虹膜识别镜头的光学设计及生产工艺研究

摘要

随着科技飞速发展，智能手机不断更新，传统的身份识别方式已不能满足人们对信息安全的新要求，为此，易用且高可靠的生物识别技术受到人们的高度重视。但在实际应用中发现指纹识别、面部识别等生物识别技术仍存在安全隐患，而虹膜识别技术具有受保护性、高稳定性和高防伪性等独有特点，很好地解决了上述生物识别存在的不足,使其在生物识别界具有很高的研究价值和广泛的应用前景。将虹膜识别技术应用于手机等移动终端是科技迅速发展和人们探索研究的必然。在虹膜识别技术中，虹膜图像的获取是第一步，也是关键一步，它直接影响图像的质量和识别的准确率。本文研究了移动设备上的虹膜图像获取装置，设计了几款虹膜识别镜头，概述了镜头生产工艺，具体内容如下：　　(1)基于初级像差理论，用PW法求解初始结构，通过分析光学系统参数对虹膜图像质量的影响关系，优化设计了一款大孔径、2P非球面结构虹膜识别镜头。设计结果显示：该系统的F数为1.2，总长为4.1mm，全视场角为32°，工作距离为350 mm-500 mm，经像质评价及公差模拟分析，该镜头像质优良，性价比高，可用于加工生产。　　(2)采用专利结构缩放法，优化设计一款3P非球面结构虹膜识别镜头，该系统的光学参数如下：F数为2.0，全视场角为32.6°，总长为4.0 mm。当工作距离在300 mm-350 mm之间时，系统的MTF曲线都较好，在1/2奈奎斯特频率处，0-0.8视场的MTF曲线均大于0.4，TV畸变控制在1%以内，相对照度大于87%。与2P结构的虹膜识别镜头相比，该款虹膜识别镜头总长更短，分辨率更高，虹膜识别精准度更高。　　(3)优化设计一款兼备手机前摄功能的虹膜识别镜头，该镜头F数为2.4，视场角为61.2°，总长为4.45mm。在可见光波段，该系统是手机前摄镜头；而在近红外波段，该系统是虹膜识别镜头。这两种功能由IR切换器实现转换。通过评价不同波段时该系统的像质，既可以满足八百万像素手机镜头的性能要求，又可以满足虹膜识别镜头的性能要求。　　(4)以3P虹膜识别镜头为实例，介绍了镜片、镜筒及镜头的结构设计要点，完成了3P虹膜识别镜头的初始机械结构设计。用Lighttools软件对结构进行杂光模拟分析，对有效径区域的杂光采用镀膜解决，非有效径区域的杂光通过改变结构解决。　　(5)简述了镜头的生产工艺。主要包括模具结构设计、注塑成型及镀膜工艺。以设计中所使用的一款塑胶材料为例，完成了基于E48R材料的减反膜系设计，并简要介绍了镀膜生产工艺流程，分析了镀膜参数对镀膜质量的影响。

目录

声明

1 绪论

1.1引言

1.2虹膜识别技术的国内外研究进展

1.3虹膜识别技术的应用及发展前景

1.4 研究目的及研究意义

1.5 论文研究内容及组织结构

2 虹膜识别系统概述

2.1 虹膜的生物特性

2.2 虹膜识别原理

2.3 虹膜图像采集系统

2.4 虹膜识别算法

3 虹膜识别镜头的光学设计

3.1 光学参数对虹膜图像的影响

3.2光源选取及芯片匹配

3.3 PW法求解大孔径虹膜识别镜头初始结构

3.4高解像虹膜识别镜头设计

3.5 小结

4 前摄虹膜一体化的镜头设计

4.1芯片匹配

4.2主要设计技术指标

4.3初始结构选取

4.4 优化设计

4.5 像质评价

4.6 公差模拟

4.7小结

5结构设计及杂光模拟

5.1机械结构设计

5.2 高解像虹膜识别镜头的结构设计

5.3 高解像虹膜识别镜头的杂光模拟

6 非球面塑胶镜片的模具、注塑成型及镀膜工艺

6.1 镜片注塑模具构成

6.2 镜片注塑模具设计

6.3 注塑成型工艺

6.4 基于E48R材料的减反射膜膜系设计

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文