CN208314307U - 光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学系统，所述光学系统沿着光轴由物方到像方顺序地包括：第一透镜，具有正光焦度；第二透镜，具有负光焦度；第三透镜，具有正光焦度；其中，第二透镜和第三透镜胶合固定为一体。本实用新型提供的光学系统，具有850nm的中心波长、10°的视角，所述光学系统在600mm～900mm范围内都可清晰成像，且所述光学系统结构简单、镜片数量少，大大降低了加工成本，而且景深大，分辨率较高，可以有效提高成像质量。

Description

光学系统

技术领域

本实用新型属于光学成像技术领域，具体地讲，涉及一种光学系统。

背景技术

虹膜是位于人眼表面黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状薄膜，在红外光下会呈现出丰富的视觉特征，如斑点、条纹、细丝、冠状、隐窝等。虹膜的形成主要是由胚胎发育环境的随机因素所决定，虹膜纹理中随机分布的细节特征决定了虹膜独一无二的纹理结构，虹膜上面的细节特征自由度是几百个的数量级，因此可以唯一标识个体身份。而且虹膜纹理出现八个月后稳定成形，且终身不变。另外，虹膜图像的采集采用非接触采集，且可以通过远距离获取。而且虹膜大部分需在红外线下进行识别，因为虹膜在黑色的瞳孔和白色的瞳孔之间，大部分中国人的虹膜色素在红外线下才能显示细节特征。由于虹膜所具有的上述特性，与指纹等其他几种生物特征相比，基于虹膜特征的生物识别技术具有很大的优势。

但是，虹膜图像获取是一个具有挑战性的问题。虹膜物理尺寸小(一般是10mm左右)，为了保证虹膜识别所需要的图像分辨率(150分辨率以上)和用来增强虹膜纹理对比度的近红外光源(一般是850nm)的通过量，需要光学系统的通光孔径较大。而通光孔径与光圈成反比，孔径增大会引起光圈减小，从而造成成像系统景深较小。而景深小容易导致图像离焦模糊、图像质量降低、影响分辨率，从而影响识别速度。所以市场上大部分的虹膜识别产品里面的光学系统是采用的短焦距和低像素，并限制了用户的使用距离和姿势。这种方式体验感差，大大限制了虹膜的应用发展。

远距离虹膜采集可以有效地降低用户的配合度，可以增加虹膜识别设备的易用性。专利CN102855471B公开的一种微透镜阵列加传感器阵列结构的成像系统，虽然可用于远距离虹膜成像，但该系统光学镜头较多，结构复杂，加工成本高，不利于大范围推广。

实用新型内容

为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种结构简单，可远距离进行虹膜采集的光学系统。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

本实用新型提供了一种光学系统，所述光学系统沿着光轴由物方到像方顺序地包括：

一种光学系统，其特征在于，所述光学系统沿着光轴由物方到像方顺序地包括：

第一透镜，具有正光焦度；

第二透镜，具有负光焦度；

第三透镜，具有正光焦度。

进一步地，所述第二透镜与所述第三透镜彼此胶合在一起。

进一步地，所述第一透镜的物方表面为凸形，并且所述第一透镜的像方表面为凸形，所述第一透镜的物方表面的曲率半径小于所述第一透镜的像方表面的曲率半径。

进一步地，所述第二透镜的物方表面为凹形，并且所述第二透镜的像方表面为凹形，所述第二透镜的物方表面的曲率半径小于所述第二透镜的像方表面的曲率半径。

进一步地，所述第三透镜的物方表面为凸形，并且所述第三透镜的像方表面为凸形，所述第三透镜的物方表面的曲率半径大于所述第三透镜的像方表面的曲率半径。

进一步地，所述光学系统还包括红外窄带滤光片，所述红外窄带滤光片设置于所述第一透镜的靠近物方的一侧。

进一步地，所述光学系统还包括设置在所述第一透镜和所述第二透镜之间的光阑。

进一步地，所述第一透镜的物方表面和像方表面设置有红外增透膜和/或所述第二透镜的物方表面、所述第三透镜的像方表面设置有红外增透膜。

进一步地，所述光学系统的F数为8。

进一步地，所述光学系统的成像距离为600mm～900mm。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的光学系统，具有850nm的中心波长、10°的视角，所述光学系统在600mm～900mm范围内都可清晰成像，且所述光学系统结构简单、镜片数量少，大大降低了加工成本，而且景深大，分辨率较高，可以有效提高成像质量。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本实用新型的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本实用新型的光学系统的结构示意图；

图2示出了图1中的光学系统的点列图；

图3示出了图1中的光学系统的光学传递函数的曲线图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本实用新型的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本实用新型，并且本实用新型不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本实用新型的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本实用新型的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。

在下面的透镜结构图中，为了便于解释，透镜的厚度、尺寸和形状已经被略微地夸大。

具体地讲，所述透镜结构图中示出的球面或非球面的形状仅仅是以示例的方式示出。也就是说，球面或非球面不局限于示出的形状。

此外，应当注意到是，第一透镜指的是最靠近物方的透镜，第三透镜指的是最靠近成像平面的透镜。

进一步地，应当注意的是，术语“前方”指的是从光学系统朝向物方的方向，而术语“后方”指的是从光学系统朝向成像平面50的方向。

根据本实用新型的实施例的光学系统沿光轴从物方到像方顺序地包括三个透镜。也就是说，根据本实用新型的实施例的光学系统可包括第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30。

优选地，为了便于组装，第二透镜20与第三透镜30彼此胶合在一起。

然而，根据本实用新型的实施例的光学系统不局限于仅包括三个透镜，如果需要还可以进一步包括其它组件。例如，所述光学系统可包括用于滤光的红外窄带滤光片(图未示)。此外，所述光学系统可进一步包括提高红外光通过率的红外增透膜(图未示)。进一步地，所述光学系统可进一步包括用于控制光量的光阑40。

此外，包括第一透镜10至第三透镜30的光学系统可从物方起顺序地具有正光焦度/负光焦度/正光焦度。

接下来，将对构造根据本公开的实施例的光学系统的第一透镜10至第三透镜30进行描述。

第一透镜10可具有正光焦度。此外，第一透镜10的物方表面可为朝向物方的凸形，且其像方表面可为朝向像平面的凸形。

第一透镜10的物方表面和像方表面中的至少一个可以是球面。例如，第一透镜10的两个表面可以是球面。

第二透镜20可具有负光焦度。此外，第二透镜20的物方表面可为朝向物方的凹形，且其像方表面可为朝向像平面的凹形。

第二透镜20的物方表面和像方表面中的至少一个可以是球面。例如，第二透镜20的两个表面可以是球面。

第三透镜30可具有正光焦度。此外，第三透镜30的物方表面可为朝向物方的凸形，且其像方表面可为朝向像平面的凸形。

第三透镜30的物方表面和像方表面中的至少一个可以是球面。例如，第三透镜30的两个表面可以是球面。

在如上所述构造的光学系统中，多个透镜执行像差校正功能，进而提高像查改善性能。此外，所述光学系统可通过减少透镜的折射角来提高透镜的敏感度。

将参照图1对根据本实用新型的实施例的光学系统进行描述。图1是根据本实用新型的实施例的光学系统的结构示意图。

参照图1，根据本实用新型的实施例的光学系统可包括第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30，其中，第二透镜20和第三透镜30胶合固定为一体。并可进一步包括红外窄带滤光片(图未示)、红外增透膜(图未示)和光阑40。这里，红外增透膜可直接形成在透镜的表面上。此外，光阑40设置在第一透镜10和第二透镜20之间。进一步地，红外窄带滤光片可设置在第一透镜10的前方。

优选地，为了便于组装，第二透镜20与第三透镜30彼此胶合在一起。

表1示出了透镜的其它特性(透镜的曲率半径、通光孔径、F系数)

[表1]

视角(2ω)：10°	中心波长：850nm	F：8
			表面序号	曲率半径(mm)	通光孔径(mm)
物	无穷大
			1	20.32	5
2	-760.3	5
			光阑	无穷大	4
3	-14.158	5
			4	-6.25	5
5	6.25	5
			6	-11.98	5
像	无穷大

在本实用新型的实施例中，第一透镜10可具有正光焦度，其物方表面为凸形且其像方表面为凸形。第二透镜20可具有负光焦度，其物方表面可为凹形且其像方表面可为凹形。第三透镜30可具有正光焦度，且其物方表面和像方表面均为凸形。其中，第二透镜20和第三透镜30胶合固定为一体，可以提高光线的透过率、消除色差以及降低复杂光学镜片的加工难度等。此外，红外窄带滤光片设置于第一透镜10的前方，其中心波段为850nm，截止深度不小于OD3。此外，红外增透膜直接形成于第一透镜10的两个表面和/或红外增透膜直接形成于第二透20镜的物方表面、第三透镜30的像方表面。红外增透膜对850nm波段的光透光率达到99％，可提高光学系统的红外光线的通过率。另外，光阑40可设置在第一透镜10和第二透镜20之间，光阑40可有效阻挡杂散光。为了保证通光量并且增加光学系统景深，光阑40孔径设置较小，可例如是4mm，但本实用新型不限制与此。

图2示出了图1中的光学系统的点列图。图2反映了光线经过本实用新型的实施例的光学系统的采集后，在像面上聚集的光斑半径大小和光能分布状态。由图2可知，当视场角为0°时，弥散斑的半径为0.423μm；视场角为1.5°时，弥散斑的半径为0.728μm；视场角为5°时，弥散斑的半径为1.971μm。由此可知，整个光学系统在各个视场下的弥散斑都较小。说明该光学系统的成像质量优良。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，这样就限制了光学系统的分辨率，这个斑越大，分辨率越低。在本实用新型中，所有弥散斑都较小，可以确保整个物像的分辨率较高。

图3示出了图1中的光学系统的光学传递函数的曲线图。

参照图3，图3反映了本实用新型的实施例的光学系统的分辨率和反差性能。从图3中可以看出，在空间频率在100lp/mm(每毫米明暗线对数)时所有视场的MTF值均优于0.2，所有视场的光学传递函数曲线都接近了衍射极限，说明根据本实用新型的光学系统具有良好的成像性能。

综上所述，根据本实用新型的实施例的光学系统具有850nm的中心波长，具有10°的视角，并且所述光学系统在600mm～900mm范围内都可清晰成像。且所述光学系统结构简单、镜片数量少，大大降低了加工成本，而且景深大，分辨率较高，可以有效提高成像质量。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本实用新型，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (9)

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统沿着光轴由物方到像方顺序地包括：

第一透镜，具有正光焦度；

第二透镜，具有负光焦度；

第三透镜，具有正光焦度；

其中，所述光学系统还包括设置在所述第一透镜和所述第二透镜之间的光阑。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜彼此胶合在一起。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的物方表面为凸形，并且所述第一透镜的像方表面为凸形，所述第一透镜的物方表面的曲率半径小于所述第一透镜的像方表面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜的物方表面为凹形，并且所述第二透镜的像方表面为凹形，所述第二透镜的物方表面的曲率半径小于所述第二透镜的像方表面的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三透镜的物方表面为凸形，并且所述第三透镜的像方表面为凸形，所述第三透镜的物方表面的曲率半径大于所述第三透镜的像方表面的曲率半径。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括红外窄带滤光片，所述红外窄带滤光片设置于所述第一透镜的靠近物方的一侧。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的物方表面和像方表面设置有红外增透膜和/或所述第二透镜的物方表面、所述第三透镜的像方表面设置有红外增透膜。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的F数为8。

9.根据权利要求1至8任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的成像距离为600mm～900mm。