变焦成像镜头、成像模组和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，特别是指一种变焦成像镜头、成像模组和虹膜识别装 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]目前已有的虹膜采集光学系统可分为：定焦光学系统和变焦光学系统，其中定焦 光学系统结构简单，造价低，装置方便，满足小型化的要求，但由于焦距单一，拍摄范围有 限，且很难实现较大景深，如要采集到清晰地虹膜图像需要用户高度配合；而变焦光学系统 能够实现焦距的连续变化，可实现很宽的拍摄范围，无需用户配合，但目前的变焦系统体积 大、结构复杂、造价高，装配难度大。
[0004] 因此，结构简单、拍摄范围较广的小型化虹膜采集变焦光学系统成为研究重点。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种变焦成像镜头、成像模组和虹膜识别装置，该镜头结构简单，体积 小；成像质量好，畸变小；变焦及采集范围广，尤其适用于双目虹膜采集。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
[0007] -种变焦成像镜头，沿光轴方向从前到后依次包括：
[0008] 第一透镜，所述第一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；
[0009] 第二透镜，所述第二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] 第三透镜，所述第三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；
[0011] 第四透镜，所述第四透镜为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为 凹面；
[0012] 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， 所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜相互之间的距离可调。
[0013] -种成像模组，包括上述的变焦成像镜头以及位于所述变焦成像镜头后方的图像 传感器，所述图像传感器为C⑶或CMOS传感器。
[0014] -种虹膜识别装置，包括上述的成像模组以及与所述成像模组连接的硬件电路。
[0015] 本发明具有以下有益效果：
[0016] 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 后依次为双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜和凸凹透镜，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。
[0017] 并且各个透镜之间的距离可调，实现变焦功能；从短焦端向长焦端变焦时，图像传 感器面固定，沿着光轴方向，第一透镜向成像面侧（图像传感器一侧，即镜头后端）方向移 动，第二透镜向物体侧（即镜头前端）方向移动，第三透镜向物体侧方向移动，第四透镜向 物体侧方向移动，且第一透镜与第二透镜朝着缩小间距的趋势移动，第二透镜与第三透镜 朝着缩小间距的趋势移动，第三透镜与第四透镜朝着缩小间距的趋势移动，第四透镜朝着 扩大与图像传感器面之间间隔的方向移动，从长焦端向短焦端变焦时，过程相反。本发明的 变焦成像镜头可以实现2倍以上光学变焦，变焦及采集范围较广，可同时采集双目虹膜图 像。
[0018] 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，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）。
[0019] 故本发明的成像镜头结构简单，体积小；成像质量好，畸变小；变焦及采集范围 广，尤其适用于双目虹膜采集。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的变焦成像镜头的结构示意图；
[0021] 图2为本发明的变焦成像镜头在变焦时各透镜组的变化示意图；
[0022] 图3为实施例一的变焦成像镜头的畸变曲线图，其中：3A为焦距一的畸变曲线图， 3B焦距二的畸变曲线图，3C为焦距三的畸变曲线图；
[0023] 图4为实施例一的变焦成像镜头的场曲曲线图，其中：4A为焦距一的场曲曲线图， 4B焦距二的场曲曲线图，4C为焦距三的场曲曲线图。
【具体实施方式】
[0024] 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。
[0025] -方面，本发明提供一种变焦成像镜头，如图1所示，沿光轴方向从前到后依次包 括：
[0026] 第一透镜1，第一透镜1为具有负光焦度的双凹透镜，其前表面11为凹面，后表面 12为凹面；
[0027] 第二透镜2,第二透镜2为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面21为凸面，后表面 22为凸面；
[0028] 第三透镜3,第三透镜3为具有负光焦度的凹凸透镜，其前表面31为凹面，后表面 32为凸面；
[0029] 第四透镜4,第四透镜4为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面41为凸面，后表面 42为凹面；
[0030] 第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的前表面和/或后表面为非球 面，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4相互之间的距离可调。
[0031] 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。
[0032] 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）：
[0033]
(方程式1)
[0034] 其中：
[0035] Z =平行于光轴的表面的表面轮廓；
[0036] s =与光轴之间的径向距离；
[0037] C =曲率，半径的倒数；
[0038] k=圆锥系数；
[0039] Α4、Α6、Α8· · ·=第4、6、8…次非球面系数；
[0040] 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。
[0041] 表一：圆锥系数与圆锥表面类型的关系
[0042]
[0043] 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。
[0044] 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 后依次为双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜和凸凹透镜，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。
[0045] 并且各个透镜之间的距离可调，实现变焦功能；从短焦端向长焦端变焦时，图像传 感器面固定，沿着光轴方向，第一透镜向成像面侧（图像传感器一侧，即镜头后端）方向移 动，第二透镜向物体侧（即镜头前端）方向移动，第三透镜向物体侧方向移动，第四透镜向 物体侧方向移动，且第一透镜与第二透镜朝着缩小间距的趋势移动，第二透镜与第三透镜 朝着缩小间距的趋势移动，第三透镜与第四透镜朝着缩小间距的趋势移动，第四透镜朝着 扩大与图像传感器面之间间隔的方向移动，从长焦端向短焦端变焦时，过程相反。本发明的 变焦成像镜头可以实现2倍以上光学变焦，变焦及采集范围较广，可同时采集双目虹膜图 像。
[0046] 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，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）。
[0047] 故本发明的成像镜头结构简单，体积小；成像质量好，畸变小；变焦及采集范围 广，尤其适用于双目虹膜采集。
[0048] 作为本发明的一种改进，各个透镜的焦距可以满足：-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 为变焦成像镜头变焦范围的最短焦距，FT为变焦成像镜头变焦范围的最长焦距，Π 为第一 透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距。当各个 透镜组的焦距满足上述关系时，具有好的成像质量。
[0049] 进一步的，Fw = 3mm，FT = 6. 5mm，-7. 5mm < fl < -4. 8mm，2. 4mm < f2 < 3. 6mm，-2 4. 6mm < f3 < _12mm，-7. 8mm < f4 < _6mm。
[0050] 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. 4 < nd < 1. 8, 30 < vd < 56,其中，nd为透镜材质的折射率，vd为透镜材质的色散 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。
[0051] 优选的，如图1所示，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。光阑能够调节通过的近红外光的强弱，不同的环境下可以选择不同的光阑。
[0052] 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