一种小型人脸识别镜头及其成像方法

技术领域

本发明涉及一种小型人脸识别镜头及其成像方法。

背景技术

随着人工智能、物联网、大数据和智能终端等信息化技术的不断发展，如今人脸识别已经越来越普及，并进一步融入到我们的日常生活中。在安防领域，可用于监控和门禁系统；在金融领域，可用于ATM机、手机银行以及人脸支付等服务场景；在教育领域，可用于考勤和管理系统；提高生活的便利性和安全性。同时由于系统整体的美观性要求，要求其前端用于图像摄取的光学镜头具有较小的尺寸，现有光学镜头在满足其基本光学性能的同时，存在尺寸较大的缺点，不能满足如门禁、考勤机以及人脸支付系统对于小型化的需要。

发明内容

本发明提出一种小型人脸识别镜头及其成像方法,在满足基本光学性能的同时，兼具小尺寸和高成像质量。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种小型人脸识别镜头：包括设置于镜头结构内沿光线入射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜构成，第一透镜为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜为弯月正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第四透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。

进一步的，所述第一透镜、第二透镜为玻璃非球面透镜，所述第三透镜、第四透镜为塑胶非球面透镜。

进一步的，整体光学镜头的焦距为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的焦距分别为f

进一步的，第一透镜满足关系式：N

进一步的，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：0～0.1mm；第二透镜与第三透镜的空气间隔为：0.5～1.0mm；第三透镜与第四透镜的空气间隔为：0～0.1mm。

进一步的，所述第三透镜与第四透镜非球面曲线方程表达式为：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；α

进一步的，整体光学镜头的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤1.6。

进一步的，整体光学镜头的F数≤2.0。

进一步的，整体光学镜头的像高H与光学系统的焦距f之间满足：H/f≥1.0。

一种小型人脸识别镜头的成像方法：光线入射时，光路顺序进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜最后在像面进行成像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：相较于传统全玻镜头来说，塑胶非球面镜片通过调整二次曲面系数和非球面系数，可以最大限度的消除球差，进一步改善镜头光学性能，减少光学元件，使得光学镜头总长小于8mm，直径小于6mm，在保证光学镜头成像品质的同时，缩小整体尺寸，满足系统小型化的需求。使用塑胶非球面镜片，结合光学设计时对各个镜片公差敏感度的优化，能够减小生产过程中的不良品概率，降低生产成本。同时第一、第二枚镜片采用玻璃球面镜片，由于玻璃的高低温稳定性和耐磨性，不仅改善镜头的高低温性能，同时也提高镜头表面的耐摩擦性能。

附图说明

图1是本发明实施例一的光学结构示意图；

图2是本发明实施例一的全工作波段轴向色差图；

图3是本发明实施例一的全工作波段垂轴色差图；

图4是本发明实施例一的全工作波段场曲畸变图；

图5是本发明实施例二的光学结构示意图；

图6是本发明实施例二的全工作波段轴向色差图；

图7是本发明实施例二的全工作波段垂轴色差图；

图8是本发明实施例二的全工作波段场曲畸变图。

图中：STO-光阑；L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-等效玻璃平板；IMA-成像面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一：如图1-4所示，一种小型人脸识别镜头：包括设置于镜头结构内沿光线入射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜构成，第一透镜为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜为弯月正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第四透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，通过合理优化二次曲面系数和非球面系数，有效地优化了系统的各种像差问题，提高成像质量。

在本实施例中，所述第一透镜、第二透镜为玻璃非球面透镜，所述第三透镜、第四透镜为塑胶非球面透镜。

在本实施例中，整体光学镜头的焦距为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的焦距分别为f

在本实施例中，第一透镜满足关系式：N

在本实施例中，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：0～0.1mm；第二透镜与第三透镜的空气间隔为：0.5～1.0mm；第三透镜与第四透镜的空气间隔为：0～0.1mm，在满足成像要求的情况下，减小各镜片间的距离，有利于镜头的光学总长，保证小型化。

在本实施例中，所述第三透镜与第四透镜非球面曲线方程表达式为：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；α

在本实施例中，整体光学镜头的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤1.6。

在本实施例中，整体光学镜头的F数≤2.0。

在本实施例中，整体光学镜头的像高H与光学系统的焦距f之间满足：H/f≥1.0。

一种小型人脸识别镜头的成像方法：光线入射时，光路顺序进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜最后在像面进行成像。

本实施例光学系统实现的技术指标如下：

焦距：4.5≤EFFL≤5.5mm；(2)光圈F≤2.0；(3)视场角：2w≥60°；(4)工作波段：红外940nm波段。

为实现上述设计参数，本实施例光学系统所采用的具体设计见下表：

本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表：

本实施例光学系统通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上距离等，在满足镜头成像性能要求的同时，缩小镜头的总长已经各镜片的径向尺寸，做到镜头组小型化。

实施例2：如图6至图8所示，通过合理优化二次曲面系数和非球面系数，有效地优化了系统的各种像差问题，提高成像质量，由于整体结构组成与实施例一相同，仅镜片参数存在区别，因此本实施例仅说明区别参数：

为实现上述设计参数，本实施例光学系统所采用的具体设计见下表：

本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表：

本实施例光学系统通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上距离等，在满足镜头成像性能要求的同时，缩小镜头的总长已经各镜片的径向尺寸，做到镜头组小型化。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系例如“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，且上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。