CN217821680U - 基于超透镜的虹膜成像***、虹膜检测装置和移动终端 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于超透镜的虹膜成像***、虹膜检测装置和移动终端，在确定人眼位置之后通过在虹膜成像***中设置的超透镜接收人眼反射的红外光，并将接收到的人眼反射的红外光会聚到图像传感器上进行虹膜成像；与相关技术中虹膜检测装置为了变焦使用多个镜头的方式相比，由于超透镜具有体积小和重量轻的优势，可有效降低虹膜成像模组的体积，重量以及***复杂度；而且，人眼在不需要精确对准超透镜某一位置的情况下，就可以轻松实现人眼虹膜识别，极大提升用户体验。

Description

基于超透镜的虹膜成像***、虹膜检测装置和移动终端

技术领域

本申请涉及超透镜应用技术领域，具体而言，涉及一种基于超透镜的虹膜成像***、虹膜检测装置和移动终端。

背景技术

目前，虹膜检测技术作为一种身份识别方案正在广泛的被应用，应用虹膜检测技术的虹膜检测装置中，往往使用液态镜头实现变焦或者利用机械调节实现变焦，但这些变焦方式都会使用多个镜头，会增加虹膜检测装置的体积、重量和***复杂度。

实用新型内容

为解决上述问题，本申请实施例的目的在于提供一种基于超透镜的虹膜成像***、虹膜检测装置和移动终端。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于超透镜的虹膜成像***，包括：人眼位置获取装置、红外光发射装置、虹膜成像模组和处理器；

所述虹膜成像模组，包括：超透镜和图像传感器；

所述处理器，分别与所述人眼位置获取装置、红外光发射装置、虹膜成像模组连接；

所述红外光发射装置，能够发出红外光；

所述人眼位置获取装置，能够确定人眼位置；

所述超透镜，能够根据确定的所述人眼位置，接收所述人眼反射的红外光，并将接收到的所述人眼反射的红外光会聚到所述图像传感器上；

所述图像传感器，根据得到的所述人眼反射的红外光对所述人眼进行虹膜成像。

第二方面，本申请实施例还提供了一种虹膜检测装置，包括：上述第一方面所述的基于超透镜的虹膜成像***。

第三方面，本申请实施例还提供了一种移动终端，包括：上述第二方面所述的虹膜检测装置。

本申请实施例上述第一方面至第三方面提供的方案中，通过在虹膜成像***中设置超透镜，在确定人眼位置之后接收人眼反射的红外光，并将接收到的人眼反射的红外光会聚到图像传感器上进行虹膜成像；与相关技术中虹膜检测装置为了变焦使用多个镜头的方式相比，由于超透镜具有体积小和重量轻的优势，可有效降低虹膜成像模组的体积，重量以及***复杂度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种基于超透镜的虹膜成像***的结构示意图；

图2示出了本申请实施例所提供的一种基于超透镜的虹膜成像***基于超透镜的虹膜成像***中，虹膜成像模组的结构示意图；

图3示出了本申请实施例所提供的一种基于超透镜的虹膜成像***基于超透镜的虹膜成像***中，可调超透镜的视场角大小变换的示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的一种基于超透镜的虹膜成像***基于超透镜的虹膜成像***中，可调超透镜的视场角方向变换的示意图；

图5示出了本申请实施例所提供的一种基于超透镜的虹膜成像***基于超透镜的虹膜成像***中，可调超透镜离轴聚焦的示意图；

图6示出了本申请实施例所提供的一种基于超透镜的虹膜成像***基于超透镜的虹膜成像***中，坐标系变换示意图；

图7示出了本申请实施例所提供的一种基于超透镜的虹膜成像***基于超透镜的虹膜成像***中，通过人眼位置确定可调超透镜相位的示意图；

图8示出了本申请实施例所提供的一种基于超透镜的虹膜成像***基于超透镜的虹膜成像***中，包含多个结构单元的可调超透镜的示意图。

图标：100、人眼位置获取装置；102、红外光发射装置；104、虹膜成像模组；106、处理器；1040、超透镜；1042、图像传感器。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

目前，人眼外观由巩膜、虹膜和瞳孔三部分构成，虹膜位于巩膜和瞳孔之间，占据人眼面积的65％，有丰富的纹理信息。人眼虹膜具有唯一性，其中纹理结构的形成由遗传基因和胚胎发育环境息息相关，有很大的随机性，双胞胎之间，同一人的左右眼，虹膜细节也并不相同。人眼虹膜形貌在人出生三个月之后就基本不再改变，外部改变需要外科手术才行，这让人眼虹膜具有很好的稳定性。另外，瞳孔的自由缩放让虹膜的纹理也有了活体特征，再加上虹膜图像采集无需接触，对用户眼睛也没有伤害，这些条件让虹膜检测非常适于身份识别。相较于其他生物特征识别，虹膜识别有更高的准确性、防伪性、稳定性和难复制性。现在各种业务(如银行注册，支付验证，借贷验证等)对身份识别要求不断提高的背景下，虹膜检测技术具有广泛的市场应用前景。

虹膜检测技术作为一种身份识别方案正在广泛的被应用的情况下，应用虹膜检测技术的虹膜检测装置中，往往使用液态镜头实现变焦或者利用机械调节实现变焦，但这些变焦方式都会使用多个镜头，会增加虹膜检测装置的体积、重量和***复杂度。

基于此，本实施例提出一种基于超透镜的虹膜成像***、虹膜检测装置和移动终端，通过在虹膜成像***中设置超透镜，在确定人眼位置之后接收人眼反射的红外光，并将接收到的人眼反射的红外光会聚到图像传感器上进行虹膜成像；由于超透镜具有体积小和重量轻的优势，可有效降低虹膜成像模组的体积，重量以及***复杂度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本申请做进一步详细的说明。

实施例

参见图1所示的一种基于超透镜的虹膜成像***的结构示意图，本实施例提出一种基于超透镜的虹膜成像***，包括：人眼位置获取装置100、红外光发射装置102、虹膜成像模组104和处理器106。

参见图2所示的虹膜成像模组的结构示意图，所述虹膜成像模组，包括：超透镜1040和图像传感器1042。

其中，上述超透镜作为所述虹膜成像模组的镜头使用。

所述处理器，分别与所述人眼位置获取装置、红外光发射装置、虹膜成像模组连接。

所述红外光发射装置，能够发出红外光；所述人眼位置获取装置，能够确定人眼位置。

所述超透镜，能够根据确定的所述人眼位置，接收所述人眼反射的红外光，并将接收到的所述人眼反射的红外光会聚到所述图像传感器上。

所述图像传感器，根据得到的所述人眼反射的红外光对所述人眼进行虹膜成像。

在一个实施方式中，所述图像传感器可以将所述人眼反射的红外光进行光电转换，得到所述人眼反射的红外光的电信号，然后将人眼反射的红外光进行光电转换后得到的电信号发送到所述处理器，所述处理器通过该电信号进行虹膜成像。

所述处理器通过该电信号进行虹膜成像的具体过程，是现有技术，这里不再赘述。

在一个实施方式中，所述处理器，可以采用任何的微处理器或者微控制器，这里不再一一赘述。

所述红外光发射装置，可以使用现有技术中任何红外线发射器，这里不再一一赘述。

为了确定人眼位置，在本实施例提出的基于超透镜的虹膜成像***中，所述人眼位置获取装置，采用TOF模组。

所述TOF模组，包括：光源、超表面和探测器。

所述光源与探测器分别与所述处理器连接。

所述光源发出的红外光，经由所述超表面投影到TOF模组外部形成红外光点云。

当接收到所述人眼反射的点云信号时，所述探测器对接收到的所述点云信号进行光电转换，并将光电转换后得到的电信号发送到所述处理器，所述处理器通过所述电信号确定所述人眼位置。

所述处理器通过所述电信号确定所述人眼位置的具体过程，是现有技术，这里不再赘述。

在一个实施方式中，所述光源为面阵垂直腔面发射激光器。

所述图像传感器和所述探测器，可以采用但不限于：电荷耦合器件或者互补金属氧化物半导体。

除了使用上述TOF模组之外，上述人眼位置获取装置，还可以采用3D图像传感器，距离传感器和摄像头组合的设备对人眼位置进行确定，具体的实现过程是现有技术，这里不再一一赘述。

为了使超透镜可以根据确定的所述人眼位置，对人眼进行聚焦，就需要超透镜能够变焦，以变焦的方式变换超透镜自身的视场角的大小和方向，来达到对人眼进行聚焦的目的。那么，在本实施例提出的基于超透镜的虹膜成像***中，为了使超透镜能够变焦，并以此变换超透镜自身的视场角的大小和方向，所述超透镜采用可调超透镜。

所述可调超透镜，包括：基底和设置在基底上的多个纳米结构。

通过调节可调超透镜的相位对可调超透镜的焦点位置进行调整，使超透镜能够变焦，以此变换可调超透镜自身的视场角的大小和方向。达到根据确定的所述人眼位置，对人眼进行聚焦的目的。

在一个实施方式中，可以通过光控或者电控等方式调控可调超透镜的相位，具体过程是现有技术，这里不再赘述。

具体地，可以通过调节可调超透镜的焦距，变换可调超透镜自身的视场角的大小，从而实现虹膜成像模组视场角的变换和对人眼的聚焦。其中焦距越小，视场角越大。参见图3所示的可调超透镜的视场角大小远近变换的示意图，当人眼离可调超透镜近的时候，视场角被调大，当人眼离可调超透镜远时，视场角会被调小。人眼和可调超透镜间的距离，是人眼位置获取装置在确定人眼位置后确定的。

为了变换可调超透镜自身的视场角的大小，可调超透镜的相位满足如下公式1：

其中，λ表示人眼反射的红外光的波长，(x,y)表示纳米结构到可调超透镜中心的相对距离，f表示可调超透镜的焦距，焦距f可以在f_min和f_max之间取值；f_min和f_max为设定值。

在使用具有本实施例提出的基于超透镜的虹膜成像***的虹膜检测装置时，人眼大部分情况不会处于可调超透镜的正前方，而是在偏离可调超透镜主光轴的某一位置。为了获取偏离可调超透镜主光轴的人眼的更清晰的虹膜图像，相关技术中一般需要引导用户移动以使双眼对准虹膜成像镜***的镜头。但这样会延长虹膜识别时间，影响用户体验。参见图4所示的可调超透镜的视场角方向变换的示意图，本实施例提出的基于超透镜的虹膜成像***中，可以通过调控可调超透镜的视场角方向，以使可调超透镜的视场角中心轴和人眼位置对齐。

为了改变可调超透镜的视场角方向，需要可调超透镜实现离轴聚焦。参见图5所示的可调超透镜离轴聚焦的示意图，入射光聚焦轴线(即人眼位置)在x-z平面偏转发生偏转，其中聚焦轴线偏转角度α(即人眼位置偏离所述可调超透镜主光轴的角度)，为了改变可调超透镜的视场角方向，可调超透镜相位需满足如下公式2：

其中，λ表示波长，(x,y)表示纳米结构到可调超透镜中心的相对距离，f表示焦距，α表示聚焦轴线偏转角度。

如图5中所示，入射光聚焦轴线在坐标系变换后的x′-z平面偏转，其中聚焦轴线逆时针偏转角度α，这时可调超透镜相位需满足如下公式3：

其中，λ表示波长，(x′,y′)表示坐标系变换后纳米结构到可调超透镜中心的相对距离，f表示焦距，α表示聚焦轴线偏转角度。

参见图6所示的坐标系变换示意图，变换前的x-y-z坐标系和变换后的x′-y′-z坐标系的中心点均为可调超透镜的中心。x-y平面和x′-y′平面均和可调超透镜表面处于同一平面内。变换前的x-y-z坐标系和变换后的x′-y′-z坐标系这两个坐标系的变换关系满足如下公式4：

其中，θ为变换前的x-y-z坐标系的x轴正向和变换后的x′-y′-z坐标系的x′轴正向的夹角。

综上，为了变换所述可调超透镜的视场角的大小和方向，实现对人眼的聚焦，参见图7所示的通过人眼位置确定可调超透镜相位的示意图，将上述公式3带入到上述公式4中，所述可调超透镜的相位

满足如下公式5：

其中，λ表示人眼反射的红外光的红外光波长，(x,y)表示纳米结构相对于可调超透镜中心的位置坐标；f表示可调超透镜的焦距，f在f_min和f_max之间取值；α表示人眼位置偏离所述可调超透镜主光轴的角度；θ表示人眼位置在所述可调超透镜所在平面内的投影与所述可调超透镜中心的连线逆时针偏离所述可调超透镜所在平面内直角坐标系的水平坐标轴的角度。

如图7所示，x-y-z坐标系的x-y平面和可调超透镜在同一个平面，x-y-z坐标系的中心点是可调超透镜中心点O，E为人眼位置，D为E点在x-y平面上的投影；E点位置可以通过“人眼位置获取装置”获取。上述公式5中的α为OE和z轴的夹角，θ为x轴正向和

的夹角；得到E点位置之后，根据人眼位置到超透镜表面中心O点的距离和角度，再通过公式5中的f、α和θ，对所述可调超透镜的视场角的大小和方向进行变换，得到指向人眼的最佳视场角，并根据得到的指向人眼的最佳视场角对人眼进行聚焦，以得到人眼的虹膜图像。

可选地，在本实施例提出的基于超透镜的虹膜成像***中，还包括：填充材料。

所述填充材料填充于所述可调超透镜的多个纳米结构之间。

其中，所述填充材料的折射率与所述纳米结构的折射率之间的差值的绝对值大于等于0.5。

可选地，所述纳米结构的形状，包括：纳米鳍、纳米椭圆柱、纳米圆柱和/或者纳米方柱结构。

参见图8所示的包含多个结构单元的可调超透镜的示意图，每个结构单元均包括至少一个纳米结构，结构单元能够调制入射光，纳米结构可以直接调控光的相位等特性；本实施例中，纳米结构是全介质结构单元，其至少在可见光波段具有高透过率，可选的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓和氢化非晶硅等。其中，多个纳米结构呈阵列排布，从而能够划分出结构单元；该结构单元可以为正六边形、正方形、扇形等，每个结构单元的中心位置，或者每个结构单元的中心位置和顶点位分别设有一个纳米结构。其中，所有的纳米结构可以位于基底的同一侧，或者，部分纳米结构位于基底的一侧，另一部分纳米结构位于基底的另一侧，本实施例对此不作限定。

需要说明的是，可调超透镜的基底为整体的层结构，可调超透镜中的多个结构单元可以是人为划分出来的，即在基底上布设多个纳米结构，从而可以划分出包含一个或多个纳米结构的结构单元，或者说，多个结构单元可以形成一体式结构的可调超透镜。

用可调超透镜实现同时变换虹膜成像模组视场角的大小和方向以对人眼进行聚焦，得到清晰的人眼虹膜图像。这样可以大大加快虹膜识别速度，减少了对用户需要的引导，极大提升用户体验。而且，可调超透镜体积小，重量轻，易于量产，可有效降低虹膜成像模组的体积，重量和成本。

本实施例还提出一种虹膜检测装置，包括：上述的基于超透镜的虹膜成像***。

本实施例还提出一种移动终端，包括：上述的虹膜检测装置。

综上所述，本实施例提出的一种基于超透镜的虹膜成像***、虹膜检测装置和移动终端，通过在虹膜成像***中设置超透镜，在确定人眼位置之后接收人眼反射的红外光，并将接收到的人眼反射的红外光会聚到图像传感器上进行虹膜成像；与相关技术中虹膜检测装置为了变焦使用多个镜头的方式相比，由于超透镜具有体积小和重量轻的优势，可有效降低虹膜成像模组的体积，重量以及***复杂度。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，包括：人眼位置获取装置、红外光发射装置、虹膜成像模组和处理器；

所述虹膜成像模组，包括：超透镜和图像传感器；

所述处理器，分别与所述人眼位置获取装置、红外光发射装置、虹膜成像模组连接；

所述红外光发射装置，能够发出红外光；

所述人眼位置获取装置，能够确定人眼位置；

所述超透镜，能够根据确定的所述人眼位置，接收所述人眼反射的红外光，并将接收到的所述人眼反射的红外光会聚到所述图像传感器上；

所述图像传感器，根据得到的所述人眼反射的红外光对所述人眼进行虹膜成像。

2.根据权利要求1所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，所述人眼位置获取装置，采用TOF模组；

所述TOF模组，包括：光源、超表面和探测器；

所述光源与探测器分别与所述处理器连接；

所述光源发出的红外光，经由所述超表面投影到TOF模组外部形成红外光点云；

当接收到所述人眼反射的点云信号时，所述探测器对接收到的所述点云信号进行光电转换，并将光电转换后得到的电信号发送到所述处理器，所述处理器通过所述电信号确定所述人眼位置。

3.根据权利要求2所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，所述光源为面阵垂直腔面发射激光器。

4.根据权利要求1所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，所述超透镜，采用可调超透镜；

所述可调超透镜，包括：基底和设置在基底上的多个纳米结构。

5.根据权利要求4所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，为了变换可调超透镜自身的视场角的大小，可调超透镜的相位满足如下公式：

其中，λ表示人眼反射的红外光的波长，(x,y)表示纳米结构到可调超透镜中心的相对距离，f表示可调超透镜的焦距。

6.根据权利要求4所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，为了变换所述可调超透镜的视场角的大小和方向，所述可调超透镜的相位

满足如下公式：

其中，λ表示人眼反射的红外光的红外光波长，(x,y)表示纳米结构相对于可调超透镜中心的位置坐标；f表示可调超透镜的焦距，f在f_min和f_max之间取值；α表示人眼位置偏离所述可调超透镜主光轴的角度；θ表示人眼位置在所述可调超透镜所在平面内的投影与所述可调超透镜中心的连线逆时针偏离所述可调超透镜所在平面内直角坐标系的水平坐标轴的角度。

7.根据权利要求4-6任一项所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，还包括：填充材料；

所述填充材料填充于所述可调超透镜的多个纳米结构之间。

8.根据权利要求7所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，所述填充材料的折射率与所述纳米结构的折射率之间的差值的绝对值大于等于0.5。

9.根据权利要求4-6任一项所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，所述纳米结构的形状，包括：纳米鳍、纳米椭圆柱、纳米圆柱和/或者纳米方柱结构。

10.根据权利要求2所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，所述图像传感器和所述探测器，采用电荷耦合器件或者互补金属氧化物半导体。

11.根据权利要求4-6任一项所述的基于超透镜的虹膜成像***，其特征在于，所述可调超透镜的调控方式包括：光控或者电控。

12.一种虹膜检测装置，其特征在于，包括：上述权利要求1-11任一项所述的基于超透镜的虹膜成像***。

13.一种移动终端，其特征在于，包括：上述权利要求12所述的虹膜检测装置。

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