光学有限公司 摄像镜头光学成像系统
CN208506351U (zh) * 2018-07-23 2019-02-15 辽宁中蓝电子科技有限公司 四片式成像透镜组
CN109116514A (zh) * 2018-09-04 2019-01-01 辽宁中蓝电子科技有限公司 大视场角度的虹膜识别镜头

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113031210A (zh) * 2019-12-25 2021-06-25 新巨科技股份有限公司 四片式光学成像镜片组

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202393963U (zh) 光学影像撷取镜片组
CN202362524U (zh) 拾像光学镜头
TWI533020B (zh) 薄型光學系統、取像裝置及電子裝置
CN202854391U (zh) 影像系统镜组
CN202837661U (zh) 取像光学系统镜组
CN202502289U (zh) 光学影像撷取系统
CN103185955B (zh) 影像撷取镜片系统
CN103852865B (zh) 拾像系统镜头组
CN102466865B (zh) 光学成像镜头组
CN103676098B (zh) 光学影像撷取系统镜组
CN105807402B (zh) 一种近红外光学镜头组
CN105137571B (zh) 成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜识别装置
CN103869451A (zh) 广视角摄像镜组
CN202486402U (zh) 成像用光学透镜组
CN105137568A (zh) 虹膜/人脸用两档变焦成像镜头、成像模组和识别装置
CN205809392U (zh) 一种近红外光学镜头组
CN110187480B (zh) 成像透镜系统
CN105445900A (zh) 成像镜头、虹膜成像模组以及虹膜识别装置
CN110531496A (zh) 一种用于虹膜识别的光学镜头
CN109116514A (zh) 大视场角度的虹膜识别镜头
CN105301743B (zh) 光学系统
CN208795915U (zh) 大视场角度的虹膜识别镜头
CN105137572B (zh) 成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜识别装置
CN202748524U (zh) 取像系统镜组
CN105445903B (zh) 成像镜头、虹膜成像模组以及虹膜识别装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191203

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication