CN204964859U - 一种长焦距虹膜识别物镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种长焦距虹膜识别物镜，包括依次共轴间隔设置的前组、后组和成像组。前组包括从物方到像方依次间隔设置的第一凸透镜、第一双胶合透镜和第一凹透镜，第一双胶合透镜由第一子凹透镜和第一子凸透镜组成；后组包括从物方到像方依次间隔设置的第二凸透镜、第二凹透镜和第二双胶合透镜，第二双胶合透镜由第二子凸透镜和第二子凹透镜组成；成像组包括CMOS芯片。本实用新型的长焦距虹膜识别物镜，弥补了现有虹膜识别物镜的工作距离不足的弊端，提升了虹膜识别光学系统的工作距离，成像质量优良，其像质远远超过大视场CMOS的需求，分辨率高，结构简单，易于加工，整体成本不高，适合大面积推广使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种长焦距虹膜识别物镜。
背景技术
一般的虹膜识别产品所使用的虹膜识别物镜，其工作距离只有15-30cm，只能实现近距离的虹膜识别。而虹膜的特殊性，对普通的可见光是吸收的，而对850nm左右的红外光束有反射的作用，所以根据此特殊性，虹膜识别的相机需要对近红外光谱进行特殊的像差矫正从而才能采集到高清晰的虹膜图像。而市面上一般的红外物镜的分辨率较低，红外物镜较多用于热成像，热成像系统对应的光谱要求高且对应Sensor的感光Pixel尺寸约为20um左右，这类红外物镜对我们应用来说是不实用的。而普通的成像物镜，其光谱为400-700nm，在红外波段没有特殊矫正。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种长焦距虹膜识别物镜。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种长焦距虹膜识别物镜，其光路结构中从物方到像方包括依次共轴间隔设置的前组、后组和成像组。所述前组包括从物方到像方依次间隔设置的第一凸透镜、第一双胶合透镜和第一凹透镜，所述第一双胶合透镜由第一子凹透镜和第一子凸透镜组成，所述第一子凹透镜设置在所述第一凸透镜和第一凹透镜之间靠近所述第一凸透镜一侧，所述第一子凸透镜设置在所述第一凸透镜和第一凹透镜之间靠近所述第一凹透镜一侧；所述后组包括从物方到像方依次间隔设置的第二凸透镜、第二凹透镜和第二双胶合透镜，所述第二双胶合透镜由第二子凸透镜和第二子凹透镜组成，且所述第二子凸透镜靠近所述第二凹透镜设置，所述第二子凹透镜靠近所述成像组设置；所述成像组包括用于成像的CMOS芯片。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：
进一步：所述第一凸透镜为双凸透镜，所述第一子凹透镜为平凹透镜，所述第一子凸透镜为平凸透镜，所述第一凹透镜为平凹透镜，且第一子凹透镜的凹面与所述第一子凸透镜的凸面密封连接，所述第一子凹透镜的平面一侧朝向所述第一凸透镜设置，所述第一子凸透镜的平面一侧朝向所述第一凹透镜的凹面设置。
进一步：所述第二凸透镜为双凸透镜，所述第二凹透镜为平凹透镜，所述第二子凸透镜为平凸透镜，所述第二子凹透镜为平凹透镜，且所述第二子凸透镜的平面与所述第二子凹透镜的平面密封连接，所述第二凹透镜的凹面一侧朝向所述第二凸透镜设置，所述第二子凸透镜的凸面一侧朝向所述第二凹透镜的平面一侧设置，所述第二子凹透镜的凹面一侧朝向所述CMOS芯片7设置。
进一步：所述第一凸透镜的焦距介于120mm与170mm之间，所述第一子凹透镜的焦距介于-60mm至-80mm之间，所述第一子凸透镜的焦距介于70mm与100mm之间，所述第一凹透镜的焦距介于-190mm-与-210mm之间，所述第二凸透镜的焦距介于70mm与90mm之间，所述第二凹透镜的焦距介于-140mm与-170mm之间，所述第二子凸透镜的焦距介于60mm与80mm之间，所述第二子凹透镜的焦距介于-30mm-与-50mm之间。
进一步：所述第一凸透镜的折射率介于1.4与1.6之间，所述第一子凹透镜的折射率介于1.6与1.8之间，所述第一子凸透镜的折射率介于1.5与1.7之间，所述第一凹透镜的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二凸透镜的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二凹透镜的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二子凸透镜的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二子凹透镜的折射率介于1.5与1.7之间。
进一步：所述第一凸透镜和所述第一双胶合透镜之间的距离d1介于2mm-5mm之间，所述第一双胶合透镜和所述第一凹透镜之间的距离d2介于5mm-15mm之间，所述第一凹透镜和所述第二凸透镜之间的距离d3介于50mm-70mm之间，所述第二凸透镜和第二凹透镜之间的距离d4介于2mm-10mm之间，所述第二凹透镜和所述第二双胶合透镜之间的距离d5介于1mm-5mm之间，所述第二双胶合透镜和所述CMOS芯片之间的距离d6介于70mm-100mm之间。
进一步：所述物镜全视场在空间频率为150lp/mm时的MTF值大于0.3。
进一步：所述CMOS芯片的尺寸为1.21英寸，其像元尺寸为6微米，分辨率为4096×3072。
进一步：所述物镜的视场角为8度，焦距为189mm，场曲小于0.7mm，畸变小于1％，最大工作距离为3米。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜，弥补了现有虹膜识别物镜的工作距离不足的弊端，有效地提升了虹膜识别光学系统的工作距离，成像质量优良，其像质远远超过大视场CMOS的需求，分辨率高，克服了红外相机分辨率差的弊端，结构简单，易于加工，整体成本不高，适合大面积推广使用。
附图说明
图1为本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜结构示意图；
图2为本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜的MTF图；
图3为本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜的点列图；
图4为本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜的场曲畸变图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、第一凸透镜，2、第一双胶合透镜，3、第一凹透镜，4、第二凸透镜，5、第二凹透镜，6、第二双胶合透镜；
21、第一子凹透镜，22、第一子凸透镜，61、第二子凸透镜，62、第二子凹透镜。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种长焦距虹膜识别物镜结构示意图，其光路结构中从物方到像方包括依次共轴间隔设置的前组、后组和成像组。
其中，所述前组包括从物方到像方依次间隔设置的第一凸透镜1、第一双胶合透镜2和第一凹透镜3，所述第一双胶合透镜2由第一子凹透镜21和第一子凸透镜22组成，所述第一子凹透镜21设置在所述第一凸透镜1和第一凹透镜3之间靠近所述第一凸透镜1一侧，所述第一子凸透镜22设置在所述第一凸透镜1和第一凹透镜3之间靠近所述第一凹透镜3一侧；所述后组包括从物方到像方依次间隔设置的第二凸透镜4、第二凹透镜5和第二双胶合透镜6，所述第二双胶合透镜6由第二子凸透镜61和第二子凹透镜62组成，且所述第二子凸透镜61靠近所述第二凹透镜5设置，所述第二子凹透镜62靠近所述成像组设置；所述成像组包括用于成像的CMOS芯片7。
本实施例中，所述所第一凸透镜1为双凸透镜，所述第一子凹透镜21为平凹透镜，所述第一子凸透镜22为平凸透镜，所述第一凹透镜3为平凹透镜，且第一子凹透镜21的凹面与所述第一子凸透镜22的凸面密封连接，所述第一子凹透镜21的平面一侧朝向所述第一凸透镜1设置，所述第一子凸透镜22的平面一侧朝向所述第一凹透镜3的凹面设置。
本实施例中，所述第二凸透镜4为双凸透镜，所述第二凹透镜5为平凹透镜，所述第二子凸透镜61为平凸透镜，所述第二子凹透镜62为平凹透镜，且所述第二子凸透镜61的平面与所述第二子凹透镜62的平面密封连接，所述第二凹透镜5的凹面一侧朝向所述第二凸透镜4设置，所述第二子凸透镜61的凸面一侧朝向所述第二凹透镜5的平面一侧设置，所述第二子凹透镜62的凹面一侧朝向所述CMOS芯片7设置。
优选地，所述第一凸透镜1的焦距介于120mm与170mm之间，所述第一子凹透镜21的焦距介于-60mm至-80mm之间，所述第一子凸透镜22的焦距介于70mm与100mm之间，所述第一凹透镜3的焦距介于-190mm-与-210mm之间，所述第二凸透镜4的焦距介于70mm与90mm之间，所述第二凹透镜5的焦距介于-140mm与-170mm之间，所述第二子凸透镜61的焦距介于60mm与80mm之间，所述第二子凹透镜62的焦距介于-30mm-与-50mm之间。
优选地，所述第一凸透镜1的折射率介于1.4与1.6之间，所述第一子凹透镜21的折射率介于1.6与1.8之间，所述第一子凸透镜22的折射率介于1.5与1.7之间，所述第一凹透镜3的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二凸透镜4的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二凹透镜5的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二子凸透镜61的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二子凹透镜62的折射率介于1.5与1.7之间。
优选地，所述第一凸透镜1和所述第一双胶合透镜2之间的距离d1介于2mm-5mm之间，所述第一双胶合透镜2和所述第一凹透镜3之间的距离d2介于5mm-15mm之间，所述第一凹透镜3和所述第二凸透镜4之间的距离d3介于50mm-70mm之间，所述第二凸透镜4和第二凹透镜5之间的距离d4介于2mm-10mm之间，所述第二凹透镜5和所述第二双胶合透镜6之间的距离d5介于1mm-5mm之间，所述第二双胶合透镜6和所述CMOS芯片7之间的距离d6介于70mm-100mm之间。
如图2所示，本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜的MTF图，从图我们可以看到整个镜头的所有视场的成像质量一致，MTF曲线呈紧凑的一束达到衍射极限，当空间频率很低时，MTF趋于1，这时的MTF值可以反映镜头的反差，MTF值越接近1，说明镜头的性能越优异；当空间频率提高，也就是正弦光栅的密度提高时，MTF值逐渐下降，这时的MTF曲线可以反映镜头的分辨率。从图中我们可以看出，在15lp/mm下MTF值能够达到0.93，在60p/mm下MTF值能够达到0.70，在105p/mm下MTF值能够达到0.50，说明整个镜头在低频段反差良好，且随着空间频率的提高，它的衰减过程很慢，说明其分辨率性能优异。另外，在150lp/mm下MTF值仍然大于0.3，进一步表明其分辨率性能在空间频率较高时任然能够保持较高水准。
本实施例中，所述CMOS芯片7的尺寸为1.21英寸，像元尺寸为6微米，分辨率为4096×3072。采用较小的像元尺寸和较高分辨率的CMOS芯片，可以使得整个镜头的成像质量较高。
如图3所示，本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜的点列图，从图可以看到整个镜头在各个视场下的弥散斑都较小，均小于CMOS芯片的像元大小。说明该成像物镜的成像质量优良。由于每个物点的像就是一个弥散斑，两个弥散斑靠近后就不好区分，这样就限制了系统的分辨率，这个斑越大，分辨率越低。本实用新型中，所述弥散斑都较小，并且小于CMOS芯片的像元大小，可以确保整个整个物像的分辨率较高。
如图4所示，本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜的场曲畸变图，从图中可以看出场曲小于0.7mm，畸变小于1％，表明物像的像点与理论上像点的位置误差非常小，物像的变形和失真也非常微小，进一步表明物像的成像质量非常高。
本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜所述物镜的视场角为8度，焦距为189mm，最大工作距离为3米，我们选用的光谱波段为0.7μm-0.9μm，在此波段区间内的光束经过虹膜区域时将虹膜图案清晰地成像至CMOS芯片上，通过CMOS芯片转换，即可得到完整清晰的物像。
本实用新型的一种长焦距虹膜识别物镜，弥补了现有虹膜识别物镜的工作距离不足的弊端，有效地提升了虹膜识别光学系统的工作距离，成像质量优良，其像质远远超过大视场CMOS的需求，分辨率高，克服了红外相机分辨率差的弊端，结构简单，易于加工，整体成本不高，适合大面积推广使用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：其光路结构中从物方到像方包括依次共轴间隔设置的前组、后组和成像组；
所述前组包括从物方到像方依次间隔设置的第一凸透镜(1)、第一双胶合透镜(2)和第一凹透镜(3)，所述第一双胶合透镜(2)由第一子凹透镜(21)和第一子凸透镜(22)组成，所述第一子凹透镜(21)设置在所述第一凸透镜(1)和第一凹透镜(3)之间靠近所述第一凸透镜(1)一侧，所述第一子凸透镜(22)设置在所述第一凸透镜(1)和第一凹透镜(3)之间靠近所述第一凹透镜(3)一侧；
所述后组包括从物方到像方依次间隔设置的第二凸透镜(4)、第二凹透镜(5)和第二双胶合透镜(6)，所述第二双胶合透镜(6)由第二子凸透镜(61)和第二子凹透镜(62)组成，且所述第二子凸透镜(61)靠近所述第二凹透镜(5)设置，所述第二子凹透镜(62)靠近所述成像组设置；
所述成像组包括用于成像的CMOS芯片(7)。
2.根据权利要求1所述一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：所述第一凸透镜(1)为双凸透镜，所述第一子凹透镜(21)为平凹透镜，所述第一子凸透镜(22)为平凸透镜，所述第一凹透镜(3)为平凹透镜，且第一子凹透镜(21)的凹面与所述第一子凸透镜(22)的凸面密封连接，所述第一子凹透镜(21)的平面一侧朝向所述第一凸透镜(1)设置，所述第一子凸透镜(22)的平面一侧朝向所述第一凹透镜(3)的凹面设置。
3.根据权利要求1所述一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：所述第二凸透镜(4)为双凸透镜，所述第二凹透镜(5)为平凹透镜，所述第二子凸透镜(61)为平凸透镜，所述第二子凹透镜(62)为平凹透镜，且所述第二子凸透镜(61)的平面与所述第二子凹透镜(62)的平面密封连接，所述第二凹透镜(5)的凹面一侧朝向所述第二凸透镜(4)设置，所述第二子凸透镜(61)的凸面一侧朝向所述第二凹透镜(5)的平面一侧设置，所述第二子凹透镜(62)的凹面一侧朝向所述CMOS芯片(7)设置。
4.根据权利要求1所述一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：所述第一凸透镜(1)的焦距介于120mm与170mm之间，所述第一子凹透镜(21)的焦距介于-60mm至-80mm之间，所述第一子凸透镜(22)的焦距介于70mm与100mm之间，所述第一凹透镜(3)的焦距介于-190mm-与-210mm之间，所述第二凸透镜(4)的焦距介于70mm与90mm之间，所述第二凹透镜(5)的焦距介于-140mm与-170mm之间，所述第二子凸透镜(61)的焦距介于60mm与80mm之间，所述第二子凹透镜(62)的焦距介于-30mm-与-50mm之间。
5.根据权利要求1所述一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：所述第一凸透镜(1)的折射率介于1.4与1.6之间，所述第一子凹透镜(21)的折射率介于1.6与1.8之间，所述第一子凸透镜(22)的折射率介于1.5与1.7之间，所述第一凹透镜(3)的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二凸透镜(4)的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二凹透镜(5)的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二子凸透镜(61)的折射率介于1.5与1.7之间，所述第二子凹透镜(62)的折射率介于1.5与1.7之间。
6.根据权利要求1所述一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：所述第一凸透镜(1)和所述第一双胶合透镜(2)之间的距离d1介于2mm-5mm之间，所述第一双胶合透镜(2)和所述第一凹透镜(3)之间的距离d2介于5mm-15mm之间，所述第一凹透镜(3)和所述第二凸透镜(4)之间的距离d3介于50mm-70mm之间，所述第二凸透镜(4)和第二凹透镜(5)之间的距离d4介于2mm-10mm之间，所述第二凹透镜(5)和所述第二双胶合透镜(6)之间的距离d5介于1mm-5mm之间，所述第二双胶合透镜(6)和所述CMOS芯片(7)之间的距离d6介于70mm-100mm之间。
7.根据权利要求1所述一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：所述物镜全视场在空间频率为150lp/mm时的MTF值大于0.3。
8.根据权利要求1所述一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：所述CMOS芯片(7)的尺寸为1.21英寸，像元尺寸为6微米，分辨率为4096×3072。
9.根据权利要求1至8任一项所述一种长焦距虹膜识别物镜，其特征在于：所述物镜的视场角为8度，焦距为189mm，场曲小于0.7mm，畸变小于1％，最大工作距离为3米。
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