CN105372795B - 一种变焦虹膜识别物镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变焦虹膜识别物镜，包括依次同轴间距排列的第一凸透镜、第一凹透镜、第二凹透镜、第二凸透镜、变焦距透镜组、CMOS芯片；第一凸透镜的焦距为10mm～25mm；第一凹透镜的焦距为‑20mm～‑30mm；第二凹透镜的焦距为‑5mm～‑10mm；第二凸透镜的焦距为5mm～12mm；变焦距透镜组的焦距为‑30mm～‑50mm；COMS芯片为1/4英寸，像素尺寸为3um，其对应的像方分辨率为83lp/mm。本发明有益效果是：无需要变焦组态和补偿组态互相配合实现变焦距功能；使用方便，同时调焦迅速准确，体积小巧，和普通的虹膜识别物镜在相近似的结构下即可实现变焦。

Description

一种变焦虹膜识别物镜

技术领域

本发明涉及一种虹膜识别设备，尤其涉及一种变焦虹膜识别物镜。

背景技术

在科技兴国战略指引下，指纹识别、掌纹识别、人脸识别、DNA检测等生物鉴证技术在社会上得到了广泛应用，在实践中发挥了重要作用。但是这些技术都存在一定的局限性。例如，指纹识别的准确率较低；人脸整容、化妆后，则无法识别；DNA设备昂贵，检测费时、费钱等等。虹膜识别技术因具有准确性高、稳定性好、高速高效的优点迅速得到广泛的认可，然而，市场上一般的虹膜识别产品所使用的虹膜识别物镜，其工作距离都是固定的，这带来的不利效果就是需要人靠近虹膜识别物镜的工作距离，才能够实现虹膜识别的过程。而针对亚洲人眼虹膜特征，使用840-860nm的光源能有效地将人眼虹膜区域成像，因此虹膜识别物镜使用该波段的设计将特别有效。一般的变焦距物镜，都是修改透镜的位置来获得焦距的改变，这样必须要配合机械结构才能实现，同时如果驱动的话，需要配对应的电机，控制起来会很慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变焦虹膜识别物镜，解决现有技术提供的虹膜识别物镜的工作距离都是固定的，使用者必须靠近虹膜识别物镜的工作距离才能实现虹膜识别，工作距离短，而现有的变焦距物镜，都是修改透镜的位置来获得焦距的改变，必须配合机械结构或配对应的电机导致控制缓慢的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下，一种变焦虹膜识别物镜，包括依次同轴间距排列的第一凸透镜、第一凹透镜、第二凹透镜、第二凸透镜、变焦距透镜组、CMOS芯片；所述第一凸透镜的焦距为10mm～25mm；所述第一凹透镜的焦距为-20mm～-30mm；所述第二凹透镜的焦距为-5mm～-10mm；所述第二凸透镜的焦距为5mm～12mm；所述变焦距透镜组的焦距为-30mm～-50mm；所述第一凸透镜的折射率为1.6～1.8；所述第一凹透镜的折射率为1.7～1.85；所述第二凹透镜的折射率为1.4～1.6；所述第二凸透镜的折射率为1.7～1.9；所述第一凸透镜的中心厚度为1mm～5mm；所述第一凹透镜中心厚度为1mm～3mm；所述第二凹透镜的中心厚度为1mm～5mm；所述第二凸透镜的中心厚度为1mm～5mm；所述变焦距透镜组的中心厚度为3mm～6mm；所述CMOS芯片为1/4英寸，像素尺寸为3μm，其对应的像方分辨率为83lp/mm。

进一步：所述变焦距透镜组包括液态透镜，所述液态透镜包括同轴贴合设置的第一液态材料层和第二液态材料层，所述第一液态材料层的折射率为1.2～1.4；所述第二液态材料层的折射率为1.4～1.6；所述液态透镜通过改变所述第一液态材料层中的表面曲率和所述第一液态材料层及所述第二液态材料层的中心厚度来获得不同的焦距。

进一步：所述第二液态材料层在与所述第一液态材料层的贴合处为内凹面；所述第一液态材料层在与所述第二液态材料层的贴合处为与内凹面对应的外凸面。

进一步：所述变焦距透镜组还包括设于所述第一液态材料层外端的用于保护所述第一液态材料层的第一玻璃层及设于所述第二液态材料层外端的用于保护所述第二液态材料层的第二玻璃层。

进一步：所述第一凸透镜和所述第一凹透镜之间的距离d1为2mm～8mm；所述第一凹透镜和所述第二凹透镜之间的距离d2为1mm～5mm；所述第二凹透镜和所述第二凸透镜之间的距离d3为0.5mm～2mm；所述第二凸透镜和所述变焦距透镜组之间的距离d4为1mm～3mm；所述变焦距透镜组和所述CMOS芯片的距离d5为5mm～12mm。

本发明的有益效果是：

1、结构简单，无需要变焦组态和补偿组态互相配合实现变焦距功能；

2、非常显著地将虹膜识别设备的工作距离范围提升到232mm，而其他一般的虹膜识别物镜的工作距离范围约为10mm；

3、成像质量优良，其像质超过3μm的1/4寸CMOS的需求，分辨率高；

4、能够在没有采用修改透镜距离的条件下实现了焦距的改变，使用相当方便，同时调焦迅速准确，体积小巧，和普通的虹膜识别物镜在相近似的结构下即可实现变焦，应用广泛。

附图说明

图1为本发明结构原理图；

图2为变焦距透镜组的结构原理图；

图3为物镜工作距离为485mm时的调制传递函数MTF曲线图；

图4为物镜工作距离为485mm时的点列图；

图5为物镜工作距离为485mm时的场曲畸变图；

图6为物镜工作距离为340mm时的调制传递函数MTF曲线图；

图7为物镜工作距离为340mm时的点列图；

图8为物镜工作距离为340mm时的场曲畸变图；

图9为物镜工作距离为253mm时的调制传递函数MTF曲线图；

图10为物镜工作距离为253mm时的点列图；

图11为物镜工作距离为253mm时的场曲畸变图；

图中 1，第一凸透镜；2，第一凹透镜；3，第二凹透镜；4，第二凸透镜；5，变焦距透镜组；51，第一液态材料层；52，第二液态材料层；53，第一玻璃层；54，第二玻璃层；6，CMOS芯片；d1，第一凸透镜和所述第一凹透镜之间的距离；d2，第一凹透镜和所述第二凹透镜之间的距离；d3，第二凹透镜和所述第二凸透镜之间的距离；d4，第二凸透镜和所述变焦距透镜组之间的距离；d5，变焦距透镜组和所述CMOS芯片的距离。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1、图2所示，一种变焦虹膜识别物镜，包括依次同轴间距排列的第一凸透镜1、第一凹透镜2、第二凹透镜3、第二凸透镜4、变焦距透镜组5、CMOS芯片6；所述第一凸透镜1的焦距为10mm～25mm；所述第一凹透镜2的焦距为-20mm～-30mm；所述第二凹透镜3的焦距为-5mm～-10mm；所述第二凸透镜4的焦距为5mm～12mm；所述变焦距透镜组5的焦距为-30mm～-50mm；所述第一凸透镜1的折射率为1.6～1.8；所述第一凹透镜2的折射率为1.7～1.85；所述第二凹透镜3的折射率为1.4～1.6；所述第二凸透镜4的折射率为1.7～1.9；所述第一凸透镜1的中心厚度为1mm～5mm；所述第一凹透镜2中心厚度为1mm～3mm；所述第二凹透镜3的中心厚度为1mm～5mm；所述第二凸透镜4的中心厚度为1mm～5mm；所述变焦距透镜组5的中心厚度为3mm～6mm；所述CMOS芯片为1/4英寸，像素尺寸为3μm，其对应的像方分辨率为83lp/mm。

所述变焦距透镜组5包括液态透镜，所述液态透镜包括同轴贴合设置的第一液态材料层51和第二液态材料层52，所述第一液态材料层51的折射率为1.2～1.4；所述第二液态材料层52的折射率为1.4～1.6；所述液态透镜通过改变第一液态材料层51中的表面曲率和第一液态材料层51及第二液态材料层52的中心厚度来获得不同的焦距。

所述第二液态材料层52在与所述第一液态材料层51的贴合处为内凹面；所述第一液态材料层51在与所述第二液态材料层52的贴合处为与内凹面对应的外凸面；在变焦过程中由于第一液态材料层51表面曲率的变化带来第二液态材料层52中的中心厚度与第一液态材料层51的中心厚度随之变化。所述变焦距透镜组5还包括设于所述第一液态材料层51外端的用于保护所述第一液态材料层51的第一玻璃层53及设于所述第二液态材料层52外端的用于保护所述第二液态材料层52的第二玻璃层54。

所述第一凸透镜1和所述第一凹透镜2之间的距离d1为2mm～8mm；所述第一凹透镜2和所述第二凹透镜3之间的距离d2为1mm～5mm；所述第二凹透镜3和所述第二凸透镜4之间的距离d3为0.5mm～2mm；所述第二凸透镜4和所述变焦距透镜组5之间的距离d4为1mm～3mm；所述变焦距透镜组5和所述CMOS芯片6的距离d5为5mm～12mm。

采用这种结构设计不仅结构简单，而且无需要变焦组态和补偿组态互相配合即可实现变焦距功能；能够在没有采用修改透镜距离的条件下实现了焦距的改变，使用相当方便，同时调焦迅速准确，体积小巧，和普通的虹膜识别物镜在相近似的结构下即可实现变焦，应用广泛。

现以本发明的变焦虹膜识别物镜的工作距离为485mm、340mm和253mm为例阐述其所达到的实际效果：

工作距离为485mm时：

如图3、4、5所示，从图3中可以看到整个镜头的所有视场的成像质量一致，MTF曲线呈紧凑的一束，且在83lp/mm下MTF值大于0.4。从图4可以看到各个视场下的弥散斑较小，说明该成像物镜的像质优良。从图5可以看到表面场曲小于0.05mm，畸变各视场都小于1％。

工作距离为340mm时：

如图6、7、8所示，从图6中可以看到整个镜头的所有视场的成像质量一致，MTF曲线呈紧凑的一束达到衍射极限，且在83lp/mm下MTF值大于0.7。从图7中可以看到各个视场下的弥散斑较小，说明该成像物镜的像质优良。从图8可以看到表面场曲小于0.05mm，畸变各视场都小于1％。

工作距离为253mm时：

如图9、10、11所示，从图9中可以看到整个镜头的所有视场的成像质量一致，MTF曲线呈紧凑的一束达到衍射极限，且在83lp/mm下MTF值大于0.4。从图10可以看到各个视场下的弥散斑较小，说明该成像物镜的像质优良。从图11可以看到表面场曲小于0.1mm，畸变各视场都小于0.5％。

从上面实验结果可以得出，本发明的变焦虹膜识别物镜非常显著地将虹膜识别设备的工作距离范围提升到232mm，而其他一般的虹膜识别物镜的工作距离范围约为10mm；且成像质量优良，其像质超过3μm的1/4寸CMOS的需求，分辨率高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种变焦虹膜识别物镜，其特征在于：由依次同轴间距排列的第一凸透镜(1)、第一凹透镜(2)、第二凹透镜(3)、第二凸透镜(4)、变焦距透镜组(5)、CMOS芯片(6)组成；所述第一凸透镜(1)的焦距为10mm～25mm；所述第一凹透镜(2)的焦距为-20mm～-30mm；所述第二凹透镜(3)的焦距为-5mm～-10mm；所述第二凸透镜(4)的焦距为5mm～12mm；所述变焦距透镜组(5)的焦距为-30mm～-50mm；所述第一凸透镜(1)的折射率为1.6～1.8；所述第一凹透镜(2)的折射率为1.7～1.85；所述第二凹透镜(3)的折射率为1.4～1.6；所述第二凸透镜(4)的折射率为1.7～1.9；所述第一凸透镜(1)的中心厚度为1mm～5mm；所述第一凹透镜(2)中心厚度为1mm～3mm；所述第二凹透镜(3)的中心厚度为1mm～5mm；所述第二凸透镜(4)的中心厚度为1mm～5mm；所述变焦距透镜组(5)的中心厚度为3mm～6mm；所述CMOS芯片为1/4英寸，像素尺寸为3μm，其对应的像方分辨率为83lp/mm；

所述变焦距透镜组由液态透镜组成，所述液态透镜包括两层液态材料，分别为同轴贴合设置的第一液态材料层(51)和第二液态材料层(52)，所述第一液态材料层(51)的折射率为1.2～1.4；所述第二液态材料层(52)的折射率为1.4～1.6；所述液态透镜通过改变第一液态材料层中的表面曲率和第一液态材料层及第二液态材料层的中心厚度来获得不同的焦距；

所述第二液态材料层(52)在与所述第一液态材料层(51)的贴合处为内凹面；所述第一液态材料层(51)在与所述第二液态材料层(52)的贴合处为与内凹面对应的外凸面；所述第一凸透镜(1)和所述第一凹透镜(2)之间的距离(d1)为2mm～8mm；所述第一凹透镜(2)和所述第二凹透镜(3)之间的距离(d2)为1mm～5mm；所述第二凹透镜(3)和所述第二凸透镜(4)之间的距离(d3)为0.5mm～2mm；所述第二凸透镜(4)和所述变焦距透镜组(5)之间的距离(d4)为1mm～3mm；所述变焦距透镜组(5)和所述CMOS芯片(6)的距离(d5)为5mm～12mm。

2.根据权利要求1所述的一种变焦虹膜识别物镜，其特征在于：所述变焦距透镜组(5)还包括设于所述第一液态材料层(51)外端的用于保护所述第一液态材料层(51)的第一玻璃层(53)及设于所述第二液态材料层(52)外端的用于保护所述第二液态材料层(52)的第二玻璃层(54)。