虹膜识别装置及系统的制作方法

本实用新型涉及生物识别领域，具体而言，涉及一种虹膜识别装置及系统。

背景技术：

现有的虹膜识别器，其光源的出光面和拍摄镜头的表面是平行设置的。在拍摄虹膜的时候，人眼一般需要正对拍摄镜头的表面中心，即虹膜中心位于镜头的主光轴上，才能够对虹膜图像进行完整的拍摄记录，然而由于光源和拍摄镜头之间存在一定的距离，使得从光源的出光面中心出射的功率密度最大的光束不能够完全入射到人眼中，只有光源靠近拍摄镜头一侧发出的光强较弱的发散光束才能作为实际拍摄的光源，导致整个系统的光利用率低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种虹膜识别装置及系统，其通过以一定夹角倾斜设置的第一光源和拍摄组件，提升在虹膜拍摄时光源的照明效率。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一方面，本实用新型实施例提供了一种虹膜识别装置，其包括壳体、第一光源及拍摄组件，所述拍摄组件设置于所述壳体的中间，所述第一光源设置于所述壳体的一侧，所述第一光源的出光面的垂直中心线与所述拍摄组件的主光轴方向具有拍摄角度α，所述第一光源出光面的中心到所述拍摄组件收光面的中心的距离为中心间距L1，所述第一光源的出光面的垂直中心线与所述拍摄组件的主光轴的交点到所述拍摄组件收光面的中心的距离为观察距离L2，所述拍摄角度α＝arctan(L1/L2)。

在本实用新型较佳的实施例中，所述虹膜识别装置还包括第二光源，所述第二光源以所述拍摄组件为中心与所述第一光源对称设置在所述壳体的两侧。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一光源与所述壳体铰接，以使所述第一光源在所述第一光源出光面的中心到所述拍摄组件的收光面的中心连线与所述拍摄组件的主光轴构成的平面内调整角度。

在本实用新型较佳的实施例中，所述拍摄组件包括镜头和光电传感器，由所述第一光源发出的光经拍摄虹膜表面反射，再经过所述镜头入射到所述光电传感器的光敏面上。

在本实用新型较佳的实施例中，所述镜头为连续变倍镜头。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一光源为LED发光单元。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一光源的发光波长范围为750nm到900nm。

在本实用新型较佳的实施例中，所述拍摄组件与所述壳体可拆卸式固定连接。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一光源与所述壳体可拆卸式连接。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种虹膜识别系统，其特征在于，包括支撑架和如上所述的虹膜识别装置，所述支撑架与所述虹膜识别装置的壳体两侧分别铰接，以使所述虹膜识别装置与所述支撑架的相对角度可调节。

和现有的虹膜识别器相比，本实用新型提供的虹膜识别装置及系统通过将第一光源和拍摄组件以一定夹角即拍摄角度α相对倾斜设置，使得第一光源发出的光束在朝向拍摄组件主光轴的方向上的功率密度更高，光强分布更为密集，在拍摄虹膜时的照明效果更好，整个系统的光学利用率更高。另外，拍摄角度α、中心间距L1和观察距离L2之间满足关系式α＝arctan(L1/L2)，当人眼正对拍摄组件且位于第一光源的出光面的垂直中心线与拍摄组件的主光轴的交点的位置时，虹膜识别装置的照明效果能够达到最好，相对于现有技术提高了虹膜拍摄的效果，有效缩短了虹膜识别所需的时间，提升了装置的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的虹膜识别装置第一视角的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的虹膜识别装置第二视角的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例提供的虹膜识别装置的工作示意图；

图4为本实用新型第一实施例提供的虹膜识别系统的结构示意图；

图5为本实用新型第二实施例提供的虹膜识别装置的结构示意图。

图标：100-壳体；200-第一光源；300-拍摄组件；400-第二光源；1000-虹膜识别装置；1500-支撑架；2000-虹膜识别系统。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

对于描述光束前进过程的术语，例如“射入”、“经过”、“通过”、“透射”等并不表示要求光束完全穿透或是分束，而是描述一种光学变化或光学处理。如“通过”仅仅是指光束经过该光学元件之后发生了光学上的变化，使光束受到处理而获得解决技术问题所需要的光束，根据具体实施方案中光学元件的不同，可能是反射也可能是透射。另外，“透射”是指光束入射到某一物质分界面发生折射并穿透该分界面的现象，与“反射”相对。

此外，术语“水平”、“竖直”、等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，“输入”、“输出”、“返回”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“形成”仅仅是指光信号或电信号通过该元件、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。

在本实用新型的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述虹膜识别装置及系统中各结构元件的工作原理，表现其中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的光路方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供了一种虹膜识别装置1000，其包括壳体100、第一光源200及拍摄组件300，所述拍摄组件300设置于所述壳体100的中间，所述第一光源200设置于所述壳体100的一侧。

请参照图2，本实施例中，所述壳体100的形状大致为凹形，所述第一光源200设置在位于壳体100左侧的位置，所述拍摄组件300设置于壳体100中间的凹陷处。在本实施例的优选实施方案中，所述第一光源200出光面的中心到所述拍摄组件300收光面的中心之间的连线，与所述拍摄组件300的主光轴垂直。

本实施例中，所述第一光源200的出光平面设置的方向朝向所述拍摄组件300倾斜。所述第一光源200的出光面的垂直中心线的方向，与所述拍摄组件300的主光轴方向，具有拍摄角度α，所述第一光源200出光面的中心到所述拍摄组件300收光面的中心的距离为中心间距L1，所述第一光源200的出光面的垂直中心线与所述拍摄组件300的主光轴的交点到所述拍摄组件300收光面的中心的距离为观察距离L2，所述中心间距L1、观察距离L2与拍摄角度α之间即满足关系式α＝arctan(L1/L2)。

本实施例中，所述第一光源200到所述拍摄组件300之间的中心间距L1，可以是固定的，也可以是能够进行调节的。例如，通过在壳体100左侧设置伸缩杆，并将所述第一光源200安装到所述伸缩杆上，该伸缩杆能够在所述第一光源200到所述拍摄组件300之间连线所在的直线上移动，即可通过操作该伸缩杆使第一光源200到所述拍摄组件300的距离发生变化，实现所述第一光源200与所述拍摄组件300之间的中心间距L1的调节。

本实施例中，所述第一光源200相对于所述壳体100的倾斜角度是可调的。例如，将所述第一光源200与所述壳体100通过铰链铰接，使得所述第一光源200的出光面的垂直中心线与所述拍摄组件300的主光轴的夹角，即拍摄角度α可以在由所述第一光源200到所述拍摄组件300的连线与所述拍摄组件300的主光轴构成的平面内自由调节。优选的，拍摄角度α的可调节范围为0到90°。

本实施例中，所述第一光源200可以是LED发光单元，其发光波长范围为750nm到900nm的红外光，其对虹膜拍摄的照明效果相对可见光更好，且不会刺激人眼。优选的，所述第一光源200的发光波段峰值在850nm左右。

本实施例中，所述拍摄组件300可以包括镜头和光电传感器。所述镜头可以是由多个透镜组成的透镜组，用于将由人眼反射的物光收集并汇聚，最终在所述光电传感器的光敏面上成像。所述镜头中透镜组的主光轴可以认为是拍摄组件300的主光轴。

本实施例中，所述光电传感器可以是CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)。光电传感器的光敏面正对所述拍摄组件300的镜头且与镜头的主光轴垂直，用于接收由人眼反射的物光通过镜头形成的成像光信号，并可将光信号转换为携带图像信息的电信号，以在后续的图像采集中进一步对图像信号进行输出，形成虹膜的数字图像，实现对虹膜的拍摄。

本实施例中，优选的，所述拍摄组件300的镜头可以是连续变倍镜头，其能够在一定范围内进行焦距的调节，以此来适用对不同距离人眼的拍摄。由于镜头的设计已经很成熟，只需要根据摄像光路的结构来进行镜头的选择，需要保证镜头的像面与光电传感器的光敏面重合，以获得较好的成像质量。

本实施例中，所述的第一光源200的发光面可以指的是第一光源200最外层的用于光束通过的透明介质材料的表面。可以理解的是，沿第一光源200的发光面的垂直中心线出射的光束的功率密度最高，光强最大；而偏离所述发光面的垂直中心线出射的光束的功率密度，与偏离所述发光面的垂直中心线的角度呈反比例衰减，即偏离角度越大，偏离光束与发光面的垂直中心线处光束的相对光强就越弱。

本实施例中，所述的拍摄组件300的收光面可以指的是拍摄组件300的镜头最靠近物体侧的透镜的物方表面，该透镜表面的中心位于所述镜头的主光轴上。

请参照图3，本实施例提供的虹膜识别装置1000在虹膜拍摄时，人眼正对拍摄组件300的镜头，视线与所述镜头的主光轴平行。由第一光源200发出的光束入射到人眼的虹膜表面，再由人眼反射形成物光入射到拍摄组件300中，经过拍摄组件300的镜头在拍摄组件300内的光电传感器的光敏面上成像，并转换为虹膜图像信号进行后续的图像识别。

可以理解的是，虹膜识别时人眼必须位于拍摄组件300的主光轴上，此时要保证好的照明效果，还需要人眼位于第一光源200的发光面的垂直中心线上，因此当拍摄组件300的主光轴与第一光源200发光面的垂直中心线存在交点，且人眼位于该交点拍摄时，整个光学系统的照明效果最好，光学利用率最高。但实际拍摄中，人眼与拍摄组件300的距离不是每次都相同的，因此最佳拍摄点距离拍摄组件300的收光面的观察距离L2会产生变化，由于第一光源200和拍摄组件300的中心间距L1一般情况下是不变的，由式α＝arctan(L1/L2)可以得知，拍摄角度α随观察距离L2的增大逐渐减小。根据人眼的位置，及时调整第一光源200的倾斜角，直至第一光源200发光面的垂直中心线与拍摄组件300的主光轴的夹角调整至由式α＝arctan(L1/L2)计算得出的拍摄角度α值，此时第一光源200的照明效果可以达到最佳。

例如，中心间距L1＝26.7mm，观察距离L2＝250mm时，第一光源200发光面的垂直中心线与拍摄组件300的主光轴的夹角即拍摄角度α可以调整至α＝arctan(26.7/250)≈6.1°。

特别的，为了使第一光源200和拍摄组件300能够在不同情况下进行更换，第一光源200和壳体100可以是可拆卸式连接，拍摄组件300和壳体100可以是可拆卸式固定连接。

本实施例提供的虹膜识别装置1000，通过将第一光源200朝向拍摄组件300倾斜设置，使得系统的照明效果更好，相对于现有技术，其拍摄的虹膜图像匹配程度高，有效缩短了虹膜识别所需的时间，提升了装置的工作效率。

请参照图4，本实施例还提供了一种虹膜识别系统2000，包括支撑架1500和如上所述的虹膜识别装置1000，所述支撑架1500与所述虹膜识别装置1000的壳体100两侧分别铰接，以使所述虹膜识别装置1000与所述支撑架1500的相对角度可调节。

在具体实施中，可以在将所述支撑架1500固定之后，调节虹膜识别装置1000的俯仰角至合适的位置，再将虹膜识别装置1000的位置固定，以适应不同的测量位置。

第二实施例

请参照图5，本实施例提供了一种虹膜识别装置1000，与上述第一实施例最大的不同在于，本实施例中的虹膜识别装置1000还包括第二光源400，所述第二光源400以拍摄组件300为中心与第一光源200对称设置在所述壳体100的两侧。

可以理解的是，第二光源400朝向拍摄组件300主光轴的倾斜设置角度，和所述第一光源200朝向拍摄组件300主光轴的倾斜设置角度相同，第一光源200和第二光源400可以同时对同一拍摄物体进行照明。

本实施例中，所述第二光源400和第一光源200的功能可以是相同的，也可以是不同的。例如，第二光源400的发光波段可以与第一光源200不同，例如第一光源200设置为800nm，第二光源400设置为900nm，以适应不同吸收率的拍摄物体。

特别的，本实施例提供的虹膜识别装置1000还可以在不调整位置的情况下同时进行对人双眼的拍摄。例如，在人眼正对拍摄组件300且位置固定时，第一光源200开启，第二光源400关闭，第一光源200先对靠近所述第一光源200的人眼进行照明。待靠近所述第一光源200的眼睛拍摄结束之后，关闭第一光源200，再开启第二光源400，对远离所述第一光源200的眼睛进行照明。最后，拍摄到的两幅图像即分别记录了人的左右眼虹膜图像。

实际拍摄中，由于在近距离时，人双眼之间的间距不可被忽略，而单一镜头的拍摄组件300可能不能在同一位置拍摄到完整的双眼图像，因此还可以将拍摄组件300替换为双镜头，分别对人的双眼进行拍摄。

本实施例提供的虹膜识别装置1000通过设置双光源，使得从拍摄组件300两侧入射到人眼的光束更均匀，拍摄图像不会出现一明一暗，提高了图像质量，相对于上述第一实施例，其虹膜识别效果更好，对不同环境的适应性更高。

综上所述，本实用新型提供的虹膜识别装置及系统通过将第一光源和拍摄组件以一定夹角即拍摄角度α相对倾斜设置，使得第一光源发出的光束在朝向拍摄组件主光轴的方向上的功率密度更高，光强分布更为密集，在拍摄虹膜时的照明效果更好，整个系统的光学利用率更高。另外，拍摄角度α、中心间距L1和观察距离L2之间满足关系式α＝arctan(L1/L2)，当人眼正对拍摄组件且位于第一光源的出光面的垂直中心线与拍摄组件的主光轴的交点的位置时，虹膜识别装置的照明效果能够达到最好，相对于现有技术提高了虹膜拍摄的效果，有效缩短了虹膜识别所需的时间，提升了装置的工作效率。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。