成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜识别装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物识别领域，特别是指一种成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜 识别装置。
【背景技术】
[0002] 随着互联网信息时代的到来，人们对信息尤其是个人信息的安全性和稳定性要求 不断提高，利用人本身固有的独特生理特征或行为特征进行身份认证的应用越来越广泛， 其中虹膜识别技术作为"最精确的"以及"最难伪造的"生物识别技术日益受到大家的青睐。 但虹膜识别是一种基于眼睛虹膜纹理特征的生物识别技术，由于虹膜表面为球面，面积较 小、颜色灰暗，因此对采集虹膜图像的光学系统成像质量要求较高，如何获得高质量的、纹 理细节清晰的虹膜图像成为急需克服的难题。
[0003]目前大型的虹膜识别装置的光学成像系统一般采用变焦系统，由十几片透镜构 成，搭配复杂马达等机械结构进行调焦，其优势是拍摄范围广，用户无需特意配合设备即 可进行虹膜识别，缺点是体积较大、操作复杂且造价较高，只能应用于特殊场合和领域；而 为了普通大众的应用，需要更加便捷小型化的虹膜识别设备，其虹膜成像光学系统通常为 结构简单的定焦系统，现有的多为单目采集光学系统，其一般搭配较低像素的图像传感器 (VGA)，其光学结构简单，只需要2-3片透镜便可达到较高的成像质量，但采集一只眼睛，对 用户的配合度要求高，且设备可采集范围很窄，在使用时极不方便，不利于把握距离及对 准。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种成像镜头、虹膜成像模组以及双目虹膜识别装置，该成像镜头结 构简单，体积小；成像质量好，畸变小；适用于双目虹膜采集。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
[0006] -种成像镜头，沿光轴方向从前到后依次包括：
[0007] 第一透镜，所述第一透镜为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为 凹面；
[0008] 第二透镜，所述第二透镜为具有负光焦度的凹凸透镜，其前表面为凹面，后表面为 凸面；
[0009] 第三透镜，所述第三透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为 凸面；
[0010] 第四透镜，所述第四透镜为具有负光焦度的双凹透镜，其前表面为凹面，后表面为 凹面；
[0011] 所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的前表面和/或后表面为非球面。 [0012] -种虹膜成像模组，包括上述成像镜头以及位于所述成像镜头后方的图像传感 器，所述图像传感器为CCD或CMOS传感器。
[0013] -种双目虹膜识别装置，包括上述虹膜成像模组以及与所述虹膜成像模组连接的 硬件电路。
[0014] 本发明具有以下有益效果：
[0015] 与现有技术相比，本发明的成像镜头由四片非球面透镜组成，沿光轴方向从前到 后依次为凸凹透镜、凹凸透镜、双凸透镜和双凹透镜，结构简单，体积小，适合于小型化设 备，尤其是移动便携式设备；该成像镜头在近红外波段具有较高的成像质量，畸变小；本发 明可搭配高像素传感器（5-8百万），同时采集清晰的双目虹膜图像。
[0016] 故本发明的成像镜头结构简单，体积小；成像质量好，畸变小；尤其适用于双目虹 膜米集。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的成像镜头的结构示意图；
[0018] 图2为本发明的成像镜头实施例一的结构示意图；
[0019] 图3为图2所示成像镜头的光学性能曲线图，其中：3A为实施例一的场曲曲线图； 3B为实施例一的畸变曲线图；3C为实施例一的MTF特性曲线图；
[0020] 图4为本发明的成像镜头实施例二的结构示意图；
[0021] 图5为图4所示成像镜头的光学性能曲线图，其中：5A为实施例二的场曲曲线图； 5B为实施例二的畸变曲线图；5C为实施例二的MTF特性曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0023] -方面，本发明提供一种成像镜头，如图1所示，沿光轴方向从前到后依次包括：
[0024] 第一透镜1，第一透镜1为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面11为凸面，后表面 12为凹面；
[0025] 第二透镜2,第二透镜2为具有负光焦度的凹凸透镜，其前表面21为凹面，后表面 22为凸面；
[0026] 第三透镜3,第三透镜3为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面31为凸面，后表面 32为凸面；
[0027] 第四透镜4,第四透镜4为具有负光焦度的双凹透镜，其前表面41为凹面，后表面 42为凹面；
[0028] 第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4为非球面透镜，其前表面和后表 面至少一个为非球面。
[0029] 非球面透镜此术语涵括任何不属于球面的透镜，然而我们在此处使用该术语时是 在具体谈论非球面透镜的子集，即具有曲率半径且其半径会按透镜中心呈现径向改变的旋 转对称光学元件。非球面透镜能够改善图像质量，减少所需的元件数量，同时降低光学设计 的成本。从数字相机和CD播放器，到高端显微镜物镜和荧光显微镜，非球面透镜无论是在 光学、成像或是光子学行业的哪一方面，其应用发展都非常迅速，这是因为相比传统的球面 光学元件而言，非球面透镜拥有了许许多多独特又显著的优点：非球面透镜具有更佳的曲 率半径，可以维持良好的像差修正，以获得所需要的性能，非球面透镜的应用，带来出色的 锐度和更高的分辨率，同时镜头的小型化设计成为了可能。
[0030] 非球面透镜的传统定义如方程式1所示（由表面轮廓（sag)定义）：
[0031]
(方程式1)
[0032] 其中：
[0033] Z =平行于光轴的表面的表面轮廓；
[0034] s =与光轴之间的径向距离；
[0035] C =曲率，半径的倒数；
[0036] k=圆锥系数；
[0037] Α4、Α6、Α8· · ·=第4、6、8…次非球面系数；
[0038] 当非球面系数相等于零的时候，所得出的非球面表面就相等于一个圆锥。下表显 示，所产生的实际圆锥表面将取决于圆锥系数的量值大小以及正负符号。
[0039] 表一：圆锥系数与圆锥表面类型的关系
[0040]
[0041] 非球面透镜最独具特色的几何特征就是其曲率半径会随着与光轴之间的距离而 出现变化，相较之下，球面的半径始终都是不变的。该特殊的形状允许非球面透镜提供相较 于标准球面表面而言更高的光学性能。
[0042] 与现有技术相比，本发明的成像镜头由四片非球面透镜组成，沿光轴方向从前到 后依次为凸凹透镜、凹凸透镜、双凸透镜和双凹透镜，结构简单，体积小，适合于小型化设 备，尤其是移动便携式设备；该成像镜头在近红外波段具有较高的成像质量，畸变小；本发 明可搭配高像素传感器（5-8百万），同时采集清晰的双目虹膜图像（当然，也完全可以用于 采集单目虹膜图像）。
[0043] 故本发明的成像镜头结构简单，体积小；成像质量好，畸变小；尤其适用于双目虹 膜米集。
[0044] 作为本发明的一种改进，各个透镜的焦距可以满足：_2彡f2/f彡-1. 1， 0. 58 < f3/f < 0. 78,0. 7 < f/TTL < 0. 85 ;f为所述成像镜头的焦距，f2为第二透镜的焦 距，f3为第三透镜的焦距，TTL为所述成像镜头的长度。第一透镜的焦距Π 和第四透镜的 焦距f4对成像镜头的影响很小，故不对其进行限定。当各个透镜的焦距满足上述关系时， 在近红外波段具有更高的成像质量，几乎无畸变。
[0045] 优选的，4. 9mm < f < 5. 1mm，-10. 2mm < f2 < -5. 39mm，2. 842mm < f3 < 3. 978mm， 5. 76mm < TTL < 7. 29mm。
[0046] 作为本发明的另一种改进，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的材质满 足：1· 5 彡 ndl 彡 1. 65,1. 5 彡 nd2 彡 1. 65,1. 5 彡 nd3 彡 1. 65,1. 5 彡 nd4 彡 I. 65，vdl 彡 55， vd2 < 30, vd3彡55, vd4彡55 ;ndl和vdl分别是第一透镜的折射率和色散系数，nd2和 vd2分别是第二透镜的折射率和色散系数，nd3和vd3分别是第三透镜的折射率和色散系 数，nd4和vd4分别是第四透镜的折射率和色散系数。采用上述折射率和色散系数的材质 既能够得到较好的成像质量，又能节省材料成本。
[0047] 优选的，如图2和图4所示，第一透镜1前端或者第一透镜1和第二透镜2之间设 置有用于控制近红外光通过率的光阑5'（或5"）。光阑能够调节通过的近红外光束的强 弱，不同的光照环境下可以选择不同的光阑。
[0048] 作为本发明的另一种改进，可以在某个透镜的某个表面镀有能反射可见光并透过 近红外光的滤光膜（如近红外波段窄带滤光膜），优选在第一透镜的前表面镀有滤光膜；滤 光膜能够避免可见光对成像镜头的干扰，同时，反射的可见光能够使用户从成像镜头中看 到自身的眼部图像，方便用户调节自身位置，起到定位的作用。并且第一透镜的后表面以及 第二透镜、第三透镜和第四透镜的前表面及后表面均镀有能增强近红外光透过率的近红外 波段增透膜。增透膜能够增强近红外光的透过率，能够以较小的发射功率获得较清晰的虹 膜图像。
[0049] 或者，如图2所示，成像镜头还包括能反射可见光并透过近红外光的平面滤光片 7'，平面滤光片可以位于整个成像镜头最前端或最后端，优选最后端，平面滤光片能够避免 可见光对成像镜头的干扰；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的前表面及后表面均 镀有能增强近红外光透过率的近红外波段增透膜。增透膜能够增强近红外光的透过率，能 够以较小的发射功率获得较清晰的虹膜图像。
[0050] 本发明中，上述近红外光的波段为700-900nm。该波段的近红外光能够采集到较高 质量的虹膜图像。
[0051] 为进一步的节约成本，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透