CN107783292A - 可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其中，该头戴式可视设备包括：框架，用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；图像源，设置于所述框架上，用于向用户播放虚拟图像；光学组件，设置于所述框架上，用于展开所述虚拟图像以便用户观看；不可见光源，与所述图像源并排设置，用于通过所述光学组件照射人眼虹膜；光波导镜片，设置于所述框架上，用于接收并传导人眼虹膜反射的图像信息；光传感器，设置于所述框架上，用于感应所述图像信息从而获得用户虹膜信息。本发明能够将虹膜识别技术集成在头戴式可视设备中，便于携带、操作方便，可以将虹膜识别技术广泛应用于身份认证、在线支付、考勤记录等领域。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种头戴式可视设备，具体来说就是一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备。
背景技术
虹膜识别技术就是基于眼睛中的虹膜进行身份识别，应用于例如门禁等有高度保密需求的场所。人的眼睛结构由巩膜、虹膜、瞳孔晶状体、视网膜等部分组成。虹膜是位于黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，其包含有很多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等的细节特征。而且虹膜在胎儿发育阶段形成后，在整个生命历程中将是保持不变的。这些特征决定了虹膜特征的唯一性，同时也决定了身份识别的唯一性。因此，可以将眼睛的虹膜特征作为每个人的身份识别对象，并且相对于其它生物识别技术而言，虹膜的唯一性、稳定性、防伪性，以及虹膜识别技术的非接触性都具有很大的优势。
现有的虹膜识别系统一般都需要在封闭的环境中，并在良好的照明下，采取必须的遮光措施遮挡环境光线的干扰，才能有效采集到虹膜图像，因而，现有虹膜识别系统通常具有较大的体积，一般投入使用后，设备的位置基本上是固定的，不具备便携特性，因此现有虹膜识别技术根据无法应用到在线支付、身份认证、考勤记录等现代生活及工作当中。
近年来，头戴式电子设备的大量涌现，例如，联想眼镜、谷歌眼镜、虚拟现实(VR)游戏眼镜等，虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(Augmented Reality，AR)及混合现实(Mixed Reality，MR)技术逐渐进入我们的日常生活中。头戴式显示器(HMD，也称为头戴式电子设备)是把二维图像直接反射到观看者的眼睛里，具体就是通过一组光学系统(主要是精密光学透镜)放大超微显示屏上的图像，将影像投射于视网膜上，进而将大屏幕图像呈现在观看者眼中，形象点说就是拿放大镜看物体呈现出放大的虚拟物体图像。图像可以直接通过发光二极管(LED)、主动式矩阵液晶显示器(AMLCD)、有机发光二极管(OLED)或液晶附硅(LCOS)获得，也可以通过光纤等传导方式间接获得。显示系统通过准直透镜成像在无穷远处，然后通过反射面把图像反射进人的眼睛里。头戴式电子设备由于其具有便携性、娱乐性等特点，正在悄然改变人们的现代生活。
因此，如何将虹膜识别技术集成到现有日益兴盛的头戴式电子设备中，从而克服传统虹膜识别设备的弊端，是本领域技术人员长期亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，解决了人们在日常生活中不能随意应用虹膜识别技术，以及头戴式可视设备不具备虹膜识别技术的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的具体实施方式提供一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，包括：框架，用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；图像源，设置于所述框架上，用于向用户播放虚拟图像；光学组件，设置于所述框架上，用于展开所述虚拟图像以便用户观看；不可见光源，与所述图像源并排设置，用于通过所述光学组件照射人眼虹膜；光波导镜片，设置于所述框架上，用于接收并传导人眼虹膜反射的图像信息；光传感器，设置于所述框架上，用于感应所述图像信息从而获得用户虹膜信息。
根据本发明的上述具体实施方式可知，可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备至少具有以下有益效果：通过在光学组件设置半反半透膜，并在光学组件的一侧设置光波导镜片，同时将不可见光源设置于图像源附近，分级透视反射图像源显示的虚拟图像以及不可见光源反射的不可见光，利用光学组件将虚拟图像和不可见光传导到人眼，再利用光波导镜片将人眼虹膜反射的图像信息传送到光传感器，光传感器感应图像信息从而获得用户虹膜信息，可以不影响用户正常观看图像的同时获得用户虹膜信息，将虹膜识别技术集成在头戴式可视设备中，便于携带、操作方便，可以将虹膜识别技术广泛应用于身份认证、在线支付、考勤记录等领域，满足人们现代化工作、生活的需要，符合信息化、网络化、数字化的发展潮流，用户体验度好。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
图1为本发明具体实施方式提供的一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备的实施例一的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的光学组件的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的光波导镜片的实施例一的结构示意图；
图4为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的光波导镜片的实施例二的结构示意图；
图5为本发明具体实施方式提供的一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备的实施例二的结构示意图；
图6为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的实施例一的光路图；
图7为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的实施例二的光路图；
图8为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的实施例三的光路图；
图9为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的实施例四的光路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。
本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1为本发明具体实施方式提供的一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备的实施例一的结构示意图，如图1所示，通过在光学组件设置半反半透膜，并在光学组件的一侧设置光波导镜片，同时将不可见光源设置于图像源附近，分级透视反射图像源显示的虚拟图像以及不可见光源反射的不可见光，利用光学组件将虚拟图像和不可见光传导到人眼，再利用光波导镜片将人眼虹膜反射的图像信息传送到光传感器，光传感器感应图像信息从而获得用户虹膜信息。
该附图所示的具体实施方式中，该头戴式可视设备包括框架10、图像源20、光学组件30、不可见光源40、光波导镜片50和光传感器60，其中，框架10用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；图像源20设置于所述框架10上，图像源20用于向用户播放虚拟图像；光学组件30设置于所述框架10上，光学组件30用于展开所述虚拟图像以便用户观看；不可见光源40与所述图像源20并排设置，不可见光源40用于通过所述光学组件30照射人眼虹膜；光波导镜片50设置于所述框架10上，光波导镜片50用于接收并传导人眼虹膜反射的图像信息；光传感器60设置于所述框架10上，光传感器60用于感应所述图像信息从而获得用户虹膜信息。
本发明的具体实施例中，图像源20可以为发光二极管LED、有机发光二极管OLED、液晶显示器LCD、主动式矩阵液晶显示器AMLCD或者液晶附硅LCOS。不可见光源40可以为红外LED光源，红外LED光源的光波长可以为850nm或者980nm，红外光为不可见光，不会对用户正常观看造成影响，用户体验度好；光传感器60可以为NIR CMOS图像传感器，通常该NIRCMOS图像传感器可以设置于所述框架10的镜腿101处。将NIR CMOS图像传感器设置在所述框架10的镜腿101处，不会影响用户正常观看，而且不会影响头戴式可视设备的整体美感。光波导镜片50为平面透镜，不会影响用户正常观看现实虚拟视频，并且在虚拟视频光线不是很强时，用户也可以透过光学组件30和光波导镜片50观看到真实世界。光波导镜片50位于光学组件30远离人眼的一侧，虚拟图像不会影响人眼虹膜反射的图像信息在光波导镜片50中正常传输，不会产生光传感器60不能准确获得用户虹膜信息的问题。
参见图1，本发明能够在头戴式可视设备中集成虹膜识别技术，便于携带、操作方便，在用户观看虚拟图像的同时获取用户的虹膜信息，不会影响用户正常观看图像，因此，可以将虹膜识别技术广泛应用于身份认证、在线支付、考勤记录等领域，满足人们现代化工作、生活的需要，符合信息化、网络化、数字化的发展潮流，用户体验度好。
图2为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的光学组件的结构示意图，如图2所示，光学组件由多个棱镜、全反射膜、半透膜组成，光学组件展开虚拟图像和不可见光照射人眼，从而实现虚拟图像的近眼显示，同时将不可见光照射到人眼虹膜。
该附图所示的具体实施方式中，光学组件30进一步包括第一梯形棱镜301、设置于所述第一梯形棱镜301的一个腰面上的全反射膜302、多个依次抵靠设置的六面体棱镜303和设置于所述六面体棱镜303的倾斜面上的多个半透膜304，其中，第一梯形棱镜301用于接收所述虚拟图像和不可见光；全反射膜302用于反射所述虚拟图像和不可见光；六面体棱镜303用于导送所述虚拟图像和不可见光；半透膜304用于反射相应比例的所述虚拟图像和不可见光，第一梯形棱镜301与最右侧的六面体棱镜303紧靠设置。本发明的具体实施例中，六面体棱镜303的个数为大于2的正整数，例如共3个六面体棱镜303，即共有4个半透膜304；半透膜304的反射率沿不可见光的传输方向依次升高，即半透膜304的透射率沿不可见光的传输方向依次降低，例如4个半透膜304的透射率沿不可见光的方向分别为80％、70％、50％、30％，对应的反射率分别为20％、30％、50％、70％。
参见图2，半透膜304的透射率沿不可见光的方向依次降低，可以保证经半透膜304反射的虚拟图像的亮度相同，用户观看虚拟图像时不会出现不适；另外当虚拟图像亮度不是很强时，用户还可以通过半透膜304观看到外部的现实世界。
图3为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的光波导镜片的实施例一的结构示意图，如图3所示，人眼虹膜反射的图像信息通过光波导镜片的光输入端进入光波导镜片，并在光波导镜片内传输，然后通过光波导镜片的光输出端输出，最终照射在光传感器上。
该附图所示的具体实施方式中，所述光波导镜片50具有光输入端501和光输出端502，其中，所述光输入端501用于向所述光波导镜片50输入所述图像信息；所述光输出端502用于输出并调整所述图像信息的大小以适应所述光传感器60。进一步地，光输入端501可以为用于向所述光波导镜片50输入所述图像信息的全息光栅；光输出端502可以为用于从所述光波导镜片50输出并调整所述图像信息的大小的全息光栅2。全息光栅2与全息光栅相比，全息光栅2不但具有输出输入图像信息的功能，而且还能够调整图像信息的大小，例如，全息光栅2可以输出并调整所述图像信息的大小以适应所述光传感器40。
图4为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的光波导镜片的实施例二的结构示意图，如图4所示，由于全息光栅不能调整图像信息的大小，因此在光输出端与光传感器之间设置一光学透镜，用于调整图像信息的大小以便在光传感器上成像。
该附图所示的具体实施方式中，光输入端501可以为用于输入所述图像信息的第一全息光栅。光输出端502进一步包括第二全息光栅5021和光学透镜5022，其中，第二全息光栅5021用于从所述光波导镜片50输出所述图像信息；光学透镜5022设置于所述第二全息光栅5021和所述光传感器60之间，光学透镜5022用于调整所述图像信息的大小以适应所述光传感器60。
参见图4，利用全息光栅和光学透镜的组合替代全息光栅2，可以降低头戴式可视设备的成本，降低头戴式可视设备的制作难度，因为，全息光栅2的无论是制作工艺，还是制作成本，都比全息光栅高的多。
图5为本发明具体实施方式提供的一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备的实施例二的结构示意图，如图5所示，处理器可以将光传感器获得的用户虹膜信息与预先存储的虹膜信息进行对比，从而进行身份认证、在线支付、考勤记录等操作。
该附图所示的具体实施方式中，该头戴式可视设备还包括处理器70，处理器70与所述光传感器60连接，处理器70用于根据所述用户虹膜信息进行身份认证。
参见图5，可以预先将用户虹膜信息存储在一个存储器(图中未标示)或者通过无线收发器(图中未标示)存储在远端服务器(图中未标示)中，处理器70比对光传感器60获得的用户虹膜信息与预先存储的虹膜信息，从而进行身份识别、在线支付、考勤记录等操作。
图6为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的实施例一的光路图；图7为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的实施例二的光路图，如图6所示，图像源20和不可见光源40并排设置，图像源20发出的虚拟图像和不可见光源40发出的不可见光通过第一梯形棱镜301进入光学组件30，遇到第一梯形棱镜301的一个腰面上的全反射膜302后，虚拟图像和不可见光全部被反射后，进行横向传输；然后，虚拟图像和不可见光遇到第一梯形棱镜301另一个腰面上的半透膜304，反射一部分虚拟图像和不可见光，剩余部分的虚拟图像和不可见光继续向前传输，遇到第二个半透膜304，再次反射一部分虚拟图像和不可见光，剩余部分的虚拟图像和不可见光继续向前传输，如此进行多次这样的反射和透射。由于半透膜的透射率沿不可见光的方向依次降低，因此，用户看到的虚拟图像亮度一致，不会产生不适。不可见光照射用户虹膜后，用户虹膜会反射一图像信息，图像信息通过光波导镜片50的光输入端501进入光波导镜片50，图像信息在光波导镜片50内传输，然后通过光波导镜片50的光输出端502照射出来，最终图像信息照射到光传感器60，光传感器60感应图像信息从而获得用户虹膜信息；处理器70将光传感器60获得的用户虹膜信息与预先存储的虹膜信息进行比较，进行身份识别、在线支付、考勤记录等操作。
图7与图6的不同在于，图6中光波导镜片50的光输出端502为全息光栅2，全息光栅2能够输出并调整图像信息的大小；图7中光波导镜片50的光输出端502为第二全息光栅5021和光学透镜5022的组合，第二全息光栅5021用于输出图像信息，光学透镜5022用于调整图像信息的大小。
图8为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的实施例三的光路图；图9为本发明具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的实施例四的光路图，如图8、图9所示，图8与图6的不同在于，光波导镜片50位于光学组件30靠近人眼的一侧；图9与图7的不同在于，光波导镜片50位于光学组件30靠近人眼的一侧。即，本发明不具体限定光波导镜片50和光学组件30之间的位置关系，可以根据用户的具体需求，将光波导镜片50靠近人眼或者将光学组件30靠近人眼，本发明不以此为限。
本发明具体实施例提供一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，通过在光学组件设置半反半透膜，并在光学组件的一侧设置光波导镜片，同时将不可见光源设置于图像源附近，分级透视反射图像源显示的虚拟图像以及不可见光源反射的不可见光，利用光学组件将虚拟图像和不可见光传导到人眼，再利用光波导镜片将人眼虹膜反射的图像信息传送到光传感器，光传感器感应图像信息从而获得用户虹膜信息，可以不影响用户正常观看图像的同时获得用户虹膜信息，将虹膜识别技术集成在头戴式可视设备中，便于携带、操作方便，可以将虹膜识别技术广泛应用于身份认证、在线支付、考勤记录等领域，满足人们现代化工作、生活的需要，符合信息化、网络化、数字化的发展潮流，用户体验度好。
上述的本发明实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本发明的实施例也可为在数据信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)中执行上述方法的程序代码。本发明也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)执行的多种功能。可根据本发明配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本发明揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本发明执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本发明的精神与范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，该头戴式可视设备包括：
框架(10)，用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；
图像源(20)，设置于所述框架(10)上，用于向用户播放虚拟图像；
光学组件(30)，设置于所述框架(10)上，用于展开所述虚拟图像以便用户观看；
不可见光源(40)，与所述图像源(20)并排设置，用于通过所述光学组件(30)照射人眼虹膜；
光波导镜片(50)，设置于所述框架(10)上，用于接收并传导人眼虹膜反射的图像信息；以及
光传感器(60)，设置于所述框架(10)上，用于感应所述图像信息从而获得用户虹膜信息。
2.如权利要求1所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，所述光学组件(30)进一步包括：
第一梯形棱镜(301)，用于接收所述虚拟图像和不可见光；
全反射膜(302)，设置于所述第一梯形棱镜(301)的一个腰面上，用于反射所述虚拟图像和不可见光；
多个依次抵靠设置的六面体棱镜(303)，用于导送所述虚拟图像和不可见光；以及
多个半透膜(304)，设置于所述六面体棱镜(303)的倾斜面上，用于反射相应比例的所述虚拟图像和不可见光。
3.如权利要求2所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，所述六面体棱镜(303)的个数为大于2的正整数；所述半透膜(304)的反射率沿不可见光的传输方向依次升高。
4.如权利要求1所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，所述光波导镜片(50)具有光输入端(501)和光输出端(502)，其中，
所述光输入端(501)用于向所述光波导镜片(50)输入所述图像信息；
所述光输出端(502)用于输出并调整所述图像信息的大小以适应所述光传感器(60)。
5.如权利要求4所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，所述光输入端(501)为用于向所述光波导镜片(50)输入所述图像信息的全息光栅；
所述光输出端(502)为用于从所述光波导镜片(50)输出并调整所述图像信息的大小的全息光栅2。
6.如权利要求4所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，所述光输入端(501)为用于输入所述图像信息的第一全息光栅；
所述光输出端(502)进一步包括：
第二全息光栅(5021)，用于从所述光波导镜片(50)输出所述图像信息；以及光学透镜(5022)，设置于所述第二全息光栅(5021)和所述光传感器(60)之间，用于调整所述图像信息的大小以适应所述光传感器(60)。
7.如权利要求1所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，该头戴式可视设备还包括：
处理器(70)，与所述光传感器(60)连接，用于根据所述用户虹膜信息进行身份认证。
8.如权利要求1所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，所述不可见光源(40)为红外LED光源；所述光传感器(60)为NIR CMOS图像传感器。
9.如权利要求1所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，所述光波导镜片(50)为平面透镜。
10.如权利要求1所述的可以采集用户虹膜信息的头戴式可视设备，其特征在于，所述光波导镜片(50)位于所述光学组件(30)远离人眼的一侧。
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