本實用新型涉及光學(xué)成像透鏡組,尤其涉及一種虹膜識別光學(xué)成像透鏡組。
背景技術(shù):
目前隨著虹膜識別技術(shù)的深入研究,硬件技術(shù)和算法設(shè)計被不斷的優(yōu)化,虹膜識別技術(shù)有望在移動支付領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。在智能移動終端設(shè)備如手機(jī)可集成虹膜識別模塊。由于手機(jī)廣泛使用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器,以及手機(jī)的物理尺寸特性,對虹膜識別光學(xué)成像透鏡組有著與手機(jī)光學(xué)成像透鏡組相似的要求。
現(xiàn)有的虹膜識別光學(xué)成像透鏡組通常能夠滿足虹膜識別要求,但具有以下缺點:(1)太多球面透鏡的使用降低了光學(xué)系統(tǒng)的自由度,導(dǎo)致此光學(xué)系統(tǒng)的總長不易做短,重量不易變輕,體積不易變小,元件片數(shù)不易變少;(2)由于玻璃鏡片自身的光學(xué)冷加工工藝特點使得產(chǎn)品量產(chǎn)性能較差。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型的目的在于提供一種虹膜識別光學(xué)成像透鏡組,不僅結(jié)構(gòu)簡單,而且體積小巧重量輕。
本實用新型的技術(shù)方案在于:一種虹膜識別光學(xué)成像透鏡組,包括由物側(cè)至像側(cè)依次設(shè)置的第一透鏡、孔徑光闌、第二透鏡和第三透鏡;所述第一透鏡的物側(cè)表面為凸面,像側(cè)表面為凹面,并具有正屈折力;所述第二透鏡的物側(cè)表面為凸面,像側(cè)表面為凹面,并具有負(fù)屈折力,且第二透鏡的物側(cè)表面及像側(cè)表面皆為非球面;所述第三透鏡呈M字形結(jié)構(gòu)并具有負(fù)屈折力,第三透鏡的物側(cè)表面為凸面,像側(cè)表面為凹面,且第三透鏡的物側(cè)表面及像側(cè)表面皆為非球面,所述第三透鏡的像側(cè)表面上至少有一個拐點。
進(jìn)一步地,所述第一透鏡的物側(cè)表面與像側(cè)表面中至少有一表面為非球面。
進(jìn)一步地,所述第一透鏡的物側(cè)表面鍍有能反射可見光并透過近紅外光的濾光膜。
進(jìn)一步地,所述第三透鏡的后側(cè)設(shè)置有能反射可見光并透過近紅外光的平面濾光片。
進(jìn)一步地,所述第一透鏡的物側(cè)表面鍍有能反射可見光并透過近紅外光的濾光膜并且第三透鏡的后側(cè)設(shè)置有能反射可見光并透過近紅外光的平面濾光片。
進(jìn)一步地,所述第三透鏡的后側(cè)且位于平面濾光片的后側(cè)還設(shè)置有電子感光元件,所述第一透鏡的物側(cè)表面至電子感光元件的距離TTL和整體成像透鏡組的焦距f滿足0.8<TTL/f<1.2。
進(jìn)一步地,所述第一透鏡的像側(cè)表面及第二透鏡和第三透鏡的物側(cè)表面、像側(cè)表面均鍍有能增強(qiáng)近紅外光透過率的近紅外波段增透膜。
進(jìn)一步地,所述第一透鏡的焦距f1、第二透鏡的焦距f2、第三透鏡的焦距f3和整體成像透鏡組的焦距f分別滿足0<f1/f<2,-2 <f2/f1<0, f3/f<0。
進(jìn)一步地,所述第一透鏡的折射率N1、第二透鏡的折射率N2和第三透鏡的折射率N3分別滿足N1≥1.56、N2≥1.56、N3≥1.56;所述第一透鏡于光軸上的厚度CT1和整體成像透鏡組的焦距f滿足0.05<CT1/f<0.18。
進(jìn)一步地,所述第一透鏡的物側(cè)表面曲率半徑R1和第一透鏡的像側(cè)表面曲率半徑R2滿足0.2<R1/R2<1;所述第一透鏡的物側(cè)表面曲率半徑R1和整體成像透鏡組的焦距f滿足0.1<R1/f<0.5。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較,本發(fā)明具有以下優(yōu)點:該虹膜識別光學(xué)成像透鏡組由三枚具屈折力透鏡組成,不僅結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧和重量較輕,而且通過透鏡組的光焦度分配方式,可以有效地減小透鏡組體積,降低光學(xué)系統(tǒng)的敏感度,平衡各種像差,從而獲得較高的分辨率;同時該虹膜識別光學(xué)成像透鏡總長短小容易集成在便攜式輕薄可攜移動終端設(shè)備上,可被廣泛運(yùn)用于手機(jī)移動支付領(lǐng)域;其在近紅外波段具有較高的成像質(zhì)量,TV畸變小;降低了光學(xué)系統(tǒng)的敏感度,易于大批量加工制造。
附圖說明
圖1為本實用新型的成像透鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本實用新型的成像透鏡組實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本實用新型的成像透鏡組實施例一的像差曲線圖;
圖4為本實用新型的成像透鏡組實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為本實用新型的成像透鏡組實施例二的像差曲線圖;
圖中:10-第一透鏡 11-物側(cè)表 12-像側(cè)表面 20-第二透鏡 21-物側(cè)表 22-像側(cè)表面 23-左側(cè)彎曲形狀 30-第三透鏡 31-物側(cè)表 32-像側(cè)表面 40-孔徑光闌 50-平面濾光片 60-電子感光元件。
具體實施方式
為讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂,下文特舉實施例,并配合附圖,作詳細(xì)說明如下,但本實用新型并不限于此。
一種虹膜識別光學(xué)成像透鏡組,包括由物側(cè)至像側(cè)依次設(shè)置的第一透鏡10、孔徑光闌40、第二透鏡20和第三透鏡30,第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡分別為具屈折力的光學(xué)樹脂透鏡。所述第一透鏡的光焦度為正,且第一透鏡的物側(cè)表面11為凸面,像側(cè)表面12為凹面,第一透鏡的物側(cè)表面與像側(cè)表面中至少有一表面為非球面,以便獲得較多控制變量,用于平衡像差,進(jìn)而起到縮減透鏡數(shù)目,有效降低光學(xué)系統(tǒng)總長,提高解析力。所述第二透鏡光焦度為負(fù),且第二透鏡的物側(cè)表面21為凸面,像側(cè)表面22為凹面,第二透鏡的物側(cè)表面及像側(cè)表面皆為非球面;所述第三透鏡的光焦度為負(fù),且第三透鏡呈M字形結(jié)構(gòu),第三透鏡的物側(cè)表面31為凸面,像側(cè)表面32為凹面,第三透鏡的物側(cè)表面及像側(cè)表面皆為非球面,所述第三透鏡的像側(cè)表面上至少有一個拐點。所述第二透鏡和第三透鏡分別由塑膠材質(zhì)制成,不僅有利于球面制造,而且有利于量產(chǎn),可有效降低生產(chǎn)成本。該孔徑光闌用于控制虹膜識別光學(xué)成像透鏡組的通光量。
第一透鏡具有正屈折力,首先將光線偏向光軸進(jìn)行一定程度的壓縮,可有效縮短透鏡組的光學(xué)總長;第二透鏡具負(fù)屈折力,第二近軸光線向軸外偏折,使得焦距滿足設(shè)定值。為了縮短光學(xué)系統(tǒng)總長,第一透鏡與第二透鏡的空氣間隔會有增大的趨勢;第三透鏡具負(fù)屈折力,可以有效分配第二透鏡的屈折力,有助于降低光線在第二透鏡和第三透鏡的孔徑角,同時減小透鏡組的敏感度。第一透鏡可與第二透鏡、第三透鏡組合負(fù)屈折力的透鏡等效組成一正-負(fù)望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu),可有效降低透鏡組的總長度,實現(xiàn)小型化的結(jié)構(gòu)形式。
第一透鏡為彎月形透鏡,較小的曲率半徑可有效的加大第一透鏡屈折力的分配,進(jìn)行可使該透鏡組的光學(xué)總長變得更短,同時可有效平衡透鏡產(chǎn)生的球差,且厚彎月形透鏡可較好平衡其他透鏡產(chǎn)生的場曲;第二透鏡可以有效修正系統(tǒng)的單色像差;第三透鏡為彎月形透鏡,光焦度小,有利于修正系統(tǒng)的高級像差,主要是畸變。
將光闌置于第一透鏡和第二透鏡之間且靠近第一透鏡的像側(cè)表面時,可以有效的縮短該透鏡組的光學(xué)總長。光闌位置可使該透鏡組的出射光瞳遠(yuǎn)離成像面,使得像方孔徑角較小。此外該第三透鏡上設(shè)置有拐點,可有效的壓制軸外視場的光線入射于感光元件上的角度,減小感光元件上軸外視場主光線角,并且可進(jìn)一步校正軸外視場的像差。
上述述第一透鏡的焦距f1、第二透鏡的焦距f2、第三透鏡的焦距f3和整體成像透鏡組的焦距f分別滿足0<f1/f<2,-2 <f2/f1<0, f3/f<0。當(dāng)滿f1/f ,f2/f1足上述關(guān)系時,該第一透鏡與該第二透鏡的屈折力分配平衡,可有降低系統(tǒng)光學(xué)總長,實現(xiàn)小型化的特性。此外可同時避免高階球差的過度增大,進(jìn)而提高像質(zhì)。
上述第三透鏡的后側(cè)還設(shè)置有電子感光元件,所述第一透鏡的物側(cè)表面至電子感光元件60的距離TTL和整體成像透鏡組的焦距f滿足0.8<TTL/f<1.2。
上述第一透鏡的折射率N1、第二透鏡的折射率N2和第三透鏡的折射率N3分別滿足N1≥1.56、N2≥1.56、N3≥1.56;所述第一透鏡于光軸上的厚度CT1和整體成像透鏡組的焦距f滿足0.05<CT1/f<0.18。
上述第一透鏡的物側(cè)表面曲率半徑R1和第一透鏡的像側(cè)表面曲率半徑R2滿足0.2<R1/R2<1;該第一透鏡物側(cè)表面為凸面,曲率半徑較小使得透鏡組能夠支持較大的視場角,同時其像側(cè)表面為凹面具有較大的曲率半徑,可使得外視場可達(dá)到較大的像高。
上述第一透鏡的物側(cè)表面曲率半徑R1和整體成像透鏡組的焦距f滿足0.1<R1/f<0.5。該關(guān)系可使第一透鏡物側(cè)表面在保證較大視場角的同時使得球差不至于太大,以至于破壞像差的平衡狀態(tài)。
光學(xué)成像透鏡組中,所述第一透鏡的物側(cè)表面鍍有能反射可見光并透過近紅外光的濾光膜;或所述第三透鏡的后側(cè)設(shè)置有能反射可見光并透過近紅外光的平面濾光片50,該可見光平面濾光片材質(zhì)為玻璃且其不影響本發(fā)明光學(xué)成像透鏡組的焦距?;蛩龅谝煌哥R的物側(cè)表面鍍有能反射可見光并透過近紅外光的濾光膜并且第三透鏡的后側(cè)設(shè)置有能反射可見光并透過近紅外光的平面濾光片50。
光學(xué)成像透鏡組中,設(shè)置有一光圈及電子感光元件供被攝物體成像,該光圈置于第一透鏡與第二透鏡之間的配置,有利于遠(yuǎn)心特性與象差的校正,整體光學(xué)鏡組總長度也可以更短。
光學(xué)成像透鏡組中,透鏡材質(zhì)可為玻璃或塑膠,若透鏡材質(zhì)為玻璃,則可增加系統(tǒng)的對溫度的穩(wěn)定性,若透鏡材質(zhì)為塑膠,則可以有效降低生產(chǎn)成本。此外鏡面設(shè)置非球面,可以容易制成球面以外的形狀,獲得更多變量,用以校正象差,進(jìn)而縮短透鏡片數(shù),因此可有效降低本發(fā)明光學(xué)成像透鏡組的光學(xué)總長度。
光學(xué)成像透鏡組中,若透鏡表面為凸面,則表示該透鏡表面于近軸處為凸面;若透鏡表面為凹面,則表示該透鏡于近軸處為凹面。
上述第一透鏡的像側(cè)表面及第二透鏡和第三透鏡的物側(cè)表面、像側(cè)表面均鍍有能增強(qiáng)近紅外光透過率的近紅外波段增透膜。
實施例一 參考圖2至圖3
本實施例中,光學(xué)成像透鏡組主要由三枚透鏡構(gòu)成,由物側(cè)至像側(cè)依序為:光焦度為正的第一透鏡,物側(cè)表面為凸,像側(cè)表面為凹,其材質(zhì)為塑膠,第一透鏡的前物側(cè)表面、像側(cè)表面皆為非球面;光焦度為負(fù)的第二透鏡,物側(cè)表面為凸,像側(cè)表面為凹,其材質(zhì)為塑膠,該第二透鏡的物側(cè)表面、像側(cè)表面皆為非球面;光焦度為負(fù)的第三透鏡,物側(cè)表面為凸,像側(cè)表面為凹,其材質(zhì)為塑膠,該第三透鏡的物側(cè)表面、像側(cè)表面皆為非球面,并且在該第三透鏡的像側(cè)表面上至少有一個拐點,鏡片呈M字形結(jié)構(gòu)。一孔徑光闌置于第一透鏡和第二透鏡之間,用于控制光學(xué)成像透鏡組近紅外光的光通量。
本實施例中,光學(xué)成像透鏡組還包括有一置于第三透鏡的像側(cè)表面與一成像面(即電子感光元件60)之間的可見光濾光片(VISIBLE-filter),該可見光濾光片為平面濾光片50;該可見光濾光片的材質(zhì)為玻璃且其不影響本發(fā)明光學(xué)成像透鏡組的焦距。
本實施例中,上述的非球面的方程式表示如下:
其中,上式其各參量具體含義如下:
X:表示鏡片上非球面相交點的距離;
Y:非球面曲線上的點與光軸的距離;
K:代表圓錐系數(shù);
A4,A6…:非球面第四階系數(shù)、第六階系數(shù)等。
本實施例中,該光學(xué)成像透鏡組的整體成像透鏡組的焦距f =4.42(mm);整體成像透鏡組的光圈值(F-number)Fno =2.8;整體成像透鏡組中最大視場角的一半HFOV =26.3(度)。,
本實施例中,該光學(xué)成像透鏡組的光學(xué)參數(shù)如表1所示,成像透鏡組的非球面系數(shù)如下表2所示。其中曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm,HFOV定義為最大視場角的一半,
表1,
表2。
本實施例中,第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和整體成像透鏡組的焦距分別為f1、f2、f3、f ,其關(guān)系為:f1/f=0.86,f2/f1=-1.81, f3/f=-20.60。此關(guān)系使得該第一透鏡與該第二透鏡的屈折力分配平衡,可有降低系統(tǒng)光學(xué)總長,實現(xiàn)小型化的特性。此外可同時避免高階球差的過度增大,進(jìn)而提高像質(zhì)。
本實施例中,光軸上成像透鏡組第一透鏡的物側(cè)面至電子感光元件的距離為TTL,整體成像透鏡組的焦距為f ,其關(guān)系為: TTL/f=1.00。
本實施例中,第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡的折射率分別為N1、N2、N3,其關(guān)系為:N1=N2=N3=1.585。上述材質(zhì)關(guān)系可以使得透鏡組更加緊湊,總長更短。
本實施例中,第一透鏡于光軸上的厚度為CT1,整體成像透鏡組的焦距為f,其關(guān)系為:CT1/f=0.15。
本實施例中,該第一透鏡的物側(cè)表面曲率半徑和像側(cè)表面曲率半徑分別為R1,R2,其關(guān)系為:R1/R2=0.54。
本實施例中,該第一透鏡的物側(cè)表面曲率半徑為R1,整體成像透鏡組的焦距為f。其關(guān)系為:R1/f=0.28。該關(guān)系可使得第一透鏡物側(cè)表面在保證較大視場角的同時使得球差不至于太大,以至于各種像差能夠得到較好的平衡。
實施例二 參考圖4至圖5
本實施例中,光學(xué)成像透鏡組主要由三枚透鏡構(gòu)成,由物側(cè)至像側(cè)依序為:光焦度為正的第一透鏡,物側(cè)表面11為凸,像側(cè)表面為凹,其材質(zhì)為塑膠,第一透鏡的物側(cè)表面和像側(cè)表面皆為非球面;光焦度為負(fù)的第二透鏡,物側(cè)表面為凸,像側(cè)表面為凹,其材質(zhì)為塑膠,該第二透鏡的物側(cè)表面和像側(cè)表面皆為非球面;光焦度為負(fù)的第三透鏡,物側(cè)表面為凸,像側(cè)表面為凹,其材質(zhì)為塑膠,該第三透鏡的物側(cè)表面和像側(cè)表面皆為非球面,并且在該第三透鏡像側(cè)表面上至少有一個拐點,鏡片呈M字形結(jié)構(gòu);一孔徑光闌置于第一透鏡和第二透鏡之間,用于控制光學(xué)成像透鏡組近紅外光的光通量。
本實施例中,光學(xué)成像透鏡組還包括有一置于第三透鏡的像側(cè)表面與一成像面(即電子感光元件60)之間的可見光濾光片(VISIBLE-filter),該可見光濾光片為平面濾光片50;該可見光濾光片的材質(zhì)為玻璃且其不影響本發(fā)明光學(xué)成像透鏡組的焦距。
本實施例中,非球面曲線方程式的表達(dá)式如同第一實施例的型式。
本實施例中,整體成像透鏡組的焦距f =4.66(mm);整體成像透鏡組的光圈值(F-number) Fno =3;整體成像透鏡組中最大視場角的一半為HFOV,HFOV=24.99(度)。
本實施例中,光學(xué)成像透鏡組的光學(xué)參數(shù)如表3所示,非球面系數(shù)如表4所示,其中曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm,HFOV定義為最大視場角的一半,
表3,
表4。
本實施例中,第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30和整體成像透鏡組的焦距分別為f1、f2、f3、f ,其關(guān)系為:f1/f=0.8,f2/f1=-1.79,f3/f=-4.50。此關(guān)系使得該第一透鏡與該第二透鏡的屈折力分配平衡,可有降低系統(tǒng)光學(xué)總長,實現(xiàn)小型化的特性。此外可同時避免高階球差的過度增大,進(jìn)而提高像質(zhì)。
本實施例中,光軸上成像透鏡組第一透鏡的物側(cè)表面至所述電子感光元件的距離為TTL,整體成像透鏡組的焦距為f ,其關(guān)系為: TTL/f=0.95。
本實施例中,該第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30的折射率分別為N1、N2、N3,其關(guān)系為:N1=N2=N3=1.585。上述材質(zhì)關(guān)系可以使得透鏡組更加緊湊,總長更短。
本實施例中,該第一透鏡于光軸上的厚度為CT1,整體成像透鏡組的焦距為f,其關(guān)系為:CT1/f=0.13。
本實施例中,該第一透鏡的物側(cè)表面曲率半徑和像側(cè)表面曲率半徑分別為R1,R2,,其關(guān)系為:R1/R2=0.50。
本實施例中,該第一透鏡的物側(cè)表面曲率半徑為R1,整體成像透鏡組的焦距為f。其關(guān)系為:R1/f=0.27。該關(guān)系可使得第一透鏡物側(cè)表面在保證較大視場角的同時使得球差不至于太大,以至于各種像差能夠得到較好的平衡。
圖3、圖5所示左邊的球面象差曲線圖中,縱坐標(biāo)為縱向球面象差,橫坐標(biāo)為焦距,單位為毫米。從圖中可見,在不同焦距偏移下,其球面象差的變化情況。
圖3、圖5所示中間場曲曲線中,橫坐標(biāo)表示焦距,單位為毫米;縱坐標(biāo)表示像高,從圖中可以看出對于不同的焦距偏移下,以光軸的不同像高所產(chǎn)生的場曲變化情況。
圖3、圖5所示右邊的成像畸變曲線圖中,橫坐標(biāo)表示扭曲率的百分比;縱坐標(biāo)表示以光軸的不同像高,從圖中可以看出在不同像高時,其扭曲率的變化情況。
該虹膜識別光學(xué)成像透鏡組的成像原理:光束經(jīng)過第一透鏡組進(jìn)入孔徑光闌,其中經(jīng)過第一透鏡的軸上光束有匯聚的趨勢,軸外視場光束具有更大的出射角;光束經(jīng)過第二透鏡,其中中心光束有微小發(fā)散,第二透鏡的像側(cè)面大口徑處左側(cè)彎曲形狀23使得最外視場的光束聚攏;光束經(jīng)過第三透鏡后匯聚到圖像采集元件,第三透鏡不僅校正軸外像差,并且決定了各視場在圖像采集元件成像面上主光線入射角的大小。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例,凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾,皆應(yīng)屬本實用新型的涵蓋范圍。