變焦成像鏡頭、成像模組和虹膜識別裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物識別領域，特別是指一種變焦成像鏡頭、成像模組和虹膜識別裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著互聯(lián)網(wǎng)信息時代的到來，人們對信息尤其是個人信息的安全性和穩(wěn)定性要求 不斷提高，利用人本身固有的獨特生理特征或行為特征進行身份認證的應用越來越廣泛， 其中虹膜識別技術(shù)作為"最精確的"以及"最難偽造的"生物識別技術(shù)日益受到大家的青睞。 但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系統(tǒng)成像質(zhì)量要求較高，如何獲得高質(zhì)量的、紋 理細節(jié)清晰的虹膜圖像成為急需克服的難題。
[0003]目前已有的虹膜采集光學系統(tǒng)可分為：定焦光學系統(tǒng)和變焦光學系統(tǒng)，其中定焦 光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，裝置方便，滿足小型化的要求，但由于焦距單一，拍攝范圍有 限，且很難實現(xiàn)較大景深，如要采集到清晰地虹膜圖像需要用戶高度配合；而變焦光學系統(tǒng) 能夠?qū)崿F(xiàn)焦距的連續(xù)變化，可實現(xiàn)很寬的拍攝范圍，無需用戶配合，但目前的變焦系統(tǒng)體積 大、結(jié)構(gòu)復雜、造價高，裝配難度大。
[0004] 因此，結(jié)構(gòu)簡單、拍攝范圍較廣的小型化虹膜采集變焦光學系統(tǒng)成為研究重點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種變焦成像鏡頭、成像模組和虹膜識別裝置，該鏡頭結(jié)構(gòu)簡單，體積 ??；成像質(zhì)量好，畸變??；變焦及采集范圍廣，尤其適用于雙目虹膜采集。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：
[0007] -種變焦成像鏡頭，沿光軸方向從前到后依次包括：
[0008] 第一透鏡，所述第一透鏡為具有負光焦度的雙凹透鏡，其前表面為凹面，后表面為 凹面；
[0009] 第二透鏡，所述第二透鏡為具有正光焦度的雙凸透鏡，其前表面為凸面，后表面為 凸面；
[0010] 第三透鏡，所述第三透鏡為具有負光焦度的凹凸透鏡，其前表面為凹面，后表面為 凸面；
[0011] 第四透鏡，所述第四透鏡為具有負光焦度的凸凹透鏡，其前表面為凸面，后表面為 凹面；
[0012] 所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的前表面和/或后表面為非球面， 所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡相互之間的距離可調(diào)。
[0013] -種成像模組，包括上述的變焦成像鏡頭以及位于所述變焦成像鏡頭后方的圖像 傳感器，所述圖像傳感器為C⑶或CMOS傳感器。
[0014] -種虹膜識別裝置，包括上述的成像模組以及與所述成像模組連接的硬件電路。
[0015] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的成像鏡頭由四片非球面透鏡組成，沿光軸方向從前到 后依次為雙凹透鏡、雙凸透鏡、凹凸透鏡和凸凹透鏡，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，適合于小型化設 備，尤其是移動便攜式設備。
[0017] 并且各個透鏡之間的距離可調(diào)，實現(xiàn)變焦功能；從短焦端向長焦端變焦時，圖像傳 感器面固定，沿著光軸方向，第一透鏡向成像面?zhèn)龋▓D像傳感器一側(cè)，即鏡頭后端）方向移 動，第二透鏡向物體側(cè)（即鏡頭前端）方向移動，第三透鏡向物體側(cè)方向移動，第四透鏡向 物體側(cè)方向移動，且第一透鏡與第二透鏡朝著縮小間距的趨勢移動，第二透鏡與第三透鏡 朝著縮小間距的趨勢移動，第三透鏡與第四透鏡朝著縮小間距的趨勢移動，第四透鏡朝著 擴大與圖像傳感器面之間間隔的方向移動，從長焦端向短焦端變焦時，過程相反。本發(fā)明的 變焦成像鏡頭可以實現(xiàn)2倍以上光學變焦，變焦及采集范圍較廣，可同時采集雙目虹膜圖 像。
[0018] 該成像鏡頭在近紅外波段具有較高的成像質(zhì)量，畸變??；本發(fā)明可搭配高像素傳 感器，同時采集清晰的雙目虹膜圖像（當然，也完全可以用于采集單目虹膜圖像）。
[0019] 故本發(fā)明的成像鏡頭結(jié)構(gòu)簡單，體積??；成像質(zhì)量好，畸變?。蛔兘辜安杉秶?廣，尤其適用于雙目虹膜采集。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的變焦成像鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明的變焦成像鏡頭在變焦時各透鏡組的變化示意圖；
[0022] 圖3為實施例一的變焦成像鏡頭的畸變曲線圖，其中：3A為焦距一的畸變曲線圖， 3B焦距二的畸變曲線圖，3C為焦距三的畸變曲線圖；
[0023] 圖4為實施例一的變焦成像鏡頭的場曲曲線圖，其中：4A為焦距一的場曲曲線圖， 4B焦距二的場曲曲線圖，4C為焦距三的場曲曲線圖。
【具體實施方式】
[0024] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具 體實施例進行詳細描述。
[0025] -方面，本發(fā)明提供一種變焦成像鏡頭，如圖1所示，沿光軸方向從前到后依次包 括：
[0026] 第一透鏡1，第一透鏡1為具有負光焦度的雙凹透鏡，其前表面11為凹面，后表面 12為凹面；
[0027] 第二透鏡2,第二透鏡2為具有正光焦度的雙凸透鏡，其前表面21為凸面，后表面 22為凸面；
[0028] 第三透鏡3,第三透鏡3為具有負光焦度的凹凸透鏡，其前表面31為凹面，后表面 32為凸面；
[0029] 第四透鏡4,第四透鏡4為具有負光焦度的凸凹透鏡，其前表面41為凸面，后表面 42為凹面；
[0030] 第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3和第四透鏡4的前表面和/或后表面為非球 面，第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3和第四透鏡4相互之間的距離可調(diào)。
[0031] 非球面透鏡此術(shù)語涵括任何不屬于球面的透鏡，然而我們在此處使用該術(shù)語時是 在具體談論非球面透鏡的子集，即具有曲率半徑且其半徑會按透鏡中心呈現(xiàn)徑向改變的旋 轉(zhuǎn)對稱光學元件。非球面透鏡能夠改善圖像質(zhì)量，減少所需的元件數(shù)量，同時降低光學設計 的成本。從數(shù)字相機和CD播放器，到高端顯微鏡物鏡和熒光顯微鏡，非球面透鏡無論是在 光學、成像或是光子學行業(yè)的哪一方面，其應用發(fā)展都非常迅速，這是因為相比傳統(tǒng)的球面 光學元件而言，非球面透鏡擁有了許許多多獨特又顯著的優(yōu)點：非球面透鏡具有更佳的曲 率半徑，可以維持良好的像差修正，以獲得所需要的性能，非球面透鏡的應用，帶來出色的 銳度和更高的分辨率，同時鏡頭的小型化設計成為了可能。
[0032] 非球面透鏡的傳統(tǒng)定義如方程式1所示（由表面輪廓（sag)定義）：
[0033]
(方程式1)
[0034] 其中：
[0035] Z =平行于光軸的表面的表面輪廓；
[0036] s =與光軸之間的徑向距離；
[0037] C =曲率，半徑的倒數(shù)；
[0038] k=圓錐系數(shù)；
[0039] Α4、Α6、Α8· · ·=第4、6、8…次非球面系數(shù)；
[0040] 當非球面系數(shù)相等于零的時候，所得出的非球面表面就相等于一個圓錐。下表顯 示，所產(chǎn)生的實際圓錐表面將取決于圓錐系數(shù)的量值大小以及正負符號。
[0041] 表一：圓錐系數(shù)與圓錐表面類型的關(guān)系
[0042]
[0043] 非球面透鏡最獨具特色的幾何特征就是其曲率半徑會隨著與光軸之間的距離而 出現(xiàn)變化，相較之下，球面的半徑始終都是不變的。該特殊的形狀允許非球面透鏡提供相較 于標準球面表面而言更高的光學性能。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的成像鏡頭由四片非球面透鏡組成，沿光軸方向從前到 后依次為雙凹透鏡、雙凸透鏡、凹凸透鏡和凸凹透鏡，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，適合于小型化設 備，尤其是移動便攜式設備。
[0045] 并且各個透鏡之間的距離可調(diào)，實現(xiàn)變焦功能；從短焦端向長焦端變焦時，圖像傳 感器面固定，沿著光軸方向，第一透鏡向成像面?zhèn)龋▓D像傳感器一側(cè)，即鏡頭后端）方向移 動，第二透鏡向物體側(cè)（即鏡頭前端）方向移動，第三透鏡向物體側(cè)方向移動，第四透鏡向 物體側(cè)方向移動，且第一透鏡與第二透鏡朝著縮小間距的趨勢移動，第二透鏡與第三透鏡 朝著縮小間距的趨勢移動，第三透鏡與第四透鏡朝著縮小間距的趨勢移動，第四透鏡朝著 擴大與圖像傳感器面之間間隔的方向移動，從長焦端向短焦端變焦時，過程相反。本發(fā)明的 變焦成像鏡頭可以實現(xiàn)2倍以上光學變焦，變焦及采集范圍較廣，可同時采集雙目虹膜圖 像。
[0046] 該成像鏡頭在近紅外波段具有較高的成像質(zhì)量，畸變??；本發(fā)明可搭配高像素傳 感器，同時采集清晰的雙目虹膜圖像（當然，也完全可以用于采集單目虹膜圖像）。
[0047] 故本發(fā)明的成像鏡頭結(jié)構(gòu)簡單，體積?。怀上褓|(zhì)量好，畸變??；變焦及采集范圍 廣，尤其適用于雙目虹膜采集。
[0048] 作為本發(fā)明的一種改進，各個透鏡的焦距可以滿足：-2· 5彡fl/Fw彡-L 6， 0· 8 彡 f2/Fw 彡 1. 2, -8. 2 彡 f3/Fw 彡-4, -2. 6 彡 f4/Fw 彡-2,1 彡 FT/Fw 彡 2. 5 ;其中 Fw 為變焦成像鏡頭變焦范圍的最短焦距，F(xiàn)T為變焦成像鏡頭變焦范圍的最長焦距，Π 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，f4為第四透鏡的焦距。當各個 透鏡組的焦距滿足上述關(guān)系時，具有好的成像質(zhì)量。
[0049] 進一步的，F(xiàn)w = 3mm，F(xiàn)T = 6. 5mm，-7. 5mm < fl < -4. 8mm，2. 4mm < f2 < 3. 6mm，-2 4. 6mm < f3 < _12mm，-7. 8mm < f4 < _6mm。
[0050] 作為本發(fā)明的另一種改進，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的材質(zhì)滿 足：1. 4 < nd < 1. 8, 30 < vd < 56,其中，nd為透鏡材質(zhì)的折射率，vd為透鏡材質(zhì)的色散 系數(shù)。采用上述折射率和色散系數(shù)的材質(zhì)既能夠得到較好的成像質(zhì)量，又能節(jié)省材料成本。
[0051] 優(yōu)選的，如圖1所示，第一透鏡1和第二透鏡2之間設置有用于控制近紅外光通過 率的光闌5。光闌能夠調(diào)節(jié)通過的近紅外光的強弱，不同的環(huán)境下可以選擇不同的光闌。
[0052] 作為本發(fā)明的另一種改進，可以在某個透鏡的某個表面鍍有能反射可見光并透過 近紅外光的濾光膜（如近紅外波段窄帶濾光膜），優(yōu)選在第一透鏡的前表面鍍有濾光膜；濾 光膜能夠避免可見光對成像鏡頭的干擾，同時，反射的可見光能夠使用戶從成像鏡頭中看 到自身的眼部圖像，方便用戶調(diào)節(jié)自身位置，起到定位的作用。并且第一透鏡的后表面以