一种用于移动客户端设备的虹膜装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于移动客户端设备的虹膜装置，至少包括用于成像的定焦镜头光学组件和置于该定焦镜头光学组件后端用以捕捉物像的像面，还包括用以增大物距、减小像距，置于所述定焦镜头光学组件前端、后端或置于所述定焦镜头光学组件之间的平行折射光学元件。通过该虹膜装置可以在兼顾手机、平板等移动客户端手机镜头的基本摄像、录像等功能的同时可实现近距离虹膜识别功能，同时提高内置镜头的成像质量，提高整体系统的性能。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于生物识别和成像领域，尤其涉及一种用于移动客户端设备的虹膜装置。
技术介绍
目前生物识别的方法基于面部特征，例如虹膜。虹膜识别方法是通过对比即得的虹膜像与先前虹膜像的模板识别技术，从而确定和识别该目标。具体来说首先利用数学和统计学算法编码虹膜成像数字模板，虹膜成像数字模板与先前编码的虹膜成像数字模板对比，用来定位配对，从而确定和识别目标。相应的虹膜识别设备包括捕获目标虹膜的成像装置和对比捕获像和先前储存虹膜像信息的影像处理装置。成像装置和影像处理装置可以是分离设备或者组合设备。随着人类对私密性及安全性的重视，在手机、平板电脑或者笔记本等移动客户端设备中迫切地需要添加虹膜识别装置。然而，众所周知，手机、平板电脑等移动客户端设备镜头一般为通用镜头，主要用于拍摄景物和人。与生物识别的虹膜成像完全不一样。给定虹膜尺寸，手机、平板等移动客户端设备镜头特定的传感器的像素尺寸，给定物距(虹膜距离虹膜识别装置位置固定)，配置该镜头去捕获在像空间有合适虹膜半径的虹膜像，特定的捕捉区域限定了虹膜成像的识别距离(一般该距离远小于摄影距离)。根据长期的设计经验，对于手机内置定焦成像装置，用于虹膜成像的成像设备要求目标虹膜在光学组件 物侧的最佳移动范围在250mm以内。相比之下，要求目标物体被放置在光学装置的光学组件物侧的250mm以内，对于摄影、录像等移动客户端镜头模组的基本功能显然是不合适的。虹膜图像的捕捉依赖于红外波长，而非虹膜图像的捕捉通常利用红外截止滤光器件去减弱红外光，通过可见波长到达传感器，实现成像的功能。现有改变相机物面技术方案多采用变焦透镜装置，此时透镜组件包括多个单独的透镜，这些透镜可以沿透镜组件轴向滑动，从而改变焦距和放大率。然而变焦镜头组价格比较昂贵且和定焦镜头组相比体积较大，不适合在手机设备的内置应用。因此在手机、平板电脑等移动客户端设备中常利用定焦镜头。对于定焦镜头，如果改变物平面，像平面也会发生移动。当像平面不在传感器表面时，这将导致在传感器表面采集到离焦像。配置一个镜头模组捕捉一个在虹膜像平面有合适直径的虹膜图像很显然需要一个特定的目标距离。(距离取决于主体的虹膜需求)，虹膜所在的物平面要远小于摄影物体的物平面，此时假定虹膜的像平面就是探测器的成像表面，摄影物体的物面比虹膜物面远，根据光学成像原理，此时摄影物体的像面位于探测器即虹膜像平面之前，因此在探测器上将形成一个弥散斑，物平面的移动引起像平面的移动，这个移动没办法由定焦系统补偿。当配置一个摄像头在普通摄影模式和虹膜识别模式切换时就会产生这个问题，因为这两种模式下物平面相对于光学装置的光学组件位置明显不同。此时，拍摄对象去获得适当的清晰度和细节的图像，手机设置中内置镜头不能 实现虹膜成像与摄影、录像等功能的综合应用。
技术实现思路
鉴于手机、平板等移动客户端成像设备中光学透镜组件相对传感器不可移动，本技术提供一种有效且廉价的方法，通过插入折射光学元件(如平行平板)改变物距，实现在同一物距对虹膜和摄影清晰成像的目的。前提是(1)透镜组件焦距不变，(2)后表面透镜和传感器表面之间距离不变。同时，本技术也说明平行平板在光路中位置的不同对光路的同一影响。为实现上述目的，本技术提供的技术方案是：一种用于移动客户端设备的虹膜装置，至少包括用于成像的定焦镜头光学组件和置于该定焦镜头光学组件后端用以捕捉物像的像面，其特殊之处在于，还包括用以增大物距、减小像距置于所述定焦镜头光学组件前端、后端、或者所述定焦镜头光学组件之间的折射光学元件。本技术采用上述技术方案，具有如下优点：可以在兼顾手机、平板等移动客户端手机镜头的基本摄像、录像等功能的同时，实现虹膜识别，同时提高内置镜头的成像质量，从而提高整体系统的性能。鉴于滤光片在镜头设计中应用的普遍性，且属于平行平板的一种，因此本技术以滤光片为例，进行例举说明。附图说明图1a：无滤光片内置手机镜头的光学组件示意图；图1b：无滤光片内置手机镜头光学组件经zemax软件仿真结果图；图2：无滤光片内置摄像头的组合光学系统简图；图3a：前置滤光片的移动设备内置摄像头光学组件模型；图3b：前置滤光片的移动设备内置摄像头光学组件经过zemax的仿真数据图；图3c：前置滤光片的移动设备内置摄像头的组合光学系统简图；图4a：后置滤光片的移动设备内置摄像头光学组件模型；图4b：后置滤光片的移动设备内置摄像头光学组件经过zemax的仿真数据图；图4c：后置滤光片的移动设备内置摄像头光的组合光学系统简图。图中：Ⅰ、凸透镜；II、凹透镜；III、第二凸透镜；IV、像面；Ⅴ、折射光学元件；①、I的第一个表面，②、I的第二个表面；③、II的第一个表面，④、II的第二个表面；⑤、III的第一个表面，⑥、III的第二个表面；1、物方焦平面；1'、前置滤光片后的物方焦平面；2、物方主平面；3、前置滤光片后的物方主平面；4、像方主平面，5、后置滤光片的像方主平面；6、像方焦平面；6'、后置滤光片的像方焦平面；7(IV)、像面。具体实施方式虹膜成像的识别距离一般小于普通的智能移动终端内置镜头的摄影距离，导致移动设备的定焦摄像组件近距离拍摄时不能同时实现普通摄像和虹膜识别的问题，为说明本技术提供一种有效且廉价的方法，通过插入平行平板去改变物距，实现在同一物距对虹膜和摄影清晰成像的目的，同时为了说明平行平板在光路中位置的不同对光 路的同一影响。现例举各实施例。根据高斯公式中物像之间的关系 可知：在焦距不变的情况下，物距增大，像距减小。像距减小，物距增大。即通过在现有的移动终端设备的内置定焦成像光学组件中增加具有一定折射率的平行平板，以改变物距或像距，实现在不增加现有的内置定焦成像光学组件的尺寸的前提下改变像距或物距，最终实现在兼顾手机、平板等移动客户端镜头的基本摄像、录像等功能的同时，实现虹膜识别功能。利用zemax仿真软件进行仿真无滤光片的手机镜头模型，如图1a所示是无滤光片的内置手机镜头的光学组件(包括成像透镜组和像面)，其特点是具有视场角58°，焦距为1.9mm，总长为2.26mm，相对孔径为f/2.4的手机镜头。其中I为第一片镜片，为凸透镜，靠近物方，①为I的第一个表面，②为I的第二个表面；II为第二片镜片为凹透镜，③为II的第一个表面，④为II的第二个表面；III为第三片镜片为凸透镜，⑤为III的第一个表面，⑥为III的第二个表面；IV为像面(传感器面)。而图1b是经过zemax的仿真结果。从图1b可知，光学主面位置为：物方：0.193410mm，像方：-1.609625mm，根据光学理论可知，如图2所示，任何组合光学系统从组成上可简单的被看做具有一个物方主点H，一个物方主平面2，一个物方焦点F，一个物方焦平面1，一个像方主点H'，一个像方主平面4、一个像方焦点F'，一个像方焦平面6及像面7的系统，具体如图2所示。其中AB为具有一定高度的垂轴物体，F，F'所在处分别为物方焦点和像方焦点，过物方焦点F和像方焦点F'的垂轴平面为物 方焦平面1和像方焦平面6，QH和Q'H'所在的平面称为物方主平面2和像方主平面4，对应的H，H'分别为物方主点和像方主点，f，f'分别为物方焦距和像方焦距，其正负以主点为原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于移动客户端设备的虹膜装置，至少包括用于成像的定焦镜头光学组件和置于该定焦镜头光学组件后端用以捕捉物像的像面(IV)，其特征在于：还包括用以增大物距、减小像距，置于所述定焦镜头光学组件前端、后端或置于所述定焦镜头光学组件之间的折射光学元件(Ⅴ)。

【技术特征摘要】
1.一种用于移动客户端设备的虹膜装置，至少包括用于成像的定焦镜头光学组件和置于该定焦镜头光学组件后端用以捕捉物像的像面(IV)，其特征在于：还包括用以增大物距、减小像距，置于所述定焦镜头光学组件前端、后端或置于所述定焦镜头光学组件之间的折射光学元件(Ⅴ)。2.一种用于移动客户端设备的虹膜装置，至少包括用于成像的定焦镜头光学组件和置于该定焦镜头光学组件前端、后端后或置于所述定焦镜头光学组件之间的折射光学元件(Ⅴ)，其特征在于：还包括用以增大物距、减少像距的至少一个折射光学元件(Ⅴ)，该折射光学元件(Ⅴ)置于所述定焦镜头光学组件前端，后端或置于所述定焦镜头光学组件之间。3.如权利要求1或2所述的用于移动客户端设备的虹膜装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，张艳妮，
申请(专利权)人：苏州思源科安信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32