门禁设备的制作方法

1.本发明涉及安全管理技术领域，尤其是涉及一种门禁设备。


背景技术：

2.受疫情在世界各地广泛传播的影响，人们越来越关注日常生活中的疫情防控工作。这其中，如门禁、电梯、扶梯等公共物品因在日常工作生活中被人们频繁接触出现而容易出现病毒交叉感染的现象。在现有技术中，控制门禁的方式有很多，比如按键解锁、指纹解锁、密码解锁、刷卡解锁等。然而，这些控制门禁的方式都需要人们接触门禁从而导致有接触病毒的风险，同时还会因痕迹遗留而有泄露隐私的风险。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种门禁设备，所述门禁设备具有易于操控和无接触、干净卫生、安全性能高的优点。
4.本发明提供一种门禁设备，包括主体和与所述主体连接的光学控制模组，所述光学控制模组包括：成像模块、检测模块和控制模块，所述成像模块用以在空中以浮空实像的方式显示解锁界面，所述检测模块用于检测用户对所述浮空实像的操作，并将检测到的交互信号反馈至所述控制模块，所述控制模块根据交互信号生成相应的控制信号发送给所述主体，所述主体能够根据所述控制信号而使自身在锁紧状态和解锁状态之间切换。
5.在一些实施例中，所述主体包括锁固组件，所述锁固组件包括锁体，所述锁体上设有至少一锁舌，当所述锁舌伸出所述锁体时，所述主体处于锁紧状态，当所述锁舌缩回所述锁体时，所述主体处于解锁状态。
6.在一些实施例中，所述锁体还包括电机及与所述锁舌相连的锁芯，所述电机能够转动所述锁芯而使所述锁舌缩回至所述锁体中。
7.在一些实施例中，所述主体还包括电控组件，所述控制模块发送控制信号至所述电控组件，所述电控组件根据控制信号而控制所述电机运行。
8.在一些实施例中，所述成像模块包括等效负折射率光学元件及显示器，所述显示器设置在所述等效负折射率光学元件的一侧，所述显示器发出的光线经过所述等效负折射率光学元件后，在所述等效负折射率光学元件的另一侧形成有与所述显示器相对的浮空实像。
9.在一些实施例中，所述成像模块还包括一外壳，所述外壳包括一盖板及一支架，所述等效负折射率光学元件及所述显示器分别固定在所述盖板及支架上。
10.在一些实施例中，所述等效负折射率光学元件包括：第一光波导阵列和第二光波导阵列，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列在同一平面紧密贴合且正交布置。
11.在一些实施例中，所述第一光波导阵列或所述第二光波导阵列由45
°
斜向布置的多个平行排列的反射单元组成，所述反射单元的横截面为矩形，且沿所述反射单元的层叠方向的同一侧或两侧面设置有反射膜。
12.在一些实施例中，所述等效负折射率光学元件还包括两个透明基板，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列设置于两个所述透明基板之间。
13.在一些实施例中，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列之间，所述第一光波导阵列与相邻的所述透明基板之间，以及所述第二光波导阵列和相邻的所述透明基板之间均设置有胶粘剂。
14.在一些实施例中，所述检测模块的感应区域与所述浮空实像位于同一平面且包含所述浮空实像所处的三维空间。
15.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
16.图1是根据本发明实施例中的门禁设备的结构示意图；
17.图2是根据本发明实施例中的门禁设备的控制系统框图；
18.图3是根据本发明实施例中的主体的结构示意图；
19.图4是根据本发明实施例中的光学控制模组的结构示意图；
20.图5是根据本发明实施例中的平板透镜的结构示意图；
21.图6是根据本发明实施例中的第一光波导阵列和第二光波导阵列的示意图；
22.图7是根据本发明实施例中的平板透镜沿厚度方向的正面结构示意图；
23.图8是根据本发明实施例中的第一光波导阵列和第二光波导阵列的局部结构示意图；
24.图9是根据本发明实施例中的平板透镜的光路示意图；
25.图10是根据本发明实施例中的平板透镜的内部光路原理图；
26.图11是根据本发明实施例中的平板透镜的成像示意图；
27.附图标记：
28.门禁设备1000，主体200，光学控制模组100，
29.基座210，面板211，基板212，后板213，容置空间214，通孔215，
30.锁固组件220，前把手221，锁体222，后把手223，锁芯224，锁舌225，电机226，电源227，
31.电控组件230，主板231，通信模块232，
32.成像模块20，检测模块30，控制模块40，外壳50，
33.平板透镜1，显示器21，浮空实像25，第一光波导阵列6，第二光波导阵列7，透明基板8，反射单元9，反射膜10，胶粘剂11，
34.底座51，腔体511，支架52，框体521，安装板522，盖板53，开口531。
具体实施方式
35.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
36.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简
化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
37.本发明实施例提供一种门禁设备1000。下面参考附图描述根据本发明实施例的门禁设备1000。
38.如图1所示，根据本发明实施例的门禁设备1000，包括：主体200和与所述主体电连接的光学控制模组100。所述光学控制模组100可以控制所述主体200在锁紧状态和解锁状态两种状态之间切换。
39.请参阅图1至图3，所述主体200包括基座210、转动安装在所述基座210上的锁固组件220、容置在所述基座210中的电控组件230。所述基座210包括面板211、基板212及后板213，所述面板211及所述后板213之间共同形成一容置空间214，所述基板212容置在所述容置空间214中。所述基座210上设有通孔215，所述通孔215贯穿所述面板211、所述基板212及所述后板213。
40.所述锁固组件220包括前把手221、锁体222及后把手223。所述锁体222收容在所述容置空间214中，所述前把手221及所述后把手223分别穿过所述面板211的通孔215及所述后板213的通孔215与所述锁体222相连。所述锁体222内设有锁芯224、若干锁舌225、电机226及用以驱动所述电机226的电源227。当所述锁舌225伸出所述锁体222时，所述主体200处于锁紧状态，当所述锁舌225缩回所述锁体222时，所述主体200处于解锁状态。所述锁芯224与所述锁舌225相连，所述电机226能够转动所述锁芯224而使所述锁舌225伸出或缩回至所述锁体222中。
41.所述电控组件230包括主板231及与所述主板231电连接的通信模块232。所述电源227为所述电控组件230供电。所述电控组件230能够通过所述通信模块232接收到所述光学控制模组100发出的控制信号，主板所述主板231接收到控制信号进行处理后能够发出指令控制所述电机226运行。
42.请参阅图2及图4，所述光学控制模组100包括成像模块20、检测模块30、控制模块40及外壳50。所述成像模块20用以将所述光学控制模组100显示的画面在空中以浮空实像25的方式显示解锁界面。所述检测模块30可以检测用户在解锁界面上的交互操作以生成交互信息，并将交互信息传递至控制模块40。所述控制模块40根据内部指令集及交互信息，判断用户的具体操作内容，并生成相应的控制信号发送给主板231，所述主板231根据控制信号判断是否控制所述锁固组件220而打开所述主体200或关闭所述主体200。同时，所述控制模块40将控制信号对应的操作界面或控制结果传输至所述成像模块20，通过所述成像模块20在空中进行图像显示，以方便用户下一步操作或知晓控制结果。在本发明实施例中，所述解锁方式可以包括指纹解锁、密码解锁、图案解锁等，所述浮空实像25呈现的解锁界面包括上述解锁方式中的一种或多种。
43.所述外壳50包括一底座51、一固定安装在所述底座51中的支架52及一盖设在所述底座51上的盖板53。所述底座51内设有腔体511，所述成像模块20、所述检测模块30及所述控制模块40均收容在所述腔体511中。所述支架52上设有一中空的框体521及一安装板522。
所述盖板53覆盖在所述底座51上以将所述成像模块20、所述检测模块30及所述控制模块40封闭在所述腔体511中。所述盖板53上还设有一开口531，所述成像模块20可安装在所述开口531中。
44.所述成像模块20包括等效负折射率光学元件及显示器21，在一实施例中，所述等效负折射率光学元件可以为平板透镜1。所述平板透镜1容置在所述开口531中，所述显示器21容置在所述支架52的框体521中。所述显示器21发出的光线经过平板透镜1后，在平板透镜1的另一侧形成有与显示器21相对的浮空实像25。
45.所述检测模块30安装在所述安装板522上，所述检测模块30的感应区域与浮空实像25位于同一平面且包含浮空实像25所处的三维空间。在不同的实施例中，所述控制模块40可以直接与所述显示器21集成设置，或者主控制模块40与所述检测模块30集成设置。所述控制模块40的控制指令内容也可以传递至外部其他装置，以用于处理或控制外部其他装置。可以理解的是，所述光学控制模组100同时还包括连接上述系统的驱动电路和相关输入输出接口，图中省略示出。
46.在一实施例中，所述门禁设备1000安装在一门体中，所述门禁设备1000采用指纹解锁方式，所述成像模块20将指纹解锁界面呈现在浮空实像25上。当需要解锁时，用户需要将手指放置到浮空实像25所在的空中区域，所述检测模块30对用户的指纹信息进行采集并发送给所述控制模块40，所述控制模块40将采集的指纹信息与预存的指纹信息进行对比识别。如果采集的指纹信息与预存的指纹信息符合，则通过所述通信模块232发送控制信号至所述主板231中，所述主板231判断该控制信号为解锁信号时控制所述电机226转动使所述锁舌225缩回至所述锁体222中从而使所述主体200处于所述解锁状态。此时，即可打开门体。如果采集的指纹信息与预存的指纹信息不符，则通过所述通信模块232发送控制信号至所述主板231中，所述主板231判断该控制信号为锁紧信号时，则所述锁舌225仍伸出所述锁体222从而使所述主体200处于所述解锁状态。同时，所述控制模块40控制所述成像模块20在所述浮空实像25上显示验证不通过的相关信息。
47.可以理解的是，在其他实施例中，所述门禁设备1000采用其他解锁方式时，工作原理与采用指纹解锁的方式基本相同，故本发明不在此赘述。
48.下面参考图5
‑
图11对本发明中平板透镜1的结构及成像原理进行说明，具体内容如下。
49.如图5
‑
6所示，等效负折射率光学元件可以采用平板透镜1，平板透镜1包括两个透明基板8，以及置于两个透明基板8之间的第一光波导阵列6和第二光波导阵列7。其中，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7在同一平面紧密贴合且正交布置。优选地，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7的厚度相同，便于设计和生产。具体地，如图5所示，平板透镜从显示器21一侧到浮空实像25一侧依次包括第一透明基板8、第一光波导阵列6、第二光波导阵列7和第二透明基板8。
50.其中，第一透明基板8和第二透明基板8均具有两个光学面，透明基板8对波长在390nm至760nm之间的光线具有90％—100％的透射率。透明基板8的材料可以为玻璃、塑料、聚合物和丙烯酸树脂中的至少一个，用于保护光波导阵列及滤去多余光线。需要说明的是，如果第一光波导阵列6和第二光波导阵列7紧密正交贴合后的强度足够，或安装的环境有厚度限制，则也可以只配置一个透明基板8或完全不配置透明基板8。
51.如图6所示，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7由多个横截面为矩形的反射单元9组成，各反射单元9的长度由光波导阵列外围尺寸限制从而长短不一。第一光波导阵列6中反射单元9的延伸方向为x，第二光波导阵列7的反射单元9的延伸方向为y，z方向为光波导阵列的厚度方向。第一光波导阵列6和第二光波导阵列7中反射单元9的延伸方向(光波导阵列方向)相互垂直，即从z方向(厚度方向)看，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7之间正交布置，从而使处于正交方向的两个光束会聚于一点，且保证物像面(光源侧和成像侧)相对于平板透镜对称，产生等效负折射现象，实现空中成像。
52.如图7所示，第一光波导阵列6或第二光波导阵列7由以用户视角偏转45
°
斜向布置的多个平行排布的反射单元9组成。具体地，第一光波导阵列6可由呈左下方向45
°
并排且横截面为矩形的反射单元9组成，第二光波导阵列7可由呈右下方向45
°
并排且横截面为矩形的反射单元9组成，两组光波导阵列中反射单元9的排列方向可以互换。例如，第一光波导阵列6中反射单元9的延伸方向为y，第二光波导阵列7的反射单元9的延伸方向为x，z方向为光波导阵列的厚度方向，从z方向(厚度方向)看，第一光波导阵列6和第二光波导阵列7之间正交布置，使处于正交方向的两个光束会聚于一点，且保证物像面(光源侧和成像侧)相对于平板透镜对称，产生等效负折射现象，实现空中成像。其中，光波导材料具有光学折射率n1，在一些实施例中，n1>1.4，例如n1取值为1.5、1.8、2.0等。
53.如图8所示，对于第一光波导阵列6和第二光波导阵列7，各反射单元9与其相邻的反射单元9之间存在两个交接面，各交接面之间由透光性较好的胶粘剂11接合。优选地，胶粘剂11可以选择光敏胶或热固胶，胶粘剂13的厚度为t1，且满足t1>0.001mm，例如，t1＝0.002mm或者t1＝0.003mm或者t1＝0.0015mm，具体厚度可以依据具体需要设置。平板透镜1中相邻的光波导阵列之间以及光波导阵列与透明基板8之间均设置有胶粘剂11，增加牢固性。
54.在一些实施例中，反射单元9的横截面可以为矩形，且沿反射单元9的排布方向的一侧或两侧面设置有反射膜10。具体地，在光波导阵列排布方向上，各反射单元9两侧均镀有反射膜10，该反射膜10的材料可以为实现全反射的铝、银等金属材料或其他非金属化合物材料。反射膜10的作用是防止光线因没有全反射而进入相邻光波导阵列中形成杂光影响成像。或者，各反射单元9也可以在反射膜10上添加介质膜，介质膜的作用是提高光反射率。
55.单个反射单元9的横截面宽a和横截面长b，满足0.1mm≤a≤5mm，0.1mm≤b≤5mm，进一步地，为了获得更好的成像效果，满足0.1mm≤a≤2mm，0.1mm≤b≤2mm。例如a＝0.2mm，b＝0.2mm；或者，a＝0.5mm，b＝0.5mm。在大屏幕显示时可以通过拼接多块光波导阵列来实现大尺寸需求。光波导阵列的整体形状根据应用场景需要设置，本实施例中，两组光波导阵列整体呈矩形结构，两对角的反射单元9为三角形，中间的反射单元9为梯形结构。单个反射单元9的长度不等，位于矩形对角线的反射单元9长度最长，两端的反射单元9长度最短。此外，平板透镜1还可以包括增透部件和视角控制部件，增透部件可以提高平板透镜的整体透过率，提高浮空实像25的清晰度和明亮度。视角控制部件可以用于消除浮空实像25的残像，降低观察者的眩晕感，同时防止观察者从其他角度窥视到装置内部，提升装置整体的美观度。其中，增透部件和视角控制部件可以组合，或者也可以分别独立设置在透明基板8与波导阵列的之间、两层波导阵列之间或透明基板8的外层。
56.具体地，本发明的空中成像原理如下：
57.在微米尺度上，使用相互正交的双层波导阵列结构，来对任意光信号进行正交分解。原始信号投射在第一光波导阵列6，以原始信号投射点作为原点、垂直于第一光波导阵列6为x轴建立直角坐标系，在该直角坐标系内原始信号被分解为位于x轴的信号x和位于y轴的信号y两路相互正交信号。其中，信号x在经过第一光波导阵列6时，按照与入射角相同的反射角在反射膜10表面进行全反射；此时，信号y保持平行于第一光波导阵列6，穿过第一光波导阵列6后，在第二光波导阵列7表面按照与入射角相同的反射角在反射膜10表面进行全反射，反射后的信号y与信号x组成的反射后的光信号便与原始光信号成镜面对称。因此任意方向的光线经过此平板透镜1均可实现镜面对称，任意光源的发散光经过此平板透镜1便会在对称位置重新汇聚成浮空实像25，浮空实像25的成像距离与平板透镜1到像源即显示器21的距离相同，为等距离成像，且浮空实像25的位置在空中，不需要具体载体，而是直接在空气中呈现实像。因此，使用者所看到的空间中的影像即是显示器21发出的图像。
58.在本发明实施例中，显示器21光源发出的光线在穿过平板透镜1时，在平板透镜1上发生上述过程。具体地，如图10所示，光线在第一光波导阵列6上的入射角分别为α1、α2和α3，光线在第一光波导阵列6上的反射角为β1、β2和β3，其中α1＝β1，α2＝β2，α3＝β3，经过第一光波导阵列6反射后，在第二光波导阵列7上的入射角分别为γ1、γ2和γ3，在第二光波导阵列7上的反射角分别为δ1、δ2和δ3，其中，γ1＝δ1，γ2＝δ2，γ3＝δ3。
59.进一步地，汇聚成像后的入射角分别为α1，α2，α3
…
αn，显示器21的光源与平板透镜1的距离为l，则浮空实像的成像位置与平板透镜的距离也为l，且该浮空实像25的可视角度ε为2倍max(α)。
60.可以理解的是，若光波导阵列的尺寸较小，则仅在距离光波导阵列成像侧的一定距离才可看到影像；而若光波导阵列的尺寸变大，即可实现更大的成像距离，从而增大视野率。
61.优选地，平板透镜1与显示器21的夹角设置为45
°±5°
的范围，从而可以有效利用平板透镜1的尺寸，提高成像质量和降低残像影响。此外，如果对成像位置有其他需求，则也可以在牺牲部分成像质量的情况下选择其他角度，优选地，平板透镜1的大小设置为可以显示整个显示器21所呈现的浮空实像25的画面。但如果实际使用时仅需要看到显示器21的部分画面，则平板透镜1的尺寸也可以根据实际显示画面自由调整大小和位置，对此不作限制。
62.另外，以上主要表述采用双层光波导阵列结构的平板透镜1的成像原理，在另一些实施例中，若将四周面均设为附有反射膜12的多个立方柱状反射单元9，且多个立方柱状反射单元9均在一层光波导阵列结构中沿x和y方向呈阵列排布，即将两层光波导阵列合并成一层，其成像原理与双层光波导阵列结构的成像原理相同，也可以作为平板透镜1的结构。
63.在实施例中，第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的厚度相同，从而可以简化第一光波导阵列6与第二光波导阵列7结构的复杂度，降低第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的制造难度，提升第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的生产效率，减少第一光波导阵列6与第二光波导阵列7的生产成本。需要注意的是，此处的厚度相同为一个相对的范围，并非是绝对相同，即以提高生产效率为目的，在不影响空中成像质量的前提下，光波导阵列之间可以存在一定的厚度差。
64.根据本发明的一些实施例，显示器21的成像模式可以包括rgb(红色、绿色、蓝色)
发光二极管(light emitting diode，led)、lcd(liquid crystal display，液晶显示器)、lcos(liquid crystal on silicon，液晶附硅)器件、oled(organic light
‑
emitting diode，有机发光二极管)阵列、投影、激光、激光二极管或任何其他合适的显示器或立体显示器，对此不作限制。
65.在实施例中，可以设置显示器21的亮度不低于500cd/m2，从而可以降低光路传播中由亮度损失造成的影响。当然，实际应用时，可以根据环境光的亮暗来调整显示器21的显示亮度。
66.此外，根据本发明的一些实施例，对显示器21的显示图像表面进行可视角控制处理，可以减轻浮空实像25的残影，提高画面质量，也可以防止他人窥视，从而广泛应用到其他需要隐私信息保护的输入装置。
67.根据本发明的一些实施例，检测模块30可以为远近红外传感器、超声波传感器、激光干涉传感器、光栅传感器、编码器、光纤式传感器或ccd传感器。也就是说，检测模块3的感应形式包括但不限于远近红外、超声波、激光干涉、光栅、编码器、光纤式或ccd(电荷耦合器件)等。
68.根据本发明的一些实施例，控制模块40与成像模块20、检测模块30可以采用有线或无线方式连接，传输数字或模拟信号，从而可以灵活控制光学控制模组100的体积，而且可以增强光学控制模组100的稳定性。
69.本发明实施例提供的门禁设备1000，其上安装的光学空中模组100通过可交互空中成像技术将解锁画面在空中的确定位置处形成浮空实像25，用户只需在空中点击浮空实像25中的解锁界面进行操作而无需接触到设备本体即可实现解锁。该门禁设备1000可以是用户的操作更加方便直观，避免用户操作时接触门禁设备1000本体，从而更加安全、方便、高效。
70.在本发明中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
71.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
72.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。