虹膜成像鏡頭和光學(xué)成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種虹膜成像鏡頭和光學(xué)成像系統(tǒng)。虹膜成像鏡頭包括順次間隔排列設(shè)置的：第一透鏡，第一透鏡是彎月形透鏡，第一透鏡靠近物方設(shè)置；第二透鏡，第二透鏡是弓形透鏡；第三透鏡，第三透鏡是弓形透鏡。由于本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭主要采用非球面鏡，因而增加了光學(xué)設(shè)計(jì)自由度，有效控制了成像系統(tǒng)的球差、提高了成像質(zhì)量、能夠獲取到細(xì)節(jié)清晰的虹膜圖像。由于第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡均獨(dú)立設(shè)置，因而簡化了透鏡的加工工藝，并且有效減少了虹膜成像鏡頭的占用空間，具有小型化的特點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭還具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的特點(diǎn)。
【專利說明】虹膜成像鏡頭和光學(xué)成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)成像系統(tǒng)，更具體地，涉及一種虹膜成像鏡頭和光學(xué)成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 虹膜識別是一種基于眼睛虹膜紋理特征的生物識別技術(shù)，由于虹膜表面為球面， 面積較小、顏色灰暗，因此對采集虹膜圖像的光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量要求較高。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的一類虹膜識別裝置的光學(xué)成像系統(tǒng)采用變焦系統(tǒng)，由十幾片透鏡構(gòu) 成，搭配復(fù)雜馬達(dá)等機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)焦，其存在體積較大、操作復(fù)雜、造價(jià)較高等缺點(diǎn)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的另一類虹膜識別裝置的光學(xué)成像系統(tǒng)采用定焦系統(tǒng)。在一個(gè)具體的 實(shí)施例中，虹膜成像鏡頭包括兩片透鏡，但該虹膜成像鏡頭光學(xué)設(shè)計(jì)自由度較低，不易于控 制光學(xué)像差，鏡頭成像質(zhì)量較差。在另一個(gè)具體的實(shí)施例中，虹膜成像鏡頭包括三片透鏡， 其中，第一透鏡、第二透鏡為膠合鏡，第三透鏡為旋轉(zhuǎn)對稱非球面鏡。與具有兩片透鏡結(jié)構(gòu) 的虹膜成像鏡頭相比，三片透鏡的虹膜成像鏡頭增加了光學(xué)設(shè)計(jì)自由度，采用非球面的透 鏡一定程度上控制了光學(xué)成像系統(tǒng)的球差，提高了成像質(zhì)量，但存在透鏡加工工藝復(fù)雜，整 個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)總長過長，占用空間較大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明旨在提供一種虹膜成像鏡頭和光學(xué)成像系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中虹膜成像 鏡頭成像質(zhì)量差、加工工藝復(fù)雜、體積大的問題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種虹膜成像鏡頭，包括 順次間隔排列設(shè)置的：第一透鏡，第一透鏡是彎月形透鏡，第一透鏡靠近物方設(shè)置；第二透 鏡，第二透鏡是弓形透鏡；第三透鏡，第三透鏡是弓形透鏡。
[0007] 進(jìn)一步地，第一透鏡包括相對設(shè)置的：第一透鏡第一表面，第一透鏡第一表面為凸 面且靠近物方所在一側(cè)；第一透鏡第二表面，第一透鏡第二表面為凹面。
[0008] 進(jìn)一步地，第二透鏡包括相對設(shè)置的：第二透鏡第一表面，第二透鏡第一表面為凹 面且靠近第一透鏡所在一側(cè)；第二透鏡第二表面，第二透鏡第二表面為弓形面。
[0009] 進(jìn)一步地，第二透鏡的弓形面的中心處為凸面。
[0010] 進(jìn)一步地，第三透鏡包括相對設(shè)置的：第三透鏡第一表面，第三透鏡第一表面為凸 面且靠近第二透鏡所在一側(cè)；第三透鏡第二表面，第三透鏡第二表面為弓形面。
[0011] 進(jìn)一步地，第三透鏡的弓形面的中心處為凹面。
[0012] 進(jìn)一步地，虹膜成像鏡頭還包括光闌，光闌設(shè)置在第一透鏡的遠(yuǎn)離第二透鏡所在 的一側(cè)、或設(shè)置在第一透鏡與第二透鏡之間、或設(shè)置在第二透鏡與第三透鏡之間。
[0013] 進(jìn)一步地，第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡中的至少一個(gè)為偶次非球面透鏡。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)成像系統(tǒng)，包括虹膜成像鏡頭，虹膜成 像鏡頭是上述的虹膜成像鏡頭。
[0015] 進(jìn)一步地，虹膜成像鏡頭的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡之間的參數(shù)關(guān)系為 0· 3〈 I fVf21〈0· 42、2· 0〈 I f3/f I〈3. 5 和 0· 8〈f/TTL〈l，其中，f 為光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距；為 第一透鏡的焦距；f2為第二透鏡的焦距；f3為第三透鏡的焦距；TTL為光學(xué)成像系統(tǒng)的總 長。
[0016] 本發(fā)明中的第一透鏡是彎月形透鏡，第一透鏡靠近物方設(shè)置，第二透鏡是弓形透 鏡，第三透鏡是弓形透鏡。由于本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭主要采用非球面鏡，因而增加了光 學(xué)設(shè)計(jì)自由度，有效控制了成像系統(tǒng)的球差、提高了成像質(zhì)量、能夠獲取到細(xì)節(jié)清晰的虹膜 圖像。由于第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡均獨(dú)立設(shè)置，因而簡化了透鏡的加工工藝，并且 有效減少了虹膜成像鏡頭的占用空間，具有小型化的特點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭 還具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的特點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0018] 圖1示意性示出了本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2示意性示出了本發(fā)明中的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中的虹膜成像鏡頭的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0020] 圖3A示意性示出了圖2所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的球差曲線圖；
[0021] 圖3B示意性示出了圖2所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的畸變曲線圖；
[0022] 圖3C示意性示出了圖2所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的場曲曲線圖；
[0023] 圖3D示意性示出了圖2所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的相對照度曲線圖；
[0024] 圖3E示意性示出了圖2所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的能量集中度曲線圖；
[0025] 圖4示意性示出了本發(fā)明中的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中的虹膜成像鏡頭的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0026] 圖5A示意性示出了圖4所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的球差曲線圖；
[0027] 圖5B示意性示出了圖4所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的畸變曲線圖；
[0028] 圖5C示意性示出了圖4所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的場曲曲線圖；
[0029] 圖?示意性示出了圖4所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的相對照度曲線圖；
[0030] 圖5E示意性示出了圖4所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的能量集中度曲線圖；
[0031] 圖6示意性示出了本發(fā)明中的第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中的虹膜成像鏡頭的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0032] 圖7A示意性示出了圖6所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的球差曲線圖；
[0033] 圖7B示意性示出了圖6所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的畸變曲線圖；
[0034] 圖7C示意性示出了圖6所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的場曲曲線圖；
[0035] 圖7D示意性示出了圖6所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的相對照度曲線圖；以及
[0036] 圖7E示意性示出了圖6所示實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的能量集中度曲線圖。
[0037] 圖中附圖標(biāo)記：1〇、第一透鏡；11、第一透鏡第一表面；12、第一透鏡第二表面；20、 第二透鏡；21、第二透鏡第一表面；22、第二透鏡第二表面；30、第三透鏡；31、第三透鏡第一 表面；32、第三透鏡第二表面；40、光闌；41、光闌第一表面；50、濾光片；60、成像面。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0039] 作為本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種虹膜成像鏡頭。如圖1至圖7D所示，虹膜 成像鏡頭包括順次間隔排列設(shè)置的第一透鏡10、第二透鏡20和第三透鏡30,第一透鏡10 是彎月形透鏡，第一透鏡10靠近物方設(shè)置；第二透鏡20是弓形透鏡；第三透鏡30是弓形 透鏡。由于本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭主要采用非球面鏡，因而增加了光學(xué)設(shè)計(jì)自由度，有效 控制了成像系統(tǒng)的球差、提高了成像質(zhì)量、能夠獲取到細(xì)節(jié)清晰的虹膜圖像。由于第一透鏡 10、第二透鏡20和第三透鏡30均獨(dú)立設(shè)置，因而簡化了透鏡的加工工藝，并且有效減少了 虹膜成像鏡頭的占用空間，具有小型化的特點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭還具有結(jié)構(gòu) 簡單、制造成本低的特點(diǎn)。
[0040] 本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭的成像面60位于第三透鏡30的遠(yuǎn)離第二透鏡20的一 側(cè)（請參考圖1、圖2、圖4和圖6)。物方的來光經(jīng)過第一透鏡10、第二透鏡20和第三透鏡 30后將光線匯聚到成像面60上。
[0041] 如圖1所示，第一透鏡10包括相對設(shè)置的第一透鏡第一表面11和第一透鏡第二 表面12,第一透鏡第一表面11為凸面且靠近物方所在一側(cè)，第一透鏡第二表面12為凹面。 上述的第一透鏡10具有正的光焦度。
[0042] 優(yōu)選地，第二透鏡20包括相對設(shè)置的第二透鏡第一表面21和第二透鏡第二表面 22,第二透鏡第一表面21為凹面且靠近第一透鏡10所在一側(cè)，第二透鏡第二表面22為弓 形面（請參考圖1、圖2、圖4和圖6)。進(jìn)一步地優(yōu)選地，第二透鏡20的弓形面的中心處為 凸面。上述的第二透鏡20具有負(fù)的光焦度。
[0043] 優(yōu)選地，第三透鏡30包括相對設(shè)置的第三透鏡第一表面31和第三透鏡第二表面 32,第三透鏡第一表面31為凸面且靠近第二透鏡20所在一側(cè)，第三透鏡第二表面32為弓 形面（請參考圖1、圖2、圖4和圖6)。進(jìn)一步優(yōu)選地，第三透鏡30的弓形面的中心處為凹 面。上述的第三透鏡30具有負(fù)的光焦度。
[0044] 由于第一透鏡10、第二透鏡20和第三透鏡30的表面廣泛采用非球面，因而有效降 低虹膜成像鏡頭的畸變和像差、提高了虹膜成像鏡頭的成像質(zhì)量，并有利于控制虹膜成像 鏡頭的長度。
[0045] 優(yōu)選地，具有非球面的透鏡是塑料材料制成的。進(jìn)一步地優(yōu)選地，第一透鏡10、第 二透鏡20和第三透鏡30中的至少一個(gè)是塑料材料制成的。由于采用三片透鏡，且選用塑 料材質(zhì)制作上述透鏡，因而使得鏡頭尺寸更加小型化，同時(shí)采用非球面透鏡保證了鏡頭的 成像質(zhì)量。
[0046] 本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭還包括光闌40,光闌40設(shè)置在第一透鏡10的遠(yuǎn)離第二 透鏡20所在的一側(cè)、或設(shè)置在第一透鏡10與第二透鏡20之間、或設(shè)置在第二透鏡20與第 三透鏡30之間（請參考圖2、圖4和圖6)。由于設(shè)置有光闌40,因而能夠通過控制光闌40 進(jìn)而控制光束通過的情況、調(diào)節(jié)光束的強(qiáng)弱。
[0047] 本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭還包括近紅外波段增透膜，第一透鏡10、和/或第二透 鏡20、和/或第三透鏡30的表面設(shè)置有近紅外波段增透膜。由于在透鏡的表面設(shè)置有近紅 外波段增透膜，因而能夠保證近紅外波段光線的透過率，從而保證了虹膜成像鏡頭的成像 質(zhì)量。優(yōu)選地，近紅外波段增透膜主要透光的波段為700至900納米。
[0048] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，虹膜成像鏡頭還包括濾光片50,濾光片50設(shè)置在第三 透鏡30的遠(yuǎn)離第二透鏡20的一側(cè)（請參考圖4和圖6)。由于設(shè)置有濾光片，因而能夠有 效濾除雜光、避免影響虹膜成像鏡頭的成像質(zhì)量。優(yōu)選地，濾光片50是平面濾光片或曲面 濾光片。
[0049] 在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一透鏡10的遠(yuǎn)離第二透鏡20 -側(cè)的表面具有濾 光膜。由于使用濾光膜代替濾光片50,因而有效縮小了虹膜成像鏡頭的整體體積和占用面 積，從而使虹膜成像鏡頭更加小型化。優(yōu)選地，濾光膜是窄帶濾光膜。
[0050] 優(yōu)選地，第一透鏡10、第二透鏡20和第三透鏡30中的至少一個(gè)為偶次非球面透 鏡。
[0051] 本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭還包括鏡筒，第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、濾 光片50均設(shè)置在鏡筒內(nèi)。
[0052] 本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭為雙目虹膜成像鏡頭。
[0053] 作為本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種光學(xué)成像系統(tǒng)，包括虹膜成像鏡頭，虹膜成 像鏡頭是上述的虹膜成像鏡頭。由于本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭具有成像質(zhì)量高、加工工藝 簡單、整體小型化的特點(diǎn)，因而提高了光學(xué)成像系統(tǒng)的成像性能，本發(fā)明中的虹膜成像鏡頭 可方便地嵌入到手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備中。特別地，本發(fā)明中的光學(xué)成像系統(tǒng)在近紅外波段 具有較高的成像質(zhì)量。
[0054] 本發(fā)明中的第一透鏡10、第二透鏡20和第三透鏡30之間的參數(shù)關(guān)系為0. 3〈|fV f21〈0· 42、2· 0〈 | f3/f |〈3. 5和0· 8〈f/TTL〈l，其中，f為光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距；f\為第一透鏡 10的焦距；f2為第二透鏡20的焦距；f 3為第三透鏡30的焦距；TTL為光學(xué)成像系統(tǒng)的總長。 光學(xué)系統(tǒng)的總長也就是第一透鏡10的第一透鏡第一表面11的中心點(diǎn)到成像面60的距離。
[0055] 如圖2所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，虹膜成像鏡頭包括第一透鏡10、第二透鏡20、第三 透鏡30和光闌40,光闌40位于第一透鏡10與物方之間，且光闌40的光闌第一表面靠近物 方所在一側(cè)；第一透鏡第一表面11為凸面，第一透鏡第二表面12為凹面，第一透鏡10具有 正的光焦度；第二透鏡第一表面21為凹面，第二透鏡第二表面22為弓形面，且第二透鏡20 的中心凸面朝向像方，第二透鏡20具有負(fù)的光焦度；第三透鏡第一表面31為凸面，第三透 鏡第二表面32為弓形面，且第三透鏡30的中心凸面朝向物方，第三透鏡30具有負(fù)的光焦 度；第一透鏡10、第二透鏡20和第三透鏡30將光線匯聚到成像面60,且第一透鏡10、第二 透鏡20和第三透鏡30均為偶次非球面，其材質(zhì)為塑料材質(zhì)；第一透鏡10、第二透鏡20和 第三透鏡30的每面鍍近紅外波段增透膜，且濾光片30為第一透鏡10、第一透鏡第一表面 11鍍窄帶濾光膜實(shí)現(xiàn)濾波作用。優(yōu)選地，第一透鏡第一表面11的透光率為98%。由于第 一透鏡第一表面11的透光率為98%，因而保證了近紅外波段（700-900nm)的光線足夠的透 過率。該實(shí)施方式中的虹膜成像鏡頭的具體參數(shù)如表一和表二所不。
[0056] 表一、圖2所示的優(yōu)選實(shí)施方式中虹膜成像鏡頭的具體參數(shù)
[0057]
【權(quán)利要求】
1. 一種虹膜成像鏡頭，其特征在于，包括順次間隔排列設(shè)置的： 第一透鏡（10)，所述第一透鏡（10)是彎月形透鏡，所述第一透鏡（10)靠近物方設(shè)置； 第二透鏡（20)，所述第二透鏡（20)是弓形透鏡； 第三透鏡（30)，所述第三透鏡（30)是弓形透鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜成像鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡（10)包括相對設(shè) 置的： 第一透鏡第一表面（11)，所述第一透鏡第一表面（11)為凸面且靠近所述物方所在一 側(cè)； 第一透鏡第二表面（12)，所述第一透鏡第二表面（12)為凹面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的虹膜成像鏡頭，其特征在于，所述第二透鏡（20)包括相 對設(shè)置的： 第二透鏡第一表面（21)，所述第二透鏡第一表面（21)為凹面且靠近所述第一透鏡 (10)所在一側(cè)； 第二透鏡第二表面（22)，所述第二透鏡第二表面（22)為弓形面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的虹膜成像鏡頭，其特征在于，所述第二透鏡（20)的弓形面的 中心處為凸面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的虹膜成像鏡頭，其特征在于，所述第三透鏡（30)包括相 對設(shè)置的： 第三透鏡第一表面（31)，所述第三透鏡第一表面（31)為凸面且靠近所述第二透鏡 (20)所在一側(cè)； 第三透鏡第二表面（32)，所述第三透鏡第二表面（32)為弓形面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的虹膜成像鏡頭，其特征在于，所述第三透鏡（30)的弓形面的 中心處為凹面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜成像鏡頭，其特征在于，所述虹膜成像鏡頭還包括光闌 (40)，所述光闌（40)設(shè)置在所述第一透鏡（10)的遠(yuǎn)離所述第二透鏡（20)所在的一側(cè)、或 設(shè)置在所述第一透鏡（10)與所述第二透鏡（20)之間、或設(shè)置在所述第二透鏡（20)與所述 第三透鏡（30)之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜成像鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡（10)、所述第二透 鏡（20)和所述第三透鏡（30)中的至少一個(gè)為偶次非球面透鏡。
9. 一種光學(xué)成像系統(tǒng)，包括虹膜成像鏡頭，其特征在于，所述虹膜成像鏡頭是權(quán)利要求 1至8中任一項(xiàng)所述的虹膜成像鏡頭。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述虹膜成像鏡頭的第一透 鏡（10)、第二透鏡（20)和第三透鏡（30)之間的參數(shù)關(guān)系為0.3〈|4/%|〈0.42、2.0〈|^/ 到〈3.5和0.8〈以1'11〈1，其中4為所述光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距4 1為所述第一透鏡（10)的焦 距；f2為所述第二透鏡（20)的焦距；f3為所述第三透鏡（30)的焦距；TTL為所述光學(xué)成像 系統(tǒng)的總長。
【文檔編號】G02B13/18GK104090347SQ201410311254
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】馬淑媛 申請人:北京天誠盛業(yè)科技有限公司