用于重复虹膜识别的方法和设备的制造方法

用于重复虹膜识别的方法和设备的制造方法
【专利摘要】用于重复虹膜识别的方法和设备包括用于对虹膜重复成像的设备。所述设备包括：外壳，所述外壳界定基本平面的外表面、与所述基本平面的外表面正交的第一轴以及由曲线绕所述第一轴旋转界定的与所述基本平面的外表面相对的弯曲外表面。所述设备还包括：红外传感器阵列，所述红外传感器阵列设置于所述外壳之内，以经由所述基本平面的外表面中的至少一个第一孔采集虹膜的红外图像。所述设备还包括至少一个红外照明器，所述红外照明器设置于所述外壳之内，以在采集所述虹膜的红外图像期间，经由所述基本平面的外表面中的至少一个第二孔对所述虹膜照明。
【专利说明】
用于重复虹膜识别的方法和设备[0001]相关申请的交叉引用[0002]本申请是如下申请的非临时申请并依据巴黎公约要求享有其优先权:2014年1月6 日提交，题为“Methods and Apparatus for Repetitive Iris Recognit1n”的美国临时 申请N〇.61/924055、2014年9月28日提交，题为“Methods and Apparatus for Repetitive Iris Recognit1n”的美国临时申请N0.62/056598;以及2014年9月28日提交，题为 “Methods and Apparatus for Illuminating the Iris for Iris Recognit1n” 的美国 临时申请N0.62/056600。在此通过引用将上述申请的全部明确并入本文。
【背景技术】
[0003]生物测定识别方法用于安保、保护、金融交易验证、航空港、办公楼等领域中，用以基于所俘获的个人的生物测定特性确定或验证个人的身份。各种因素都可能影响生物测定识别的性能。例如，即使被比较的面部来自同一个人，图像之间姿态的变化也会导致匹配误差。作为另一个范例，传感器的动态范围或灵敏度可能不足以俘获与面部相关的生物测定信息。此外，在面部识别系统中匹配的图像之间，照明可能有所变化。照度变化可能导致匹配结果不良，因为检测到的差异是照度变化导致的，而不是正在匹配不同的人而导致的。
【发明内容】

[0004]本发明的实施例总体涉及利用手持式装置采集个人虹膜生物测定信息的系统和方法。一旦采集之后，可以通过很多方式使用虹膜生物测定信息，例如，用于和先前存储的虹膜生物测定信息(识别)进行对比，以认证事务或登录到账户中。因此可以重复使用这样的装置，在一些使用情况下，可以根据事务的复杂性，每分钟使用一次。因此需要一种适于重复使用的虹膜识别装置。
[0005]本技术的实施例包括用于聚焦和重定向来自点光源的光以进行虹膜识别的设备和方法。在一个范例中，该设备包括发光二极管(LED)，安装所述发光二极管，使其光轴平行于采集要进行虹膜识别的受检者虹膜图像的图像传感器的光轴。该设备还包括放在LED前方的照明聚焦部件，例如菲涅耳透镜，以聚焦由LED发射的光，并在图像传感器前方的受检者上产生第一照明梯度。该装置还可以包括放在照明聚焦部件前方或后方的照明转动部件，例如棱镜或衍射光学系统，以引入第二照明梯度部件，使得第一和第二照明梯度的组合产生小于第一和第二照明梯度的任一个的第三照明梯度。
[0006]在本技术的另一个范例中，该设备包括被安装成使其光轴平行于图像传感器的光轴的LED、放在LED前方的照明聚焦部件，例如菲涅耳透镜，使得照明聚焦部件的光轴相对于 LED的光轴偏移和/或倾斜。
[0007]应当认识到，以上概念和下文更详细论述的额外概念的所有组合(假设这样的概念并不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。具体而言，出现在本公开末尾的所要求保护的主题的所有组合被认为是本文所公开发明主题的一部分。还要认识到，这里明确采用的、也可能出现在通过引用并入的任何公开中术语应当符合与本文公开的特定概念最相容的含义。
【附图说明】
[0008]本领域的技术人员将理解，附图主要用于例示的目的，并非意在限制本文所述的发明主题的范围。附图未必成比例;在一些情况下，可以在附图中夸大或放大本文所公开发明主题的各个方面，以方便理解不同的特征。在附图中，相似的参考符号一般是指相似的特征(例如，功能相似和/或结构相似的元件)。
[0009]图1示出了适于重复采集用户虹膜图像的手持式虹膜识别装置。
[0010]图2示出了使用图1的手持式虹膜识别装置采集用户虹膜的图像的过程。
[0011]图3示出了图2的过程中用户体验的各方面。
[0012]图4示出了在取向成光学部件向上时以及在取向成光学部件向下时稳定的手持式虹膜识别装置。
[0013]图5示出了在取向成光学部件向上时以及在取向成光学部件向下时不稳定的手持式虹膜识别装置。
[0014]图6示出了除非倾斜超过预定倾角ΘΤΙΡ，否则就稳定的手持式虹膜识别装置。
[0015]图7示出了手持式虹膜识别装置，该手持式虹膜识别装置保持在除非倾斜超过预定倾角ΘΤΙΡ否则稳定的第一取向中，以及较不稳定的第二取向中。
[0016]图8示出了图7的手持式虹膜识别装置的另一视图。
[0017]图9示出了面向前方的台式虹膜识别装置的用户视图(左)和俯视图(右)。
[0018]图10示出了多面手持式虹膜识别装置。
[0019]图11示出了用户的手在手持式虹膜识别装置上施加的力。
[0020]图12Α示出了用户的手在手持式虹膜识别装置上施加的力。
[0021]图12Β示出了涉及沿手持式虹膜识别装置范例轮廓线的曲率的各方面。
[0022]图13示出了平均大小的手拿着的大的手持式虹膜识别装置及小的手持式虹膜识别装置。
[0023]图14示出了尺寸被设定成舒适地匹配在手中而不会无意中遮挡传感器阵列或红外照明器的手持式虹膜识别装置。
[0024]图15示出了被大手或手套紧握的图14的手持式虹膜识别装置。
[0025]图16示出了如何对图14的手持式虹膜识别装置进行取向以采集虹膜的图像。
[0026]图17Α示出了手持式虹膜识别装置底表面上的凸面镜，用于相对于用户的面部对装置进行取向。
[0027]图17Β示出了具有图形指示器(环形照明器)的凸面镜，例如，如图17Α中所示，图形指示器被设置成使得照明的重力几何中心与凸面镜的重心重合。
[0028]图18示出了通过手持式虹膜识别装置的外表面均匀分布的功率耗散。
[0029]图19示出了通过手持式虹膜识别装置的外表面不均匀分布的功率耗散。
[0030]图20示出了从电子部件，通过导热材料到手持式虹膜识别装置的外表面的导热路径。
[0031]图21示出了相对于从电子部件通过导热材料到手持式虹膜识别装置的外表面的导热路径定位红外照明器。
[0032]图22是根据本发明实施例的示范性虹膜成像/识别装置的底部平面图。[〇〇33]图23是根据本发明实施例的示范性虹膜成像/识别装置的左侧正视图。
[0034]图24是根据本发明实施例的示范性虹膜成像/识别装置的顶部平面图。
[0035]图25是根据本发明实施例的示范性虹膜成像/识别装置的底部、左前侧透视图。
[0036]图26是根据本发明实施例的示范性虹膜成像/识别装置的前正视图。
[0037]图27是根据本发明实施例的示范性虹膜成像/识别装置的后正视图。
[0038]图28是根据本发明实施例的示范性虹膜成像/识别装置的方框图。[〇〇39]图29是来自宽角LED的强度曲线图，是不利用透镜(下方迹线)和利用15mm焦距菲涅耳透镜(上方迹线)在距LED 12”的平面中测量的，菲涅耳透镜位于距LED印刷电路板 (PCB)不同距离处。[〇〇4〇]图30是来自LED的强度曲线图，是利用透镜在距LED 9”的平面中测量的，透镜具有 l〇mm焦距，位于距LED PCB4.3mm处，并与LED的光轴偏离不同的量。[〇〇41]图31是来自LED的强度曲线图，是利用透镜在距LED 9”的平面中测量的，透镜具有 10mm焦距，位于距LED PCB4.3mm处，相对于LED偏移2.5mm且朝向传感器倾斜各种角度。 [〇〇42]图32是来自LED的强度曲线图，是以透镜位置和倾斜的各种组合在距LED 9”的平面中测量的。[〇〇43]图33是安装了菲涅耳透镜的虹膜成像设备的图示，菲涅耳透镜的光轴相对于LED 照明器的光轴成某一角度。
[0044]图34是安装了菲涅耳透镜和转动片的虹膜成像设备的图示，菲涅耳透镜和转动片的光轴相对于LED照明器的光轴偏移。
[0045]图35A示出了用于虹膜识别装置的照明系统的总体几何结构。[〇〇46]图35B是来自典型LED的光分布的角相关性的曲线图，典型LED用于为图35A所示的虹膜识别提供照明。[〇〇47]图36示出了使用菲涅耳透镜将LED照明聚焦到期望尺寸的区域。
[0048]图37示出了使用光偏转器(例如，菲涅尔棱镜)偏移所投射照明区域的位置，使其与摄像机区域交叠，插图示出了这幅图像中所得的强度分布。
[0049]图38示出了重新定位透镜以偏移所投射照明区域的位置，使其与摄像机区域交置。
[0050]图39示出了组合使用光偏转器和偏移的透镜位置，以产生所投射照明区域中光的对称分布。
[0051]图40示出了倾斜透镜，以产生所投射照明区域中光的对称分布。【具体实施方式】[〇〇52]至少有三个因素影响着为重复使用而优化的虹膜识别或虹膜图像采集装置的设计。
[0053]第一个因素是设备成功工作的技术要求。示范性装置具有带透镜的红外线摄像机，其通过装置底部拍摄用户虹膜的图像，以进行虹膜识别。虹膜具有大致11mm的直径，这通常意味着应当将窄视场透镜紧密聚焦到用户的面部，以采集虹膜的图像。因此，应当由用户牢固拿住装置而不能有任何滑落，还应当在正确的取向和距离下精确指向用户面部。该装置还可以具有基本在700-900nm范围中的红外照明器，其通过装置的底部照射虹膜。这些照明器不应在用户拿起时被用户的手指或任何其他部分弄模糊。此外，在一些工业应用中，用户带着很大的手套，需要使用生物测定识别系统或装置以对昂贵的设备进行签入签出，或启动只应当由特定受过训练的人员使用的危险机械设备。这样可能会增大照明器变模糊的可能性。
[0054]可以将来自摄像机的图像馈送给装置上的处理器和存储器(例如，在装置的外壳之内)。可以通过通用串行总线(USB)6连接或其他有线数据和/或电力接口(例如，如图22-27所示)将装置连接到计算机和/或装置可以包括用于无线(例如，Bluetooth或WiFi)连接到计算机的天线(例如，设置于外壳之内或之上)。有线连接可以提供电力和/或该装置可以包括内部电源，例如可充电电池。在其他情况下，该装置可以包括传感器阵列、一个或多个IR照明器和操作性耦合到传感器阵列，用于向外壳外部的处理器发送所采集图像进行虹膜识别的数据接口(例如，USB连接或天线)，例如，根据已知的技术，例如本文通过引用全文并入的美国专利N0.5291560中公开的技术。
[0055]图28示出了范例虹膜图像采集/识别装置2800的方框图。可以由用户向设置于装置外壳2830的底表面2832中的孔2834中的透镜2812和传感器2810呈现其面部或虹膜而自动开始认证过程。这可以通过利用耦合到处于第一工作模式中的传感器2810的处理器2840进行面部或眼睛发现来实现，如果检测到面部或眼睛，虹膜识别过程在第二工作模式中开始。在该第一工作模式期间，设置于底表面2830中的另一个孔2836中的一个或多个红外照明器2820可以由处理器2840控制以在减小的照明强度、持续时间、波长或脉冲宽度下打开，以增加照明器的寿命，以及根据照明减小光照水平到低于安全水平或阈值。
[0056]可以由来自主装置(未示出)的信号发起第二工作模式，主装置例如是计算机，其通过输入/输出接口 2848和/或无线通信接口(天线)2850操作性耦合到装置2800。将这个信号经由通信模块传输到处理器。在第二工作模式期间，处理器2840可以向照明器驱动模块2822发送信号，以在适当强度、持续时间和/或脉冲宽度下为照明器2820供电，以照射用户的一个或多个虹膜。然后可以通过透镜2812收集虹膜的图像并投射到一个或多个传感器阵列或摄像机2810上。然后可以将图像馈送到处理器2840并存储于存储模块2842中，例如，利用美国专利N0.5291560中公开的技术进行虹膜识别，在此通过引用将该专利全文并入。
[0057]例如，可以将来自所采集的眼睛图像的虹膜进行分割并表达为数字代码。在装置2800的一种实施方式中，可以将这种代码与存储模块2842中存储的先前采集的代码进行对比。如果新采集的代码和存储的代码匹配，那么对用户进行认证。可以通过通信模块2844向主装置发送认证结果。通信模块可以使用无线通信，通过天线2850和/或使用用于有线链路的输入/输出接口 2848(例如USB通信)进行通信2844。可以通过包括一个或多个可充电电池的电源模块2846，或经由输入/输出接口 2848和有线链路，例如USB电力，供应装置的电力。一旦主计算机接收到认证信号，然后主计算机上运行的应用就可以使用认证信号作为额外过程的一部分，例如登录认证或在线事务。
[0058]第二个因素涉及在即使在用户规划应如何拿起装置时也避免用户的混乱的语境中，用户相对于装置的手部/眼睛协调。简而言之，如果装置放在桌子上，用户能够受益于参考基准标记，其减少了可以拿起并使用装置的方式的歧义性。这样的歧义性看起来似乎对于不常使用的装置无关紧要，但如果在特定使用情况下反复使用装置，那么确定如何拿起装置即使片刻，也可能打断用户对其使用情况中主要目的的思考过程，其主要目的可以是执行在线事务或登录到账户，通常不是虹膜识别本身。可以由被识别的人使用该装置(单用户模式)，或者在一些情况下，可以由操作员使用并指向另一个人的虹膜(操作员模式)。
[0059]第三个因素是用户使用装置的物理舒适性，例如包括与用户的手和手臂相关的舒适性。在极端情况下，在特定的别扭配置中重复使用手腕和手指可能导致不舒适以及医疗状况，例如腕管综合征。即使在较不极端的情况下，手和手臂别扭的放置也可能导致老年人使用装置不舒适，还可能妨碍人反复使用装置。换言之，使用装置越舒适，那么用户将更可能重复使用装置。
[0060]图1示出了示范性装置的几个方面。在一个方面中，装置顶部可以具有弯曲表面， 装置底部可以具有基本平直(基本平面的)的表面。例如，装置的外表面可以至少部分是半球、抛物面或双曲面的形状，例如，以形成关于装置等候使用时所在表面正交的轴圆对称的上表面。在其他情况下，装置的上表面形状也可以像球状体(即，具有两个等长度轴的椭圆体)，例如扁长或扁球体，其经过切割以形成平直(底部)表面和弯曲(上)表面。
[0061]在另一方面中，装置的顶部可以具有外表面，选择外表面的形状和尺寸以舒适地配合在平均成年人手之内，而不会由手或手指遮挡传感器阵列或一个或多个红外线照明器。例如，装置的上表面可以是等值线状，例如，以形成基本手掌型3D表面，装置的底部可以具有基本平直(基本平面)的表面。在另一方面中，装置的顶部可以具有成形的3D表面，其小面和/或轮廓匹配拇指、手指和手掌，装置的底部可以具有基本平直(基板平面)的表面，例如，像计算机的鼠标那样。在这些情况中的一些情况下，装置可以关于与底部(基本平面)表面正交的轴具有有限的旋转对称性(例如，2重、3重、4重或5重旋转对称)。在其他情况下，该装置可以关于和底部(基本平面)表面正交的轴不具有任何旋转对称性。
[0062]在另一方面中，装置的顶部可以至少部分由非滑脱材料、柔顺材料或织构化材料 (表面)构成或由其涂布，装置底部可以至少部分由部分或全反射材料构成或由其涂布。在一些实施例中，装置上的反射表面的宽度可以在2.5”到3.5”的范围内。在一些其他实施例中，装置中的反射表面的宽度可以在2.5”到5”的范围内。在一些实施例中，装置上的反射表面的高度可以在0.9”到4.3”的范围内。在一些其他实施例中，反射表面的高度可以在2.25” 到4.3”的范围内。在一些其他实施例中，反射表面的高度可以在0.9”到2.25”的范围内。
[0063]在另一方面中，在装置的顶部或侧面上可以有粗略的视觉外观标(对准/基准标记)，在用户面部前方拿起装置，装置中的至少一个摄像机向前指向平行于地的方向时，其可以部分或全部关于相对于地的垂直轴对称。在另一方面中，该装置可以在装置的顶部上具有粗略的视觉外观标(基准标记)，在用户面部前方拿起装置，装置中的至少一个摄像机向前指向平行于地的方向时，其可以关于装置的垂直轴对称，其中装置的垂直轴与地正交。 [〇〇64]在另一方面中，装置的宽度W可以在2.5英寸到3.75英寸的范围中(例如，2.75-3.50英寸，3.00-3.25英寸等)。在另一方面中，装置的顶点在平直表面上方的高度H可以在 0.75英寸到1.5英寸范围内(例如，大约1.0英寸，大约1.25英寸等)。在另一方面中，装置的宽度W可以在大约1.5英寸到大约5.0英寸的范围内。在另一方面中，装置的顶点在平直表面上方的高度H可以在大约0.25英寸到大约3.0英寸的范围内。
[0065]在另一方面中，装置重心的位置在与底部平直表面正交的轴方向上与装置底部平直表面的距离(K*H)可以等于或小于装置顶点相对于装置顶部高度的一半。在另一方面中，装置重心的位置在与底部平直表面正交的轴方向上与装置底部平直表面的距离(K*H)可以等于或小于装置顶点相对于装置底部高度的四分之三。
[0066]在另一方面中，装置顶点的优选高度H可以受到0TIP = atan(W/(2.0*K*H))的决定，W是装置的宽度，K可以从0.2变化到0.75，θτιρ是如果表面上有扰动时装置倾斜的角度。在一个范例中，倾角ΘΤΙΡ可以大约为70度。在另一个范例中，K可以从0.1到0.8变化(例如，0.2-0.7、0.3-0.6、0.4-0.5等)。在另一个范例中，该倾角可以从大约50度到大约85度(例如，60-80度、65-75度、68-72度等)。
[0067]在另一方面中，装置底部上的材料的热辐射率可以高于装置顶部上材料的热辐射率。
[0068]在另一方面中，从被供电部件(例如，传感器阵列和/或一个或多个照明器)向装置底部表面导热所经的材料可以比向装置顶部导热所经的材料具有更高的组合热导率。被供电部件可以包括传感器阵列、处理器和存储器集成电路。
[0069]在另一方面中，在装置底部上的导热路径中可以有一个或多个间隙，以为光学部件(例如摄像机和照明器)提供通过装置底部的光路。换言之，在从传感器阵列、一个或多个照明器、(任选的)处理器、存储器等向外壳的一个或多个外表面导热的一种或多种材料中可以有间隙。
[0070]在另一方面中，在装置底部可以有一个或多个间隔体，其充分大，以防止装置底部上的光学表面和装置所在的表面之间物理接触，以防止擦伤光学表面。在类似的方面中，间隔体可以充分大，以允许装置的光学表面和放置装置的停靠表面之间有空气隙。在一个方面中，间隔体的长度可以小于0.125”。在另一方面中，间隔体的长度可以小于0.5”。在另一方面中，间隔体可以小于装置的最小宽度的四分之一距离。
[0071]在另一方面中，在装置底部或侧面上可以有视觉外观标(基准标记)，其关于装置的优选垂直操作轴对称。在另一方面中，在装置底部或侧面上可以有视觉外观标(基准标记)，在用户面部前方拿起装置，进而在平行于地的方向上指向前方时，视觉外观标关于相对于地的垂直轴部分或全部对称。在另一方面中，该装置可以在装置的底部上具有精确的视觉外观标(基准标记)，在用户面部前方拿起装置，装置中的至少一个摄像机向前指向平行于地的方向时，视觉外观标可以关于装置的垂直轴对称，其中装置的对称轴与地正交。
[0072]在另一方面中，照明器可以处于或低于装置的水平中心线，其中在用户面部前方拿起装置，装置中的至少一个摄像机在平行于地的方向上指向前方时，水平中心线平行于地。例如，在从底部查看时，照明器可以设置于底部(平面)表面直径的一侧上。
[0073]图2示出了使用装置的四步骤过程。在第一步骤中，该装置未被使用，放在与用户相邻的平直表面上或桌子上，等候使用。这涉及到关于手/眼协调以及规划应当如何使用装置的因素，如上所述。
[0074]在第二步骤中，用户伸出手并抓握装置。这涉及到用户拿起装置时的物理舒适性因素，还涉及到后续步骤中成功虹膜图像采集和识别性能的因素，例如，确保抓握不会通过遮蔽照明器而阻止进行的操作。
[0075]在第三步骤中，用户向着他们拿着装置，同时绕着前臂旋转装置，使得装置的底部以及一个或多个摄像机和照明器查看用户，以执行虹膜图像采集或虹膜图像识别。这再次涉及用户的物理舒适性因素，以及为在以下第四步骤中论述的成功虹膜识别性能所做的准备。
[0076]在第四步骤中，用户对装置的取向进行轻微的调节，并使装置更靠近他们，之后， 由装置自动执行虹膜图像采集或虹膜识别。
[0077]用户然后将装置下放到表面上，以备不久之后再次使用。
[0078]图3示出了图2例示的步骤的概要。现在更详细地阐述这些步骤。
[0079]图4示出了与步骤1相关的一个方面，其中将虹膜识别装置放在平直表面上，等待被拿起。如图所示的装置能够容易地放在桌上，使其顶侧或底侧面向上方。在两种取向中， 装置都同样稳定。因此装置的用户可以在任一取向中放下装置。这一情况的结果就是，在用户拿起装置时，用户有至少两种方式向着他们对装置重新取向，以进行成功的虹膜识别。例如，如果将装置定位成光学表面面向上方(在图4中左方)，那么用户可能要执行两个物理步骤，而非一个步骤，以拿起装置并翻转它以对装置进行正确取向。如上所述，装置使用中的这种歧义性和中断看起来似乎无关紧要，但如果在特定使用情况下反复使用装置，那么确定如何拿起装置即使片刻，也可能打断用户对其使用情况中关于主要目的的思考过程，其主要目的可以是执行在线事务或登录到账户，通常不是虹膜识别本身。
[0080]在该问题的相关方面中，图5示出，装置并非在图4所示的两个取向上同样稳定，而是在两个取向上同样不稳定。在当前语境中，不稳定取向表示用户造成的扰乱能够使装置移动或倾翻，而不是保持不动或回到其初始位置。在图5中所示的装置中，用户没有关于装置哪个表面应当停靠在桌子或表面上的视觉提示。因此用户可以在两个不稳定取向的任一种中放下装置，因此使得下一次使用期间装置的重新取向如前所述不可预知。
[0081]图6示出了这一问题的相关方面，其中装置的倾角0Tip由装置的宽度W、装置的高度 H以及在与底部平直表面正交的轴方向上测量的从装置底部平直表面到装置重心的距离 (K*H)定义，其中K介于0和1之间。更具体而言，从图6中所示的装置几何形状，由公式0TIP = atan(W/(2*K*H))决定针对给定倾角0TIP的装置高度H。
[0082]图6示出了这一问题的相关方面，其中装置的宽度W、装置的高度H以及在与底部平直表面正交的轴方向上测量的从装置底部平直表面到装置重心(C0G)的距离(K*H)定义装置的倾角9tip，其中K介于0和1之间。更具体而言，从图6中所示的装置几何形状，由公式0TIP = atan(W/(2*K*H))决定针对给定倾角0TIP的装置高度H。
[0083]图7示出了示范性手持式虹膜识别装置。装置顶部可以具有基本弯曲外表面，装置底部可以具有基本平直(基本平面的)的外表面。这具有如下效果:向用户提供视觉和触觉提示，即应当将装置的平直表面放在桌子的平直表面上，且应当将装置的弯曲表面取向成向上。如果将弯曲表面放在平直表面上，那么装置将处于自然不稳定取向中，用户可以例如从触觉反馈发现，例如，在桌子顶部抓握装置时装置摇动，因为装置与该表面的接触面积小。比较起来，在将装置的平直表面放在平直桌顶的平直表面上时，装置与表面的大且空间分布式接触区域提供了装置的稳定性。[〇〇84]有关于此，如果装置的倾角0np等于或大于70度，则实现了良好的装置稳定性。如果用户不慎将装置推动到这样的倾角或更小角度，那么装置自然返回其在表面上的初始取向，以备接下来使用。可以将此与如下状况进行对比:装置被碰撞到某个位置，需要用户进行额外操控以将装置重新取向回优选位置。向着装置底部移动装置重心还减小了倾倒的可能性。这进一步改善了稳定性，因为降低重心增大了给定装置的倾翻角度。在一个方面中，控制重心的K的优选值可以等于或小于0.5。在另一方面中，装置顶点的优选高度H受到倾翻角度0^ = &七&11(1/(2.0*1(相))的决定，1是装置的宽度，1(可以从0.2变化至1」0.75。倾翻角度ΘΤΙΡ可以等于70度。在另一个范例中，K可以在0.1到0.8之间变化。在另一个范例中，倾翻角度可以在50-85度的范围内。
[0085]在装置的稳定取向中，装置的光学表面在装置所在表面上面向下方。不过，该表面上的砂砾或尘土可能会潜在地擦伤装置的光学表面，由此使虹膜识别装置拍摄的图像失真，从而阻碍了可靠的虹膜图像采集或识别。在一个方面中，一个或多个间隔体定位于装置底部上。间隔体充分大，以防止装置底部的光学表面和放置装置的表面之间的物理接触。换言之，间隔体充分大，以允许装置的光学表面和放置装置的停靠表面之间有空气隙。间隔体可以很小，例如尺寸小于0.125”。间隔体可以包括脊，该脊基本遵循装置光学表面的周边，如图7中所示。
[0086]图8示出了图7所示手持式虹膜识别装置的另一视图。在这幅视图中，用户伸出其手掌和手指，并抓握装置。装置被从顶部抓握意味着手和前臂之间的角度自然处于中性位置，其值接近180度，如图8所示。人关节(例如，手腕/前臂关节)的中性位置通常是关节活动范围的中间位置。这通常是任何用户，尤其是老年人最舒适的位置，因为他们的关节活动范围可能受到限制。
[0087]这可以与图9所示的前向、桌面顶部的虹膜识别装置形成对比。在这种情况下，用户必须要达到装置后方，以防止遮挡光学部件，以能够成功进行虹膜图像采集，由此令手和前臂之间的角度显著小于180度，因此显著远离中性位置。
[0088]图10示出了问题的另一方面。图10示出了可以在不同取向中被拿起并还具有用户能够通过不同方式拿住的不规则表面的装置。在图10的左侧，用户利用手指拿起了处于一种取向中的装置，手指适当张开以与装置的不规则表面接触。图10示出了手指现在从其自然中性位置张开。在图10的右侧，用户利用张开情况不同的手指拿起了处于不同取向中的装置，手指与装置的不同取向的表面接触。根据手指的位置和表面的取向，用户可能还必须在不同表面上压得更紧或更松，以确保在拿起装置时装置被抓牢，如图10中各种粗细的箭头所示。
[0089]图11在另一方面示出了与该问题相关的范例。该装置关于与等待使用时放置装置的表面正交的轴旋转对称。这具有如下性质:用户不需要选择取向或设置要抓握的表面。这意味着，用户的手指能够接近其中性且最舒适的位置停放，如图11中所示。这还意味着握持力在所有手指之间分布，这增加了舒适度，还减小了由于仅集中于几个手指之内的不稳定抓握造成的装置滑脱的可能性。
[0090]图12在装置的侧视图中示出了用户拿起装置时的这个方面。图12中的箭头例示了拿住装置的力，并指出它们基本均等且舒适地分布于所有手指之间。
[0091]图12Β中示出了另一个方面。顶部的图在断面中示出了装置的范例轮廓。底部的图使用极坐标示出了轮廓线的局部曲率半径以指定轮廓线位置。零度代表装置轮廓线上接触装置所停靠表面的点。九十度代表顶点(装置的顶部)。曲率被示为仅在零和五十度之间，因为在本范例中，局部的曲率半径增大到曲线图范围之外。曲率半径与轮廓线在任一点的锐利程度成反比一曲率半径越小，那么对象在该点越锐利。在一个方面中，装置顶表面的轮廓线的最小曲率半径为0.27”。在另一方面中，装置顶表面的轮廓线的最小曲率半径在0.1到Γ的范围之内。在另一方面中，最小曲率半径的位置为距正交于装置底部表面的垂直轴
1.45”。在另一方面中，最小曲率半径的位置为距正交于装置底部表面的垂直轴I”到2.5”的范围内。
[0092]在与抓握装置相关的本发明另一方面中，装置顶部可以主要由非滑脱材料构成，以进一步改善用户对装置的抓握。在另一方面中，该装置在装置顶部或侧面上具有粗略的视觉外观标(基准标记)，其关于装置的优选垂直操作轴对称。在另一方面中，该装置在装置的顶部上具有粗略的视觉外观标(基准标记)，在用户面部前方拿起装置，装置中的至少一个摄像机向前指向平行于地的方向时，视觉外观标可以关于装置的垂直轴对称，其中装置的垂直轴与地正交。
[0093]例如，粗略视觉标(或基准标记)可以是写在装置顶部的文本，其提供用户拿起装置时装置应当所处的大致取向(相对于与装置所在表面正交的轴而言)，或者是手的图片，或具有取向的图标。其他适当的标记包括，但不限于箭头、划线和指纹、手指或手的图像。粗略视觉标还可以是在优选垂直轴上的一侧离开装置的电缆。这些粗略视觉标使得用户必须使用其手腕和前臂在稍后描述的装置使用的后续步骤中进行细调的程度最小化。
[0094]在另一方面中，装置的底部可以主要由部分或全部反射的材料构成，以阻止用户接触它，这与装置顶部上外观可能无光泽的表面形成对比。直观地讲，用户更喜欢使用外观上无光泽的表面而不是有光泽的或半光泽的表面拿起装置，因为后一种表面与光学反射表面相关联，其通常没有触觉功能，而仅有视觉或光学功能。在一些实施例中，可以选择反射表面的宽度以大致为人头部宽度的一半，从而利用镜子的性质，可以由用户在距镜子表面任何距离处看到头的全宽的虚像，因此直观地指导用户观看装置。人头部的宽度可以在大致5”到7”之间变化。因此，在一些实施例中，装置上反射表面的宽度可以在2.5”到3.5”的范围内。在一些情况下，由于头部侧面头发粗细可能很显著，可以在O”和3”之间变化，给出头部的总宽度为5”到10”。因此，在一些其他实施例中，装置中的反射表面的宽度可以在2.5”到5”的范围内。可以选择反射表面的高度以大致为该面关键特征间距的高度一半;所述关键特征即眼睛、鼻子、嘴、下巴和头顶。从眼睛顶部到鼻子底部的平均距离可以大致为1.8”。从眼睛顶部到下巴底部的平均距离可以大致为4.5”。从头顶到下巴底部的平均距离可以大致为8.6”。因此，在一些实施例中，装置上反射表面的高度可以在0.9”到4.3”的范围内。在一些其他实施例中，反射表面的高度可以在2.25”到4.3”的范围内。在一些其他实施例中，反射表面的高度可以在0.9”到2.25”的范围内。
[0095]图13示出了问题的另一方面。左侧装置具有大的宽度W。装置的大宽度阻碍了用户可靠地抓握装置，或至少不是没有手指显著远离其中性位置。另一方面，右侧装置具有小的宽度W。在这种情况下，装置的小宽度允许用户无意中用其手指部分覆盖装置底部。由于诸如照明器的光学部件位于装置底部，那么可能对虹膜识别的性能造成负面影响。
[0096]图14示出了虹膜识别装置，其尺寸被设置成配合在用户手中而用户的手指不会遮挡传感器阵列或照明器。优化装置的宽度以能够在装置上可靠地抓握，手指定位成非常接近中性位置，且手指定位成远离装置底部和光学部件。成年人的平均手掌宽度在2.9到3.2英寸范围内。装置的优选宽度W可以在2.5到3.75英寸的范围内，因为这样也适合更年轻的用户以及手更大或穿戴手套的用户。在另一方面中，优选范围可以是2.25英寸到5英寸。
[0097]图15示出了另一相关的方面。在这种情况下，不论装置的优选宽度是多少，由于手指基本以装置顶侧周围的半环形环拿着装置，那么在一些情况下，用户指尖仍然可能在顶部半圆形区域中触及到装置平直表面上，如图15所示。在我们的装置中，通过将照明器定位于装置水平中心线或其下方，使得照明器位于装置底部的半圆形区域中，可以减小手指影响操作的可能性。相对于装置的优选操作垂直取向定义装置的水平中心线。在另一方面中，在用户面部前方拿起装置，装置中的至少一个摄像机在平行于地的方向上指向前方时，水平中心线平行于地。
[0098]图16示出了与使用装置时的第三和第四步骤有关的方面。该图示出，已经拿起装置并旋转成面向用户。这一显著的扭转在前臂的整个长度上分布，因此例如在手腕处不需要局部大范围旋转。在另一方面中，如前所述，虹膜的直径大约为11mm，这通常表示窄视场透镜被接近聚焦到用户的面部上。在操作中，因此装置应当精确在正确取向和距离处指向用户。在这一方面中，该装置具有精确的视觉外观标(对准标记/基准标记)，其可以关于装置的优选垂直操作轴对称，以提供视觉提示，使用户能够对装置进行精细的垂直取向。在相关的方面中，该装置可以在装置的底部上具有精确的视觉外观标(基准标记)，在用户面部前方拿起装置，装置中的至少一个摄像机向前指向平行于地的方向时，视觉外观标可以关于装置的垂直轴对称，其中装置的对称轴与地正交。如前所述，由于用户已经在选择如何拿起装置时对装置进行了粗略取向，那么仅剩对装置进行精细取向了。这是通过关于其中性位置对手腕和前臂进行小调节来进行的，如前所述，即使对于关节活动范围有限的老年用户，这也是舒适的。
[0099]图形用户界面(GUI)指示器
[0100]图17A示出了相关的方面。在这一方面中，在装置底部定位有凸面镜。用户定位他们自己，使得两眼都可以在镜子中看到。
[0101]在重复使用虹膜识别装置的一些实施例中，有凸面镜用于引导用户的目光，并用于使面部在凸面镜中居中，例如，如图17A和17B所示。
[0102]图17B示出，指示器照明器可以均匀定位于镜子周围。指示器照明可以根据装置的状态改变色彩，并向用户提供反馈。镜子周围的均匀照明减小了用户眼睛被镜子旁边的任一个特定位置吸引的可能性或阻止了这种情况，该情况可能导致用户应当看哪里(即镜子还是特定位置)的混乱情况。镜子周围的均匀照明相对于镜子的位置提供了非几何偏置的照明，从而将用户的眼睛吸引到照明显示的几何重心，该几何重心与显示器平面中镜子的几何重心重合。镜子是凸面的，使得用户的面部出现在镜子中，与单个眼睛可能出现在平面镜中相反。平面镜可能导致用户视野的几何偏置，因为之后用户会在平面镜上方定位其主要眼睛，获得令人困惑的视图，在一只眼睛中包括来自平面镜的眼睛虚像，以及从另一只眼睛看到装置实像。
[0103]照明的范围或宽度可以足够小，以减小或最小化凸面镜对用户的吸引，但又不至于小到察觉不到。周围照明的宽度与镜子宽度的可能比值在I到0.5-40的范围内。
[0104]图18示出了该问题的另一个方面，涉及用户的舒适性和装置的功率耗散。该装置可以由计算机上的USB插座供电，其通常能够提供5V，500mA电力。这导致可能需要从装置耗散高达2.5W的功率。这看起来可能是少量功率，不过装置要反复使用，这又意味着可能不会关闭装置而可能始终在工作。来自这种连续流入功率装置的功率的热量从装置耗散出来。
[0105]图18示出了来自顶表面和底表面的功率被消耗。如果装置底表面和顶表面的热发射率相等，那么不考虑对流和其他因素，底表面和顶表面的温度将相等。在实践中，仅耗散了2.5W，主要考虑不是用户疼痛或受伤，而是轻微的不适和可能混淆地认为这样的手持表面触摸起来非常温暖。例如，用户可以预期该装置应当以最小的热耗散工作，因此周期性拔掉电源以防止发热。这样在下一次使用装置时增加了另一个步骤和额外的时间，两者都无助于装置的重复使用。这有些加重问题，因为装置之内的对流气流向着装置的顶部手持式表面向上发送更温暖的空气，这可能使得即使给定表面相等的发射率，手持式表面也比底表面更温暖。
[0106]图19示出了解决这个问题的本发明一个方面。在这个方面中，装置的底表面S2可以具有比装置顶表面SI更高的发射率。由于用户可能不接触装置的底部，所以从装置底部，比通过装置顶部引导开更多热量，如图19所示。在另一方面中，在热部件和顶表面之间的空隙之内放置材料以减少来自空气流的顶表面对流热。这样的材料可以包括聚苯乙烯。
[0107]图20中示出了另一相关方面。在该方面中，从加电且可能热的部件向装置的底部表面S2传导热所经的材料M4与向装置顶部传导热所经过的具有组合热导率H3的材料M3相比，可以具有更高的组合热导率H4。例如，可以使用直接与热部件接触且直接向表面S2传导热的铝、钢或锌或镍锌实施这种方案。比较起来，例如，由空气或聚苯乙烯向顶表面SI传导热，与例如铝、钢或锌或镍锌相比，其具有差的热导率。组合效应是从手持式表面SI向另一个表面S2直接散热。图21中示出了另一个相关方面。在该方面中，在导热路径H4中有一个或多个小间隙，以为虹膜识别系统中的光学部件(例如摄像机和红外照明器)实现光路。
[0108]照明器在用户的虹膜处，引导光，通常为红外线照明。光被用户的虹膜反射开并进入装置中的摄像机传感器(例如，与传感器阵列光学相通的透镜)。由于摄像机需要指向用户的眼睛，并且由于用户面向基本平行于地的方向，那么装置可以采集虹膜图像并任选地也是在装置中的摄像机指向基本平行于地的方向上时进行虹膜识别。年轻人能够在装置底部上聚焦并因此清晰观察视觉外观标(基准标记)的最短范围大约为2.5英寸。因此，在一个方面中，希望用户将装置定位在至少距其眼睛这个距离处。在老年用户中，该距离可以增大。在一个方面中，可以聚焦摄像机以在2.5英寸和无限远之间采集虹膜图像。在另一方面中，可以聚焦摄像机以在4英寸和无限远之间采集虹膜图像。在另一方面中，可以聚焦摄像机以在6英寸和无限远之间采集虹膜图像。在另一方面中，可以聚焦摄像机以在9英寸和无限远之间采集虹膜图像。在另一方面中，可以聚焦摄像机以在4英寸和15英寸之间采集虹膜图像。
[0109]在另一方面中，可以聚焦摄像机以在6英寸和12英寸之间采集虹膜图像。在另一方面中，可以聚焦摄像机以在9英寸处采集虹膜图像。
[0110]用于虹膜识别的虹膜照明
[0111]包括虹膜识别系统的成像系统可以包括一个或多个摄像机以及一个或多个照明器。虹膜识别系统尤其受益于定时成与摄像机曝光同步的闪光照明，因为闪光照明可以充分短，以允许即使在受检者运动时也进行高分辨率成像，因为用于闪光照明的总能量可以显著低于用于连续照明的。发光二极管(LED)照明器适于作为闪光源，因为它们可以在短时间内以高效率高功率闪光。可以利用在近红外波长，通常在700-900nm范围中发光的LED完成用于虹膜识别的成像。很多IR LED可用于在850nm发光；其他波长，包括780nm和810nm也是可用的。强IR发射器的制造商包括Vishay、Osram、LED Engin、Epitex等。
[0112]用于虹膜识别的摄像机通常包括组合透镜和图像传感器组件，其能够至少对面部包括一只或两只眼睛的区域成像。这种成像优选处于高分辨率，虹膜图像至少对着图像传感器上的100个像素。可能方便的是将摄像机定位在受检者附近6-18英寸距离处，但也可以使用更长或更短距离。典型距离大约为9”或12”，但本文公开的原理适用于其他距离，所有尺度都进行适当缩放。
[0113]方便的是将照明器定位于和摄像机相同的外壳之内。不过，如果照明器位于紧邻摄像机处，来自处于这种位置的LED的光能够通过虹膜到达视网膜，并被反射回摄像机，产生像通常在快拍摄影中看到那样的红眼效应。而且，光可能从眼镜发生镜面反射。因为红眼反射和镜面反射都可能使虹膜图像模糊，所以照明器通常与虹膜识别系统中的摄像机间隔开。在受检者处测量的照明器和摄像机之间的角度应当至少为6°，且可以更大，例如10°或20°或25°，以进一步减小眼镜镜面反射对所采集虹膜图像的干扰。这可以将12”的虹膜距离转换成摄像机和照明器之间2”到6”的距离。
[0114]为了约束包含图像传感器和LED照明器及其他电子部件的生产系统的成本，可以将部件安装在相同的印刷电路板(PCB)上。尽管可以在独立的PCB上安装图像传感器或LED，但这样的安装涉及到生产多个电路板、电连接器、电缆、安装部件等的更大成本。可以通过在同一 PCB上安装所有部件(或至少一个或多个LED和图像传感器)来实现显著的成本节约。
[0115]在与摄像机相同的电路板上，或至少在同一几何平面上安装LED照明器，但与摄像机间隔开，以减少或消除有害反射，例如，来自眼镜或视网膜的反射，带来了向着被成像的面部正确引导LED照明的问题。由自动化设备附着的表面安装的LED的光轴不可避免地与PCB表面正交。这个问题的性质在于，因为从面部看，LED从摄像机偏移例如6°到25°的角度，峰值发射未落在面部和被照明受检者的眼睛上，而是指向侧面。
[0116]如本来所需要的，在将来自LED的发射聚焦到射束中时，这个问题可能尤其严重。通常制造的LED具有模制透镜，模制透镜在关于光轴的指定发射角之内集中发射的光。有各种发射角的商用LED，从小到±2°的锐角到接近Lambertian发射(±90°)。常见的发射角包括±45°、±22°、±18°和±10°，其中指出的角度是发射强度下降其沿光轴的值的1/2的角度。例如，如果希望对总视场为25°的面部成像，那么利用向±12.5视场中投射的LED对这个视场进行最好的照明。不过，为了如上所述减小不希望的反射效应，希望将LED设置成距该轴至少6°。如果将LED附着于与传感器相同的PCB，或至少在相同平面中，那么其光轴平行于传感器轴，这一6°的偏移向着传感器视场周边聚集光。在图像的一侧聚集照明的情况下，相对侧照明不良。
[0117]尽管本来希望使用具有聚焦光束的模制透镜的LED，但具有最优发射特性的市售LED可能没有期望的发射角。例如，Osram制造高功率LED，命名为SH14715S，额定在IA激励下发射大约IW的总通量，但发射到±45°角中，它们制造类似高功率LED，命名为SFH4790S，向± 10°角中发光。作为另一范例，LED Engin制造高功率LED，命名为LZ4-00R400，在0.7A激励时额定发射大约2W的总通量，但也发射到± 45°角中。通常没有发射到不同角度中的类似高功率LED。如果要获得特定发射角，可以使用从具有可用发射角的射束形成该发射角的手段。
[0118]本技术的实施例通过尽管在与图像传感器相同的平面上安装LED也能够对摄像机视场进行有效LED照明，还从宽场发射器向有限面积的场提供有效发射聚集，减轻、消除或避免了这些问题，各LED的光轴彼此平行，并被定位成LED向图像传感器的一侧有显著偏移。
[0119]为了实现光的聚集，可以将透镜定位成恰好超过LED。在本应用中，菲涅耳透镜优选用于固体透镜，因为它们更薄、更轻，因此既容易安装，成本也更低。从各家公司可以获得模制菲捏耳透镜，包括 Fresnel Technologies Inc.、Nihon Tokushu Kogaku JushiC0.Ltd.和Itabash1-ku，焦距的范围包括3mm和30mm之间的焦距。在焦距为15mm的情况下，定位成超过LED短距离(例如小于15mm)的菲涅耳透镜在实际LED位置后方形成LED的放大虚像，并将发射聚集到比实际发射更小的角度中。例如，为了从处于±45°的发射形成±18°的角度，放大率应该为-tan(45°)/tan(18°)=-3。放大率为负，因为图像是虚的(亦即，放大的图像出现在与物体相同的透镜侧上)。如果f为透镜焦距，且dL是从透镜到LED的距离，那么从透镜到图像的距离di由透镜方程确定，
[0120]l/f = l/dL+l/di
[0121]而且，放大率M通过下式与这些量相关
[0122]M = di/dLo
[0123]可以通过代数方式显示出
[0124]M = f/(dL-f)
[0125]且
[0126]dL = f*(l+l/M)。
[0127]因此，如果LED到透镜的距离dL为10mm，则利用15mm的焦距透镜获得-3的放大率。如果使用具有更短焦距的透镜，则应当相应地更接近LED定位它。
[0128]在任何给定情况下，相对于LED精确放置真实透镜以获得这一放大率取决于这里未考虑的各种因素，例如透镜厚度和LED透镜的细节(如果有的话)。不过，设计原理仍然如上所述。
[0129]例如，沿着距LED12”的平面中的线测量来自宽角LED的光分布，在没有透镜的情况及在距LED PCB不同距离处定位15mm焦距的菲涅耳透镜的情况两者。这些LED的范例可以包括LED Engin LZ4-00R400^Kingbright APT2012SF4C-PRV^Osram SFH4715S和OsramSFH4232A。在图29中示出了结果。可以看出，在透镜从LED离开时，光被聚集到越来越窄的分布中，强度越来越大。
[0130]这些结果展示了通过在LED前方适当距离放置透镜将投射的LED光束宽度减小到期望值的预期能力。还可能希望在传感器区域的中心聚集光，该中心显著从LED轴偏移。这是通过不在透镜中心，而是远离中心定位LED的轴来完成的。换言之，可以定位LED，使其光轴平行于透镜的光轴(例如，如图34中那样)或与透镜的光轴相交(例如，如图33中那样)。光轴可以在LED和透镜之间的点，在LED距透镜的远侧上的点或在透镜距LED的远侧上的点处相交。这使得光被聚集到透镜相对侧上。因此如果将LED位置从传感器移开，使透镜处于固定位置，将向着区域中心移动投射的光。
[0131]在另一个范例中，图30示出了相对于透镜轴偏移LED轴位置的效果。在这种情况下，使用LED对9”距离处的区域照明，在透镜基底上方4.3mm距离处定位1mm焦距的透镜。LED位于偏离传感器轴大约6cm处，期望将投射的LED光偏移这个距离。示出了将LED偏移不同距离，直到2.0mm的效果。在这种情况下，2.0mm的偏移量将光束偏移了期望的6cm，仅有射束宽度有轻微变化。
[0132]不过，在图30中可以看出，将LED轴从透镜光轴移开导致的光束偏移还导致投射的光斑不对称，更多地聚集在远离LED—侧。这种不对称是不合需要的，因为它在图像的一部分中产生不足的照明，在另一部分中产生过度照明。
[0133]为了校正这种不对称，绕着水平轴倾斜透镜，该水平轴与连接LED和传感器的轴交叉。在图31的范例中，LED相对于定位于LED上方大约4.3mm的透镜偏移2.5mm并以各种角度向着传感器倾斜，如图所示。可以看出，随着倾角从1.9°增大到6.5°，发射优势从右侧向左侧偏移，在这种情况下，右侧即与LED相反的一侧。
[0134]图32中总结了本文公开的流程的效果。这里，虚线示出了所投射LED照明的分布，水平轴示出了相对于LED轴的位置。光具有宽但低水平的分布。点线示出了将1mm焦距的菲涅耳透镜定位于LED正上方4.3mm的效果:照明变得更窄但更强。实线示出了相对于透镜偏离中心2mm定位LED轴的其他效果:照明被投射到距一侧大约6cm处，更多地分布到远侧。点划线示出了向远侧倾斜菲涅耳透镜4.2°的其他效果:照明保持几乎相同的强度和宽度，但其分布变得基本对称了。
[0135]在这些试验中，定位菲涅耳透镜的有源侧以背朝LED。在我们的经验中，这样为照明产生了更平直的顶部，这被认为是合乎需要的，因为它更近似于均匀分布。或者，可以向着LED定位透镜的有源面。在这种取向中，将以不同的方式定位和倾斜透镜，以实现相同的光分布，但实现照明偏移和对称分布的手段保持相同。而且，在这后一种情况下，分布往往会形成更锐利的峰。
[0136]在图33所示的一个实施例中，可以定位照明器，使其主轴3303平行于成像器3304的主轴，并且被定位在PCB板平面3305的一侧。菲涅耳透镜3301可以位于照明器的前方，使得透镜的中心3302从照明器的光轴3303偏移。这种偏移可以与被照明受检者3306的位置处于相同方向。这种第一布置可以在第一方向上在受检者3306处产生照明梯度。然后可以向着受检者的方向上倾斜菲涅耳透镜3301。倾斜部件可以在与第一方向相反的第二方向上产生第二照明梯度，使得第一照明梯度和第二照明梯度之和可以在受检者处提供比单独的第一或第二照明梯度更均匀的照明梯度。
[0137]在图34所示的另一实施例中，可以定位照明器，使其主轴3303平行于成像器3304的主轴，并且被定位在PCB板平面3305的一侧。菲涅耳透镜3301可以位于照明器的前方，使得透镜的中心3302从照明器的光轴3303偏移。这种偏移可以与被照明受检者的位置处于相同方向。这种第一布置可以在第一方向上在受检者处产生照明梯度。可以将转动片3400或向着受检者3306重定向照明方向的其他装置置于菲涅耳透镜3301前方或后方。这一重定向部件可以在可与第一方向相反的第二方向上产生第二照明梯度，使得第一照明梯度和第二照明梯度之和可以在受检者处提供比单独的第一或第二照明梯度更均匀的照明梯度。使用重定向部件可以允许PCB板平面3305和菲涅耳透镜或重定向部件外缘之间有更小的高度，以使组件厚度最小化。
[0138]参考图35A，虹膜识别光学系统包括摄像机3501和照明器3502。摄像机3501包括透镜和传感器(未示出)，所述透镜相对于所述传感器设置以观察摄像机区域3503并向所述传感器上聚焦所述区域的图像。如果适当组装摄像机3501，连接所述摄像机区域中心和所述图像中心的线通过所述透镜的中心，并构成所述摄像机的光轴3504且垂直于传感器的平面3506。传感器可以附着于印刷电路板，传感器的平面平行于印刷电路板的平面，该平面在图35A中被指示为第一平面3506。摄像机区域3503基本位于图35A中标记的第二平面3507中，其平行于第一平面3506 ο由于透镜的光学缺陷，例如场曲，实际区域3503可能不是严格平面的，而可以是稍微的球面，或甚至非球面。
[0139]第一平面和第二平面之间的间距d的优选尺寸取决于期望的应用。对于手持装置而言，d 3508通常在10mm到500mm的范围内。对于壁装或端口装置而言，d通常在250mm到1200mm的范围内。
[0140]系统的正确操作可以包括这一摄像机区域的照明。在虹膜识别系统中，这种照明通常是通过一个或多个LED完成的。图35A中示出了单个LED照明器。LED包括半导体表面，在设置于该表面上的各层通过电流时，半导体表面发光，所述光是以Lambertian角分布发射的；亦即，光的集中性关于通过发射器中心的轴对称分布，并具有与和这个光轴所成角度的余弦成比例的强度角分布。于是，与轴成60°角发射的光具有等于沿轴发射光1/2的强度，光分布被说成具有土 60°的发射角，也可以将其表达为120°的半高全宽(FWHM)角。
[0141]可以在封装中供应LED，封装包括模制塑料透镜和/或反射元件，其将发射光聚集到更锐利的角中。容易获得发射角为±45°、± 22°、± 18°和±10°的LED。例如，OsramSFH4715S LED具有图35B所示的指定强度角分布，其在±45°角处下降到峰值强度的一半。在更小角度之内，强度下降更小的量;例如，在图35B的曲线图中，可以看出在大约± 30°角度之内，强度在其峰值的80%之内。
[0142]为了正确操作虹膜识别系统，最好将照明源3502定位成远离摄像机轴3504，以避免不希望的反射。如果光源在摄像机光轴大约±6°之内，则会发生来自视网膜的光反射，其类似于普通摄影术中的“红眼”，因此干扰虹膜识别。来自眼镜的镜面反射可能发生在更大角度，以避免照明器在10°、20°或更大的间距上分开。在图35A中将这个角度标记为照明器夹角3509。
[0143]在现有技术中，照明器通常适当远离摄像机并指向摄像机区域。不过，通过这种方式使用LED需要将它们安装在电路板上，该电路板相对于图35A的摄像机PCB和第一平面设置在照明器夹角处。这样的安装排除了为降低成本而将LED安装在与摄像机相同的PCB上的可能性。本发明解决了在与摄像机相同的PCB上安装LED的需求，在图35A中例示了这个特征，其中在与摄像机相同的第一平面之内指示了照明源，其光轴3510垂直于(正交于)这个平面，因此平行于摄像机光轴3504。
[0144]不过，通常，这种布置带来了两个问题:(I)照明场的尺寸与摄像机区域的尺寸不同，以及(2)照明不被投射到摄像机区域上。首先解决第一个问题。
[0145]为避免浪费光并由此减小功耗并使总需求光能最小化，期望照明器3502投射的光的可使用部分尺寸与摄像机区域3503的尺寸大致相同，例如，“可使用部分”可以是光强变化在某一优选最大值之内的区域，该优选最大值根据检测和图像处理系统对这种变化的敏感度可以是±10%、±20%或某个其他值。图35A中所示的照明器区域3511表示照明半径，处于包含摄像机区域3503的第二平面中，在该区域之内，光强变化是系统操作可接受的。对于以大角度发光的LED而言，例如±45°或±60°，照明器区域3511可以显著大于摄像机区域3503。对于以小发射角发光的LED而言(未示出)，例如±10°或±2°，照明器区域3511可以显著小于摄像机区域3503。除了在照明器区域3511与摄像机区域3503尺寸相同的独特情况下之外，最好且有时必须要聚焦照明器的光，使得照明器区域3511基本与摄像机区域3503尺寸相同。
[0146]为此，参考图36，在照明器前方定位透镜3601。因为在本范例中透镜3601意在减小区域3602的尺寸，并由此增大峰值照明强度，所以使用了正焦距的凹透镜，并将其定位于LED前方小于所述焦距的距离dL处。可行的是使用菲涅耳透镜。透镜焦距和距离dL的优选大小取决于系统的细节，包括系统的尺寸和LED的发射角。对于摄像机和摄像机区域之间距离为300mm的系统，方便的间距dL可以介于Imm和30mm之间。根据照明器区域和摄像机区域的相对尺寸，可以利用公知的透镜方程估计透镜焦距的适当值。焦距通常大于间距dL，使得透镜在第一平面后方形成LED的虚像，因为这要获得了比形成照明器实像的系统更薄的系统。范例值可以介于3mm和50mm之间。
[0147]如果LED产生了小于期望的照明区域，会使用负焦距的凸透镜。期望的透镜焦距和距离dL取决于LED的性质和系统的尺寸。
[0148]如下解决上文提到的第二个问题。图36的配置在形成具有期望照明器区域的光束方面成功了，但该区域并非如所期望那样以摄像机为中心。现在描述将照明器区域3602从照明器光轴3603移开并向摄像机光轴3604移动到摄像机区域3605的手段。
[0149]参考图37，使照明器区域3700在摄像机区域上居中的第一个手段包括添加接近菲涅耳透镜3601的光偏转器3702。这样的光偏转器3702可以包括棱镜阵列，该棱镜被切割或模制成光学表面或模制或压制在光学表面上的衍射元件。例如，棱镜阵列可以由Ft.Worth，TX的Fresnel Technologies，Inc.以及日本东京的Nihon Tokushu Kogaku Jushi C0.Ltd.销售。衍射光束偏转器可以由CA Torrance的Lumini t，Inc.销售。偏转角优选是图35A所示的照明器夹角。对于摄像机和摄像机区域之间间距300mm且摄像机和LED之间间距为109mm的系统而言，这个角度为20°。在其他系统中，这个角度可能期望介于6°和30°之间。
[0150]偏转器3702可以安装于菲涅耳透镜3601和LED之间，或者优选地安装于菲涅耳透镜与LED相反的一侧上。对于实际安装和提供薄系统的问题，可以紧密接近或接触地定位菲涅耳透镜和偏转器。如果需要，可以利用压印或模制在一片塑料上的菲涅耳透镜和模制在相对侧上的棱镜或衍射偏转器来制造单个元件，由此将两个元件组合成单个部分。
[0151]如图37所示，在将照明器区域3700偏转到摄像机区域3605上时，它不再具有关于区域中心的对称配置。照明器区域3700更接近LED的区域比距LED更远的区域更强，既因为强度随着这个距离而变化又因为棱镜偏转器的效率随着入射角在偏转方向上增大而减小。这种不对称性进一步由图37中的插图3705示出，其示出了通过这种方式投射的光强度形状。在这幅插图中，该曲线是沿X轴的强度分布曲线图，这个轴是包含摄像机光轴的平面和照明器光轴的交点。这种分布的精确形状强烈取决于各个系统部件的特性，但通常强度以不合需要的方式集中于该区域朝向照明器的一侧。希望有对称的照明器区域3700。
[0152]参考图38，使照明器区域3800在摄像机区域上居中的第二个手段包括将菲涅耳透镜3601的轴3803向着摄像机远离LED光轴3803a定位，同时保持其轴平行于LED轴。这种偏移导致被投射的照明器区域3800向着摄像机区域成比例偏移。在如期望那样定位时，照明器区域3800与摄像机区域3605交叠。这种适当的位置大致是菲涅耳透镜的中心落在连接LED与摄像机区域中心的线上的位置，如图35A所示。不过，在实践中，由于LED的聚焦属性和透镜厚度的效应，可以预期会从这个位置有轻微偏离。在摄像机和摄像机区域3605间隔300mm且摄像机和透镜分隔100mm，透镜和LED之间间距为1mm的系统中，如果透镜被定位成超过LED 10mm，透镜光轴位置的优选偏移约为3mm。
[0153]如图38所示，在偏移菲涅耳透镜3601时，投射的图像不再是圆形，而是变成不对称的椭圆形。发生这种情况是因为菲涅耳透镜3601远离LED的一侧比中心处在更大距离处，往往会比菲涅耳透镜中处于中心或接近LED的区域将光聚集到更小半径。光在偏转方向上这样聚集在照明器区域3800的一侧比在照明器区域的中心具有更大的强度。类似地，因为菲涅耳透镜3601接近LED的部分更接近LED，所以它不会像菲涅耳透镜的中心部分或更远部分那样多地聚集其投射在照明器区域上的光。结果，照明器区域3800的近侧比中心或远侧范围更大但亮度较低。这种不对称性进一步由图38中的插图3805示出，其示出了通过这种方式投射的光强度形状。在这一插图3805中，曲线是沿对应于图37的X轴的X轴的强度分布曲线图。如图37的系统那样，这种分布的精确形状强烈取决于各个系统部件的特性，但在这种情况下，强度以不合需要的方式集中于该区域远离照明器的一侧。照明器区域以及摄像机区域的近侧和远侧之间的这种强度差异是不希望有的。优选一种对称光分布。
[0154]要指出的是，在摄像机区域上方定位照明器区域的两种不同方法导致相反方向的不对称光分布:光偏转器导致光聚集于接近LED的一侧，但重新定位菲涅耳透镜导致光聚集于更远离LED的一侧。
[0155]参考图39，并根据本发明，第一种实现对称照明器区域3900的手段是通过组合偏移的菲涅耳透镜3601和光束偏转器3702来定位照明器区域3900。例如，可以将透镜3601偏移将照明器区域3900完全移动到摄像机区域3605所需的一半距离，并可以组合使用偏转角度α—半的光束偏转器3702。来自菲涅耳透镜偏移的偏转与来自产生最佳对称性的偏转器的偏转的比值取决于几何形状的细节，并通过试验得到最好地确定。图39中的插图3905表示照明器区域上得到的对称强度分布。这种对称是合乎需要的，因为它在区域的两侧都提供了相同的照明，且因为所得的照明强度变化小于对称的情况。
[0156]参考图40，并且还根据本发明，无需光束偏转器而实现对称照明器区域400的第二种手段是绕着平行于第一平面3506且正交于照明器光轴3803a和摄像机光轴3803b的平面的轴4002倾斜菲涅耳透镜3601。这种倾斜导致透镜3601的近处部分从LED移开，透镜3601的远处部分向LED移动，接着导致照明器区域400的近处部分变得更聚集，照明器区域400的远处部分变得更不聚集。可以发现旋转量，其中照明器区域变得根据需要基本对称。图40中的插图405表示照明器区域上得到的对称强度分布。这种对称是合乎需要的，因为它在区域的两侧都提供了相同的照明，且因为所得的照明强度变化小于对称的情况，
[0157]形成对称照明器区域所需的旋转量取决于LED透镜的细节、菲涅耳透镜的厚度和简单几何分析中不容易包括的其他参数。尽管可能容易通过射线追踪软件建模，但最实际的是通过试验确定最优旋转角。例如，一个系统中摄像机与摄像机区域分隔300mm，摄像机与LED分隔109mm，菲涅耳透镜具有15mm的焦距，可以将该系统定位于LED衬底上方7.5mm距离处，向着摄像机偏移4.5mm的距离，并向着摄像机倾斜6°的角度。在其他系统中，旋转可以在1°到10°范围内。该旋转可以引起照明器区域位置较小的偏移，如果需要，可以通过透镜位置的轻微对应偏移校正这种偏移。
[0158]作为比较，实现对称照明器区域的第一个手段需要两个部件，即透镜和偏转器。尽管可以通过将它们放在单个塑料片的相对侧上而将这些部件组合成单个部分，但这些部分通常比透镜自身更昂贵。另一方面，利用这种第一手段，透镜和偏转器的组合可以非常薄，大约为0.5mm，并可以定位成非常接近LED，从而能够制造适于用在诸如移动电话和笔记本PC盖的薄装置中的较薄系统。第二种手段需要将倾斜透镜的至少一部分定位在距LED更远的位置。在实践中，这样获得了比可以利用第一种手段配置的显著更厚的组件。在优先需要薄系统时，第一种手段是优选的，而在系统厚度不是如系统成本那样的重要问题时，第二种手段通常是优选的。
[0159]结论
[0160]尽管这里已经描述和例示了本发明的各个实施例，但本领域的普通技术人员将容易想到各种其他手段和/或结构，用于执行这里描述的功能和/或获得结果和/或一个或多个优点，这种变化和/或修改的每种都被视为在本发明实施例的范围之内。更一般地，本领域的技术人员将容易认识到，这里描述的所有参数、尺度、材料和配置都意在是示范性的且实际参数、尺度、材料和/或配置将取决于使用本发明教导的特定应用。本领域的技术人员将认识到，或能够仅仅使用例行试验确定本文描述的特定发明实施例的很多等价要件。因此，要理解以上实施例仅仅作为范例给出，在所附权利要求及其等价要件的范围之内，可以与具体描述和主张以不同方式实践本发明的实施例。本公开的发明实施例涉及本文描述的每个个体特征、系统、物品、材料、配套元件和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法并非互相不相容，两个或更多这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任意组合包括在本公开的发明范围之内。
[0161]可以通过众多方式的任一种实施上述实施例。例如，可以利用硬件、软件或其组合实施(例如，设计和/或操作透明显示器的)实施例。在实现于软件中时，可以在任何适当的处理器或处理器集合上执行软件代码，无论是提供于单个计算机中还是分布于多个计算机之间。
[0162]此外，应当认识到，可以结合计算机使用本显示器和制造和操作显示器的方法，计算机可以体现为若干形式的任一种，例如机架安装的计算机、台式计算机、膝上型计算机或平板计算机。此外，可以将计算机嵌入一般不认为是计算机但具有适当处理能力的装置中，例如个人数字助理(PDA)、智能电话或任何其他适当的便携式或固定电子装置。
[0163]而且，计算机可以具有一个或多个输入及输出装置，包括如本文公开的一个或多个显示器。可以使用这些装置呈现用户界面等等。可以用于提供用户界面的输出装置范例包括用于视觉呈现输出的打印机或显示屏以及用于听觉呈现输出的扬声器或其他声音产生装置。可以用于用户界面的输入装置范例包括键盘和定点装置，例如鼠标、触摸板和数字化仪板。作为另一范例，计算机可以通过语音识别或在其他可听格式中接收输入信息。
[0164]这样的计算机可以通过一个或多个任何适当形式的网络互连，包括局域网或广域网，例如企业网和智能网络(IN)或因特网。这样的网络可以基于任何适当的技术，并可以根据任何适当协议工作，并可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。
[0165]可以将本文所述的各种方法或过程编写为可以在一个或多个处理器上执行的软件，处理器采用各种操作系统或平台的任一种。此外，可以使用若干适当的编程语言和/或编程或书写工具的任一种编写这样的软件，还可以将这样的软件汇编成在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或中间代码。
[0166]就此而言，可以将各个发明构思实现为编写有一个或多个程序的计算机可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器、一个或多个软盘、紧致盘、光盘、磁带、闪速存储器、现场可编程门阵列或其他半导体器件中的电路配置或其他非暂态介质或有形计算机存储介质)，在一个或多个计算机或其他处理器上执行时，该程序执行实施上述本发明各实施例的方法。计算机可读介质可以是可迀移的，从而可以将其上存储的程序加载到一个或多个不同计算机或其他处理器，以实施如上所述的本发明各方面。
[0167]这里在一般意义上使用术语“程序”或“软件”以表示任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集，可以用于对计算机或其他处理器进行编程以实施上述实施例的各方面。此外，应当认识到，根据一个方面，在被执行时执行本发明方法的一个或多个计算机程序不必存在于单个计算机或处理器上，而是可以通过模块方式分布于若干不同计算机或处理器之间，以实施本发明的各方面。
[0168]计算机可执行指令可以是由一个或多个计算机或其他装置执行的很多形式，例如，程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等等。通常，在各实施例中，可以根据需要组合或分布程序模块的功能。
[0169]而且，数据结构可以通过任何适当形式存储于计算机可读介质中。为了例示简单起见，数据结构可以被示为具有通过数据结构中的位置而相关的字段。同样，可以通过在传达字段之间关系的计算机可读介质中为字段分配位置进行存储，来实现这样的关系。不过，可以使用任何适当的机制来建立数据结构字段中信息之间的关系，包括利用指针、标签或建立数据元之间关系的其他机制。
[0170]而且，可以将各种发明构思体现为一种或多种方法，已经提供了其范例。可以通过任何适当的方式对作为方法一部分执行的动作排序。因此，可以构造按照与图示不同的次序执行动作的实施例，可以包括同时执行一些动作，尽管在例示性实施例中被示为相继的动作。
[0171]如本文定义和使用的，所有定义应当被理解为超越词典定义、通过引用并入的文件中的定义和/或所定义术语的普通含义。
[0172]如这里用于说明书和权利要求中的不定冠词“一”，除非明确做出相反的指示，应当被理解为表示“至少一个”。
[0173]这里在说明书和权利要求中使用的短语“和/或”应当被理解为表示这样联合的元件的“任一个或两者”，即，在一些情况下联合存在，在其他情况下选择性存在。利用“和/或”列出的多个元件应当以相同的方式被解释，即，“一个或多个”这样联合的元件。除了由“和/或”从句具体标识的元件之外，可以任选存在其他元件，无论与具体标识的那些元件相关还是不相关。于是，作为非限制性范例，在结合开放式语言，例如“包括”使用时，提到“A和/或B”在一个实施例中能够仅指A(任选地包括B之外的元件)；在另一实施例中，仅指B(任选地包括除A之外的元件)；在又一实施例中，既指A又指B(任选地包括其他元件)等。
[0174]如这里在说明书和权利要求中所使用的，“或”应当被理解为与上文定义的“和/或”相同的含义。例如，在列表中分隔项目时，“或”或者“和/或”应当被解释为包括，即，包括至少一个，但还包括超过一个若干或列表的元件，以及任选的额外未列项目。仅有清楚地指出相反意思的术语，例如“仅其中之一”或“恰好其中之一”，或在用于权利要求中时，“由……组成”将表示包括若该列表元件中的恰好一个元件。通常，在前面是排除性术语，例如“任一个”、“之一”、“仅一个”或“恰好一个”时，这里使用的术语“或”应当仅被解释为表示排他性二中择一(即，“一个或另一个，但并非两者”)。在用于权利要求中时，“基本由……构成”将具有在专利法领域中使用的其普通含义。
[0175]如这里在说明书和权利要求中所使用的，应当将参照一个或多个元件的列表的短语“至少一个”理解为表示从元件列表中任一个或多个元件选择的至少一个元件，但未必包括元件列表之内具体列出的每个元件中的至少一个且不排除元件列表中元件的任意组合。这一定义还允许可以任选地存在除短语“至少一个”所指元件列表之内具体标识的元件之外的元件，无论与具体标识的那些元件相关或无关。于是，作为非限制性范例，“A和B中的至少一个”(或等价地，“A或B中的至少一个”，或等价地，“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中能够指至少一个，任选地包括超过一个A，而没有B(且任选地包括除元件B之外的元件)；在另一实施例中，指至少一个，任选地包括超过一个B，而没有A(且任选地包括除A之外的元件)；在又一实施例中，指至少一个，任选地包括超过一个A和至少一个，任选地包括超过一个B (且任选地包括其他元件)等等。
[0176]在权利要求中，以及在以上说明书中，所有过渡短语，例如“包括”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“容纳”、“由……构成”等要被理解成开放式的，即，表示包括，但不限于。仅仅过渡短语“由……组成”和“基本由……组成”应当分别是闭合或半闭合过渡短语，如美国专利局专利审查流程手册2111.03节所述。
【主权项】
1.一种用于对虹膜重复成像的设备，所述设备包括: 外壳，所述外壳界定基本平面的外表面、与所述基本平面的外表面正交的第一轴以及由绕所述第一轴旋转的曲线界定的与所述基本平面的外表面相对的弯曲外表面； 红外传感器阵列，所述红外传感器阵列设置于所述外壳之内，以经由所述基本平面的外表面中的至少一个第一孔采集虹膜的红外图像;以及 至少一个红外照明器，所述红外照明器设置于所述外壳之内，以在采集所述虹膜的红外图像期间，经由所述基本平面的外表面中的至少一个第二孔对所述虹膜照明。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外壳具有宽度W、倾翻角度ΘΤΙΡ= 70°和高度H=狐八&110顶，且其中1^在大约2/3到大约2.5的范围内。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述宽度W在大约2.5英寸到大约3.75英寸的范围内。4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述高度H在大约0.75英寸到大约1.5英寸的范围内。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基本平面的外表面具有比所述弯曲外表面高的热辐射率。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个红外照明器包括: 第一红外照明器，设置于在所述外壳中所述基本平面的外表面的直径和所述基本平面的外表面的外周之间形成的第一孔之内；以及第二红外照明器，设置于在所述外壳中所述基本平面的外表面的直径和所述基本平面的外表面的外周之间形成的第二孔之内。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备具有设置于所述外壳的质心和装置的基本平面的外表面之间的重心。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个红外照明器被配置成以大约700nm到大约900nm的波长照射所述虹膜。9.根据权利要求1所述的设备，还包括: 至少一个视觉外观标，所述视觉外观标设置于所述基本平面的外表面和所述弯曲外表面中的至少一个上，以提供所述设备相对于所述虹膜的期望对准的指示。10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一个视觉外观标包括关于所述第一轴对称设置的多个视觉外观标。11.根据权利要求1所述的设备，还包括: 设置于所述弯曲外表面的至少一部分上的非滑脱涂层，以防止所述设备在用户拿着时滑脱。12.根据权利要求1所述的设备，还包括: 设置于所述基本平面的外表面的至少一部分上方的至少部分反射的材料，以反射面部的至少一部分的图像。13.根据权利要求1所述的设备，还包括: 至少一种第一材料，所述第一材料与所述基本平面的外表面和设置于所述外壳之内至少一个电子部件热连通，并且所述第一材料具有第一热导率，以从所述至少一个电子部件向所述基本平面的外表面传导热量；以及 至少一种第二材料，所述第二材料与所述弯曲外表面和所述至少一个电子部件热连通并具有低于所述第一热导率的第二热导率，以从所述至少一个电子部件向所述弯曲外表面传导热量。14.根据权利要求13所述的设备，其中:所述至少一种第一材料界定至少一个孔，并且所述红外传感器阵列中的至少一个和所述至少一个红外照明器设置于所述孔之内。15.—种重复使用虹膜图像识别装置，所述装置具有底表面和顶表面，所述底表面基本 是平直的，所述顶表面基本是弯曲的并关于通过所述底表面的垂直轴基本旋转对称，所述 重复使用虹膜图像识别装置包括:通过所述底表面观察场景的红外摄像机；以及通过所述底表面照射所述场景的一个或多个红外照明器。16.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，其中，所述顶表面具有处在所 述底表面上方高度H处的顶点，所述高度H由公式0TIP = tarT1 (W/2KH)确定，其中0TIP为70度，W 为重复使用虹膜图像识别装置的宽度，K在0.2到0.75的范围内。17.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，其中，所述顶表面具有处在所 述底表面上方高度H处的顶点，所述高度H在大约0.75英寸到大约1.5英寸的范围内。18.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，其中，所述一个或多个红外照 明器定位于所述重复使用虹膜图像识别装置的水平中心线处或下方。19.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，还包括:反射材料，设置于所述底表面上；以及一个或多个间隔体，设置于所述底表面上以防止所述反射材料和放置所述重复使用虹 膜图像识别装置的表面之间接触。20.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，还包括:设置于在与所述底表面正交的轴的方向上距所述底表面等于或小于所述重复使用虹 膜图像识别装置的顶点高度一半的距离处的重心。21.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，其中，所述底表面上的材料具 有比所述顶表面上的材料高的热辐射率。22.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，其中，从被加电部件向所述底 表面传导热的一种或多种材料具有比从所述被加电部件向所述顶表面传导热的一种或多 种材料高的组合热导率。23.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，其中，所述红外摄像机和/或 一个或多个红外照明器设置于位于所述重复使用虹膜图像识别装置的底部上的导热路径 中的一个或多个间隙中。24.根据权利要求15所述的重复使用虹膜图像识别装置，还包括:一个或多个视觉外观标，关于所述重复使用虹膜图像识别装置的优选垂直操作轴对称 地设置于所述重复使用虹膜图像识别装置的所述底表面和/或侧面上。25.—种用于为成像系统提供照明的照明系统，所述成像系统包括:定位于第一平面中并在平行于所述第一平面的第二平面中形成成像场的摄像机，所述 成像场绕垂直于所述第一平面和所述第二平面的所述摄像机的摄像机光轴居中；设置于所述第一平面中的照明器，所述照明器被配置成关于通过所述照明器且平行于所述摄像机光轴的照明器光轴对称地提供照明，所述照明器光轴和所述摄像机光轴界定垂直于所述第一平面和所述第二平面的第三平面；以及 光学装置，所述光学装置定位成与所述照明器光学相通且在所述第一平面和所述第二平面之间，使得所述光学装置的光学中心从所述照明器光轴向着所述摄像机光轴偏移。26.根据权利要求25所述的系统，还包括: 光偏转器，所述光偏转器定位成与所述光学装置光学相通，以将所述照明器发射的光向所述摄像机光轴偏转。27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述光偏转器包括菲涅耳棱镜。28.根据权利要求26所述的系统，其中，所述光学装置包括菲涅耳透镜，所述光偏转器包括菲涅耳棱镜，且所述菲涅耳透镜和所述菲涅耳棱镜形成于单个塑料片的相对侧上。29.根据权利要求26所述的系统，其中，所述光偏转器将所述照明器发射的光偏转至少3。。30.根据权利要求25所述的系统，其中，所述光学装置的光轴在所述第三平面之内倾斜，使得所述光学装置的所述光轴在所述摄像机光轴和所述照明器光轴之间与所述第二平面相交。31.根据权利要求25所述的系统，其中，所述摄像机光轴和所述照明器光轴之间的距离至少为所述第一平面和所述第二平面之间的距离的十分之一。32.根据权利要求25所述的系统，其中，倾斜所述光学装置，使得所述光学装置的光轴相对于所述照明器光轴倾斜至少一度。33.根据权利要求25所述的系统，其中，所述第一平面和所述光学装置之间的距离小于所述第一平面和所述第二平面之间的距离的十分之一。34.根据权利要求25所述的系统，其中，所述照明器光轴和所述光学装置的光学中心之间的距离至少为所述摄像机光轴和所述照明器光轴之间距离的百分之一。35.根据权利要求25所述的系统，其中，所述光学装置包括具有至少I厘米焦距的菲涅耳透镜。36.根据权利要求25所述的系统，其中，所述光学装置包括具有至少-1厘米负焦距的凹菲涅耳透镜。
【文档编号】G06K9/00GK105981047SQ201580007903
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年1月6日
【发明人】D·麦克唐纳德, D·桑切斯, G·H·N·瑞迪
【申请人】眼锁有限责任公司