TWI536272B - 生物辨識裝置及方法 - Google Patents

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Description

生物辨識裝置及方法
本發明為一種生物辨識裝置及方法，尤指一種可擷取及鑑別手指之指紋特徵或/及靜脈特徵的生物辨識裝置及方法。
為了加強保全效果、以及彌補傳統例如個人密碼、數位金鑰、藉由智慧晶片所內建之硬體金鑰等等之數位化身份辨識技術的缺點，現今已有越來越多的身份辨識及保全系統是採用或增設有生物辨識裝置。而手指的指紋辨識裝置與靜脈辨識裝置則是生物辨識裝置中的兩個常見例子。
台灣專利公告號第565094、M343215號案以及台灣專利公開號第201145179號案曾揭露習知的指紋辨識技術。然而，這幾件習知技術都同樣具有：僅能提供「指紋辨識」單一生物特徵之鑑別功能所以保全效果較差，以及使用可見光光源所以無法適用於對手指靜脈的辨識操作等缺失。所述的反射式可見光光源，是指光源是由下朝上射向手指的第一指節的皮膚與介質的接觸面後，由影像擷取裝置擷取來自接觸面的反射光，並據以分析其中的指紋特徵。然而，因為靜脈特徵是利用血紅蛋白對於特定波長的吸收而顯像，其特定波長並不包括可見光。再者指紋辨 識時需透過接觸一介面來加強指紋的鑑別程度，此一接觸會導致內藏於指節內部的靜脈血管周圍密度改變而不易觀察，所以，前述位於第一指節的反射式可見光光源顯然無法在鑑別指紋的同時也獲得清晰的靜脈影像，故無法適用於第一指節的靜脈辨識操作。
美國專利公開號第20090185726號案揭露一種可辨識「指紋」、「指靜脈」、「掌紋」、「掌靜脈」四合一之辨識設備。但其使用時僅選擇「指紋與指靜脈」或「掌紋與掌靜脈」，以時序方式控制兩個不同位置之反射式光源進行特徵辨識，即指紋辨識使用一組光源、靜脈辨識使用另一組光源，且需要增加一控制電路來分時啟動，因此在電路設計上較為複雜。
台灣專利公告號第M375256號案及台灣專利公開號第201211914號案曾揭露習知靜脈辨識技術。然而，這幾件習知技術都同樣具有僅能提供「靜脈辨識」單一生物特徵之鑑別功能所以保全效果較差的缺失。並且，台灣專利公告號第M375256號案因缺乏妥適的導光機制所以整體體積龐大，而台灣專利公開號第201211914號案則未曾揭露任何光學系統與導光機制的具體設計。
台灣專利公開號第200947315號案揭露一種可辨識「指紋」與「指靜脈」的技術，但其技術揭露是著重在電路設計及後續影像辨識及身份鑑別等資料處理的部分，並無具體的光學系統與導光機制之揭露。並且，此一習知技術是採用2維電容式指紋感應器與影像測器(Image sensor)兩種感應器來分別且依序擷取指紋影像及靜脈影像，不僅 硬體成本較高，且因為需分別控制兩組影像感應器來依序進行兩個不同的影像擷取與處理，所以在電路設計及影像處理程式上也較為複雜。
美國專利公開號第20110129128號案揭露一種可辨識「指紋」與「指靜脈」的技術，但其技術揭露是著重在電路設計及後續影像辨識及身份鑑別等資料處理的部分，並無具體的光學系統與導光機制之揭露。並且，此一習知技術是採用一電阻式或電容式之半導體電路感應板來偵測指紋特徵、並使用另一影像感應器搭配光源來擷取靜脈影像並據以辨識靜脈特徵。此種使用兩種不同感應器來分別擷取指紋特徵及靜脈影像的方式，不僅硬體成本較高，且因為需分別控制兩組不同類型感應器進行兩種不同類型的訊號擷取與處理，所以在電路設計上也較為複雜。
以上所述的所有習知技術，除了其個別所具有之前述缺點之外，還全部都具有一相同缺失。對於掌靜脈或是手指靜脈等靜脈辨識的原理，乃是利用靜脈內缺氧的血紅素對特定波長光線的吸收，使得靜脈影像透過諸如互補式金屬氧化半導體(CMOS)或電荷耦合元件(CCD)等之影像感測器來加以擷取與分析比對，進而作為辨識使用者身份的生物辨識技術。然目前現存的所有已知技術，都是使用紅外線發光二極體(IR LED)作為光源，但以其發光頻譜的特性相較於雷射發光二極體而言，習用的紅外線發光二極體的發光頻譜相對過寬。除了會被靜脈內缺氧的血紅素吸收掉的發光頻譜之外，其他的波長分量亦會被周邊組織吸收形成影像的對比雜訊，在影像的擷取對比上會比 雷射光源較為模糊，而有進一步改良的空間。
本發明的第一目的係在於提供一種生物辨識裝置，藉由紅外線的垂直腔面射型雷射(VCSEL)作為生物辨識裝置的替代光源，利用垂直腔面射型雷射所具有之較窄發光頻譜也就是較窄波長分佈的特性，能在靜脈影像的辨識上提供更清楚的影像，以利於影像的後續處理。藉此取得較清晰與對比性強的影像，能簡化之後訊號處理比對時間、軟體處理時效與後處理元件的使用，達到簡化成本與提升性能的功效。
本發明的第二目的係在於提供一種生物辨識裝置，藉由獨特的光學導光機構來達成小型化生物辨識模組的功效，以適於被裝設在可攜式電子裝置上，例如筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機等。
本發明的第三目的係在於提供一種生物辨識裝置及方法，其可藉由單一影像測器單元來同時擷取指靜脈與指紋兩種影像於同一感測訊號中，以進行後續之靜脈特徵與指紋特徵的分析比對。不僅因為只需單一影像測器單元所以硬體成本相對降低，且因為需進行一次影像擷取即可同時獲得靜脈特徵與指紋特徵，所以在電路設計上也較為單純，處理效率也相對較高。
為了達到上述目的，本發明提供一種生物辨識裝置，用以辨識一生物之一部位的至少一生物特徵，其包括：一載座，其具有一開口以供容納該生物之該被辨識部 位，該開口並具有一底部及至少一旁側部；一定位結構，設於該載座上且對應於該開口處；當該被辨識部位位於該開口時，該定位結構可協助使該被辨識部位位於一預定位置處；至少一光源單元，設於該載座內且對應於該開口之該至少一旁側部處；當該被辨識部位位於該開口內之該預定位置處時，該至少一光源單元恰位於該被辨識部位之一旁側，且可投射一側向的光線於該被辨識部位上並進而產生該被辨識部位之至少一光影；一導光模組，設於該載座內且對應於該開口之該底部的下方處；以及一影像感測器單元，設於該載座內，可接收該被辨識部位之該至少一光影並據以產生可供電腦判讀之一感測訊號。
於一實施例中，本發明之生物辨識裝置更包括有一可見光濾片，設於影像感測器鏡頭內部或鏡頭外部，以濾除非必要之光線，提高特定波長的影像鑑別度。
其中，為了達到上述之第一目的，該至少一光源單元包括有複數個紅外線垂直腔面射型雷射(VCSEL)，並且，自該至少一光源單元於垂直高度方向上之一平均中心點至該開口之一底部的垂直高度h1是不小於該被辨識部位之一平均垂直厚度h2的二分之一。藉由紅外線的垂直腔面射型雷射(VCSEL)作為生物辨識裝置的替代光源，利用垂直腔面射型雷射所具有之較窄發光頻譜也就是較窄波長分佈的特性，能在靜脈影像的辨識上提供更清楚的 影像，以利於影像的後續處理。藉此取得較清晰與對比性強的影像，能簡化之後訊號處理比對時間、軟體處理時效與後處理元件的使用，達到簡化成本與提升性能的功效。
其中，為了達到上述之第二目的，該導光模組包括有至少一菱鏡單元，且該導光模組可被區分為一指紋區以及一靜脈區；藉由該至少一光源單元投射該光線於該被辨識部位上來產生該被辨識部位之一指紋光影及一靜脈光影；該指紋光影是經由該導光模組之該指紋區來導引進而成像於該影像感測器單元上，且該靜脈光影是經由該導光模組之該靜脈區來導引進而成像於該影像感測器單元上。因此，可藉由獨特的光學導光機構來達成小型化生物辨識模組的功效。
其中，為了達到上述之第三目的，藉由該至少一光源單元投射該光線於該被辨識部位上來同時產生該被辨識部位之一指紋光影及一靜脈光影；該指紋光影及該靜脈光影是經由該導光模組來導引進而同時成像於該影像感測器單元上；藉此，該影像感測器單元所產生之可供電腦判讀之該感測訊號係同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號。不僅因為只需單一影像測器單元所以硬體成本相對降低，且因為需進行一次影像擷取即可同時獲得靜脈特徵與指紋特徵，所以在電路設計上也較為單純，處理效率也相對較高。
此外，本發明提供一種生物辨識方法，用以辨識一生物之一部位的至少一生物特徵，其包括下列步驟：提供一生物辨識裝置，該生物辨識裝置包括：一載 座、至少一光源單元、一影像感測器單元以及一控制模組；該載座可容納該生物之該被辨識部位；該至少一光源單元可投射一光線於該被辨識部位上並進而產生該被辨識部位之一指紋光影以及一靜脈光影；該影像感測器單元可接收該指紋光影以及該靜脈光影並據以產生可供電腦判讀之一感測訊號，其中，該影像感測器單元所產生之可供電腦判讀之該感測訊號係同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號；該控制模組至少電性連接於該至少一光源單元與該影像感測器單元，可接收來自該影像感測器單元之該感測訊號；將被辨識部位放置到該生物辨識裝置上，並藉由該生物辨識裝置來產生同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號的該感測訊號；由該生物辨識裝置之該控制模組接收該感測訊號，並擷取該感測訊號中所包含之該指紋光影中的一指紋特徵資料以及該靜脈光影中的一靜脈特徵資料；以及藉由一比對單元接受來自該控制模組之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，並與預先儲存於一特徵資料庫中的該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料進行比對後，將比對結果輸出。
於一實施例中，本發明之生物辨識裝置更包括有一可見光濾片，設於影像感測器鏡頭內部或鏡頭外部，以濾除非必要之光線，提高特定波長的影像鑑別度。
為了能更清楚地描述本發明所提出之生物辨識裝置，以下將配合圖式詳細說明之。
請參閱圖一、圖二A及圖二B所示。其中，圖一為本發明生物辨識裝置第一實施例之立體外觀示意圖，圖二A是圖一中所示之生物辨識裝置的A-A’剖面示意圖，圖二B是圖一中所示之生物辨識裝置的B-B’剖面示意圖。於本第一實施例中，該生物辨識裝置1可用來辨識一生物之一部位的至少一生物特徵，其包括：一載座10、一定位結構20、至少一光源單元30、一影像感測器單元40、一導光模組50、以及一控制模組60。於本發明中，該被辨識部位是一手指9，尤其是食指的第一指節與第二指節的部分為較佳，但也可能是中指、拇指、或其他手指。
該載座10具有一開口11以供容納該生物之該被辨識部位也就是手指9。該開口11並具有一底部111及至少一旁側部112。於本實施例中，該載座10具有兩個旁側部112其分別自底部111的左、右兩旁側向上延伸，使得該載座10於該A-A’剖面上觀之大體上構成一U形結構。而該U形結構之載座10的中央開口處就是該開口11。當把手指9放入該開口11時，手指9係沿著載座10的開口11而前後延伸，使第一指節大體上是位在該開口11之前半部、同時第二指節是位在該開口11之後半部。
該定位結構20設於該載座10上且對應於該開口11之底部111處。當該被辨識部位(手指9)位於該開口11內時，該定位結構20可協助使該被辨識部位(手指9) 被定位於一預定位置處。
請參閱圖四A與圖四B。其中，圖四A為本發明生物辨識裝置第一實施例中的定位結構20與導光模組50的立體分解示意圖，圖四B為圖四A中所示之定位結構20與導光模組50於組合後的C-C’剖面示意圖。於本實施例中，該定位結構20是一手指定位結構且具有包括：一前開窗21、一後開窗22、以及位於該前、後開窗21、22之間的一定位肋23。如圖四B所示，藉由將該手指9之該第一指節91與該第二指節92下表面之間連接處的一指節谷93置放於該定位肋23上，可使該第一指節91的底面恰位於該前開窗21處、且同時該第二指節92也恰位於該後開窗22處。此時，第一指節91的前端下方會置放在定位結構20的一手指前緣放置區25上，使第一指節91下表面(也就是具有指紋的表面)緊貼著導光模組50之一指紋區上表面，以進行指紋特徵的擷取。同時，第二指節92的後端下方會置放在定位結構20的一手指後緣放置區26上，使第二指節92下表面朝向但不壓迫著導光模組50之一靜脈區，以進行靜脈特徵的擷取。具體來說，該手指前緣放置區25的高度會比定位肋23與手指後緣放置區26稍低一些，藉此，第二指節92會因為定位肋23與手指後緣放置區26的高度相對稍高之故，在靜脈區上表面上方形成一非接觸式的空間。這樣的設計能確定靜脈區所得到之靜脈921的特徵是手指最為豐富區域，並兼顧指紋區之指紋特徵的擷取區域。此外，於定位結構20上並設有至少一隔光板24、一前側板27以及一後側板28。該 隔光板24是位於該至少一光源單元30與該導光模組50之間，可改善環境光與繞射光線所造成的手指邊緣過度曝光現象，以及避免光自除了該定位結構20的前、後開窗21、22處以外的其他地方進入導光模組50，也可避免非必要的雜光自該定位結構20的前、後開窗21、22處進入導光模組50。該前、後側板27、28則分別抵靠於導光模組50的前、後兩表面，除了可在把導光模組50組合到定位結構20時提供一定位功能外，也兼具有避免雜光自導光模組50的前、後兩表面進入的遮光效果。
於圖一、圖二A及圖二B所示之本發明生物辨識裝置1的第一實施例中，該至少一光源單元30是設於該載座10內且對應於該開口11之該至少一旁側部112處。於本實施例中，於兩旁側部112各設有複數光源單元30。當該被辨識部位(手指9)位於該開口11內之該預定位置處時，該至少一光源單元30恰位於該被辨識部位(手指9)的兩旁側，且可投射一側向的光線於該被辨識部位(手指9)上並進而產生該被辨識部位(手指9)之至少一光影。
於本發明中，該至少一光源單元30包括有複數個紅外線垂直腔面射型雷射(VCSEL)，尤其是以波長為780nm或850nm或介於其間的紅外線垂直腔面射型雷射(VCSEL)為較佳。該被辨識部位是手指9的第一指節91及第二指節92的至少一部份。當該被辨識部位(手指9)是位於該開口11內之該預定位置時，該複數個紅外線垂直腔面射型雷射(光源單元30)是位於該被辨識部位 (手指9)的一旁側且沿著該第一及第二指節91、92而分布。並且，自該至少一光源單元30於垂直高度方向上之一平均中心點至該開口11之底部111的垂直高度h1是不小於該被辨識部位(手指9)之一平均垂直厚度h2的二分之一。舉例來說，一般成人的食指第二指節的平均垂直厚度h2大多介於0.8cm(東方女性)~1.6cm(西方男性)之間。因此，倘若欲製造一個適用於多數使用者是西方男性的生物辨識裝置時，則該至少一光源單元30於垂直高度方向上之一平均中心點至該開口11之底部111的垂直高度h1必須大於或等於0.8cm為較佳。
本發明之生物辨識裝置1獨創使用紅外線的垂直腔面射型雷射(VCSEL)來作為生物辨識裝置的替代光源。利用垂直腔面射型雷射所具有之較窄發光頻譜也就是較窄波長分佈的特性，能在靜脈影像的辨識上提供更清楚的影像，以利於影像的後續處理。藉此，可取得較清晰與對比性強的影像，能簡化之後訊號處理比對時間、軟體處理時效與後處理元件的使用，達到簡化成本與提升性能的功效。然而，也正由於紅外線垂直腔面射型雷射具有高指向性也就是發光集中、出射光夾角小，以及較窄發光頻譜的特性，所以，若是採用如前述習知技術所揭露之反射式光源的光學設計來裝設本發明所述之紅外線的垂直腔面發射雷射器的話，將會產生局部(點狀)曝光過度與曝光不均勻的缺點。顯然，常見於習知靜脈辨識技術或指紋辨識技術中的反射式光源的光學設計，並無法單純轉換使用紅外線的垂直腔面射型雷射來當作其光源。
如前所述，本發明之生物辨識裝置1，係將該至少一光源單元30於垂直高度方向上的位置設置在比該被辨識部位(手指9)於垂直高度方向上的水平中心線94更高的位置處，且該至少一光源單元30是投射一「側向光」至該被辨識部位(手指9)上，而非習用技術之垂直投射光源的方式，可有效改善側邊光源所造成的表面曝光現象，以及避免習知技術採用垂直反射光源所易產生之過度曝光現象。
如圖二A所示，該至少一光源單元30所投射出之該光線係定義有一虛擬的中心投射線301，並且，該光線在經由被辨識部位(手指9)反射或折射後所產生之該至少一光影向下進入該載座10內的投射方向係定義有一虛擬的垂直投射線302。於本發明中，該虛擬的中心投射線301與該虛擬的垂直投射線302之間的一夾角Θ是介於30度至150度之間為較佳。更具體來說，當該垂直高度h1等於該平均垂直厚度h2的二分之一時，該夾角Θ是介於30度至85度之間為較佳；而當該垂直高度h1大於該平均垂直厚度h2的二分之一時，該夾角Θ是介於30度至150度之間為較佳。由於該至少一光源單元30的垂直高度大於手指水平中心線、且所投射出之該光線與垂直方向之間具有一角度Θ，所以具有以下優點：(1)避面光源照射到人眼；(2)由於光線是呈現一個角度照射，可因應不同大小(高度)的手指；(3)此種光源配置方式可使得側光源擁有接近直接穿透式光源的穿透能力。
請參閱圖三A與圖三B，為本發明生物辨識裝置 1a、1b之光源單元的另兩種不同光源的配置方式示意圖。於圖三A所示之實施例中，生物辨識裝置1a之該些光源單元30a(亦即，紅外線的垂直腔面射型雷射)的配置高度是約略與該被辨識部位(手指9)的水平中心線94等高，且光源單元30a所投射光線的虛擬中心投射線301a與該至少一光影向下投射的虛擬垂直投射線302a之間的夾角Θ是介於60度至85度之間。於圖三B所示之實施例中，生物辨識裝置1b之該些光源單元30b(亦即，紅外線的垂直腔面射型雷射)的配置高度是比該被辨識部位(手指9)的水平中心線94更高，且光源單元30b所投射光線的虛擬中心投射線301b與該至少一光影向下投射的虛擬垂直投射線302b之間的夾角Θ是介於75度至105度之間。無論是如圖二A、圖三A或是圖三B所示的光源配置方式，都能有效的解決紅外線的垂直腔面射型雷射在靜脈辨識上的應用所產生的過曝現象，其改善方式在於將光源的光線投射入手指內部的位置及方向(亦即虛擬中心投射線301、301a、301b)需控制在手指水平中心線94以上，並藉由手指9內部組織的散射現象來達成靜脈紋路的成象。而在手指9皮膚表面所繞射光線則藉由隔光板24來做最後隔離。若將垂直腔面射型雷射置於手指水平中心線94下方，則表面過曝區域範圍將無法完全經由隔光板94來做隔離。而若是將垂直腔面射型雷射置於手指9正下方，則會具有局部(點狀)曝光過度與曝光不均勻的缺點。
請參閱圖十二A、圖十二B、及圖十二C所示，分別 為以垂直腔面射型雷射作為光源單元相對於手指的放置位置與靜脈光影效果的三種不同例子示意圖。如圖十二A所示，當以垂直腔面發射雷射器作為光源單元30c的設置位置接近手指9底部時，所得到之靜脈光影95c將會因為手指表面所造成的繞射條紋951而導致無法辨識其中的靜脈紋路。如圖十二B所示，當以垂直腔面射型雷射作為光源單元30d的設置位置是位於手指水平中心線94且其光線是水平射向手指9時，所得到之靜脈光影95d將會因為在手指兩側邊緣出現嚴重且大面積的過曝區952而不易辨識其中的靜脈紋路。如圖十二C所示，當以垂直腔面射型雷射作為光源單元30e的設置位置是高於手指水平中心線94之上時，則所得到之靜脈光影95e只會在手指兩側邊緣出現小面積且不嚴重的過曝區953，而靜脈光影95e中央區域仍可清楚辨識辨識其中的靜脈紋路954。由此可知，本發明獨創的光源單元30設置位置及發光方向，確實可以解決習知技術的缺點。
於本發明中，該影像感測器單元40設於該載座10內，並以一傾斜角度對應於該導光模組50。該影像感測器單元40可接收該被辨識部位之該至少一光影並據以產生可供電腦判讀之一感測訊號。於本實施例中，該影像感測器單元40更包括：一透鏡組41(Lens Set)、一影像感測器42(Image Sensor)、一感測器電路基板43、以及一濾片44。該透鏡組41可將來自導光模組50的影像光加以聚集並成像於影像感測器42上。影像感測器42可以是互補式金屬氧化半導體(CMOS)或電荷耦合元件(CCD) 等之習知的影像感測器。該感測器電路基板43係電性連接於該影像感測器42與該控制模組60。該濾片44可濾除必要之可見光波長之光線，提高特定波長的影像鑑別度。於本實施例中，該濾片44是設置於透鏡組41內部(位於透鏡組41與影像感測器42之間)，但是在另一實施例中，濾片44a也可以是設置在透鏡組41之外(位於透鏡組41與導光模組50之間)；其中，該濾片可為高通濾片(long pass filter)或特定波長範圍之帶通濾片(bandpass filter)。
如圖二A、圖二B、圖四A、及圖四B所示，該導光模組50是設於該載座10內且對應於該開口11之該底部111的下方處。具體來說，該導光模組50是鄰靠著該定位結構20的正下方。該被辨識部位(手指9)之該至少一光影是自該開口11之該底部111經由定位結構20的開窗21、22向下進入該載座10內部，並經由該導光模組50將該至少一光影導引後，射向該影像感測器單元40。
請參閱圖四A、圖四B、圖五A及圖五B所示。圖五A是本發明生物辨識裝置第一實施例中的導光模組50的立體示意圖，而圖五B則是圖五A所示之導光模組50的DD’側視示意圖。本發明之該導光模組50包括有至少一菱鏡單元，而在圖四A及圖五A所示之第一實施例中，該導光模組50包括有單一個菱鏡單元，且由該單一個菱鏡單元所構成之該導光模組50可被區分為一指紋區51以及一靜脈區52。該指紋區51的位置係對應於該前開窗21、且該靜脈區52係對應於該後開窗22。當該至少一光 源單元30投射該光線於該被辨識部位(手指9)上時，係同時產生該被辨識部位(手指9)之一指紋光影及一靜脈光影，且該指紋光影及該靜脈光影係分別藉由該導光模組50之該指紋區51及該靜脈區52來導引進而同時成像於該影像感測器單元40上。該影像感測器單元40所產生之可供電腦判讀之該感測訊號係同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號。換言之，就是在該影像感測器單元40所擷取並產生之單一圖像(照片)訊號中是同時包含有該指紋光影及該靜脈光影，並且，該指紋光影及該靜脈光影是分別佔據該單一圖像的大約一半面積。例如，該單一圖像的右半部顯示了該指紋光影，而單一圖像的左半部則是顯示該靜脈光影。
該導光模組50之菱鏡單元的該指紋區51具有包括一指紋區上表面511、與該指紋區上表面511相對之一指紋區下表面512、與該指紋區上表面511及該指紋區下表面512兩者都相鄰接之一指紋區成像面513、與該指紋區成像面513相對之一指紋區抗反射面514、以及與該指紋區上表面511、指紋區下表面512、指紋區成像面513和指紋區抗反射面514都相鄰之側邊抗反射面514a。該指紋區上表面511是鄰靠於該定位結構20之該前開窗21處，當該被辨識部位(手指9)是位於該開口11內之該預定位置時，該手指9之該第一指節91下表面皮膚係接觸於該指紋區上表面511。由該指紋區上表面511進入該菱鏡單元(導光模組50)之該指紋區51內的指紋光影，會由該指紋區下表面512進行至少一次反射後，再由該指紋區 成像面513射出該菱鏡單元(導光模組50)之該指紋區51。該指紋區成像面513的一斜面角度與配置位置可使由該指紋區成像面513射出之該指紋光影正確成像於與其相對應設置之該影像感測器單元40的另一半面積。該指紋區抗反射面514、側邊抗反射面514a上係鍍、塗、貼、或印刷抗反射材質或可吸光的材質，可降低於該菱鏡單元之該指紋區中若有射向該指紋區抗反射面、側邊抗反射面之光線的反射現象，以避免或改善菱鏡單元(導光模組50)內部產生的全反射光線影響指紋影像品質。
該菱鏡單元(導光模組50)之該靜脈區52具有包括一靜脈區上表面521、與該靜脈區上表面521相對之一靜脈區下表面522、與該靜脈上表面521及該靜脈區下表面522兩者都相鄰接之一靜脈區成像面523、以及與該靜脈區成像面523相對且以一大角度傾斜角鄰接於該靜脈區下表面522之一靜脈區反射面524。該靜脈區上表面521是鄰近於該定位結構20之該後開窗22處，當該被辨識部位(手指9)是位於該開口11內之該預定位置時，該手指9之該第二指節92並不會壓迫或接觸到該靜脈區上表面521。由該靜脈區上表面521進入該菱鏡單元(導光模組50)之該靜脈區52內的該靜脈光影，會在內部由該靜脈區反射面524、該靜脈區上表面521、以及該靜脈區下表面522分別進行至少一次反射後，才由該靜脈區成像面523射出該菱鏡單元(導光模組50)之該靜脈區52。該靜脈區成像面523的一斜面角度與配置位置可使由該靜脈區成像面523射出之該靜脈光影成像於該影像感測器 單元40的另一半面積。於靜脈區反射面524的部份必須鍍、塗、貼、或印刷高反射率材質或是放置一面鏡，以反射來自於手指靜脈光影的光線，並使得反射光線能在菱鏡單元(導光模組50)內部產全反射。該靜脈光影的一成像光程長度是藉由該靜脈區上、下表面521、522之間的垂直高度以及該靜脈光影在該菱鏡單元(導光模組50)之該靜脈區52內部的反射次數來決定。該靜脈光影在該菱鏡單元(導光模組50)之該靜脈區52內部的該反射次數則可藉由該靜脈區反射面524與該靜脈區下表面522之間的該傾斜角的值來調整。
如圖五B所示，由於指紋區上表面511與靜脈區上表面521兩者高度不同而存在一上表面層差h5，此上表面層h5差除了有光學路徑的考量外，在手指定位肋23及手指後緣放置區26的配合下，能增加更高的非接觸區域，以利靜脈紋路的辨識。此外，於指紋區下表面512及靜脈區下表面522亦存在一下表面層差h6，此層差h6決定了菱鏡單元(導光模組50)在該指紋區51與該靜脈區52兩部位的厚度差，是最後指紋影像與靜脈影像兩者是否能結合在一起的關鍵。
如圖四A及圖四B所示，菱鏡單元(導光模組50)位於定位結構20下方，其實際有效偵測區範圍小於菱鏡上表面。菱鏡上表面的部份區域被隔光板24隔離。指紋區51前方的定位結構20上具有手指前緣放置區25，其高度與菱鏡單元(導光模組50)的指紋區51同水平，提供手指較大的使用者有更大的放置空間。靜脈區52後方 的定位結構20上具有手指後緣放置區26，其高度高於靜脈區上表面521並與定位肋23的高度相同。當手指9放置時能在手指後緣放置區26與定位肋23之間形成一非接觸式的空間，這主要是因為靜脈紋路容易受壓而導致影像變形而導致無法辨識的現象發生。
請參閱圖六A、圖六B及圖六C所示。圖六A是本發明生物辨識裝置第一實施例中的菱鏡單元(導光模組50)上方的有效偵測區域的示意圖；圖六B是圖六A中所示之菱鏡單元於指紋區51的光學路徑示意圖；圖六C是圖六A中所示之菱鏡單元於靜脈區52的光學路徑示意圖。由於菱鏡單元(導光模組50)上方有部份區域被隔光板24阻絕，因此實際的偵測面積小於菱鏡單元(導光模組50)的上表面。指紋區51與靜脈區52在光學路徑上最大的差異在於，指紋區51內部之指紋光影的光學路徑，只在指紋區下表面512處產生一次全反射後即進入影像感測器單元40。而靜脈區52內部的靜脈光影的光學路徑則需要先後在靜脈區反射面524、靜脈區上表面521、以及靜脈區下表面522處依序產生一次反射(一共反射三次)後，才進入影像感測器單元40。所以指紋光影與靜脈光影這兩種影像的光學路徑長並不相同，這是由於指紋區51的偵測標的(也就是指紋)位於手指9的下表面，而靜脈區52的偵測標的(也就是靜脈)則位於手指9內部。因此在靜脈區52的光學路徑上會大於指紋區51之光學路徑。而菱鏡單元下表面層的厚度差h6則是為了修正兩者影像的最後成像位置。
請參閱圖七A與圖七B，分別為本發明生物辨識裝置之導光模組50a的另一種實施例與定位結構20兩者的立體組合示意圖以及立體分解示意圖。於本實施例中，該導光模組50a係包括：一個該菱鏡單元、一個面鏡56、以及用來定位至少該面鏡56之一面鏡座57所構成。該菱鏡單元係構成該指紋區51a，且該面鏡56是構成前述之該靜脈區。該菱鏡單元(指紋區51a)放置於一定位結構20的前開窗21下方且是置於該面鏡座57的一平台572上。該面鏡56置於面鏡座57之斜面571處，且於斜面571較鄰近影像感測器單元40之側留有未被面鏡56覆蓋之一平坦面573。以面鏡56反射形式作為可同時擷取指紋與靜脈光影的混合式生物辨識裝置，可達成設計簡易化，無需考慮兩個不同菱鏡的光學路徑，但與前述單一菱鏡單元的設計相比，本實施例採用一菱鏡搭配一面鏡的設計將會使其光學路徑與體積都相對增加。
如圖八所示，為圖七A中所示之導光模組50a的光學路徑示意圖。其面鏡56角度θ2為指紋菱鏡單元(指紋區51a)之指紋成像面傾斜角θ1的1/2倍，亦即θ1=2θ2。從面鏡座57之平坦面573的上表面起到菱鏡單元指紋區51a之總高度為h7+h8，其中h7為菱鏡單元指紋區51a的厚度，h8為從面鏡座57之平坦面573的上表面起到平台572表面之高度，h8不等於面鏡56之放置高度。h7與h8兩者呈現一比值關係，其比值為h7：h8=2：3，h8高度會高於h7。於本實施例中，該面鏡56的放置高度，乃是取決於θ2的角度與面鏡56前端到菱鏡單元(指紋區 51a)之指紋成像面前端之距離w1(也就是平坦面573的寬度)。其中，w1之距離等同於菱鏡單元指紋區51a之厚度h7為較佳。當光線穿透手指時特定角度的光線會經由面鏡56做反射，其最後光線的反射路徑與指紋菱鏡單元(指紋區51a)一致，藉此，以面鏡反射形式作為混合式生物辨識裝置亦可達成同時取樣的能力。
請參閱圖九A及圖九B所示。圖九A是本發明生物辨識裝置設置於一保全系統的第一實施例示意圖。圖九B是本發明生物辨識裝置中的控制模組的第一實施例功能方塊圖。本發明生物辨識裝置1的第一實施例中，該控制模組60至少電性連接於該至少一光源單元30與該影像感測器單元40。該控制模組60除了可控制該光源單元30發光之外，還可接受來自該影像感測器單元40之同時包含該指紋光影及該靜脈光影的感測訊號，並將該感測訊號進行處理後，再傳送給一鑑別模組70進行有效性的比對。於本發明中，該鑑別模組70除了可以是設置或外接連結於一需要保全機制的外部設備上，例如但不侷限於：將鑑別模組70連結於一電腦裝置971上以作為是否能使用該電腦裝置971的保全機制、將鑑別模組70連結於一門禁裝置972上以作為能否開啟門的保全機制、將鑑別模組70連結於一金融交易裝置973例如提款機或金庫等以作為能否啟用金融交易裝置973的保全機制、等等之外，該鑑別模組70也可以是內建於該生物辨識裝置1中而構成一獨立、小型且可攜式的生物辨識裝置，進而可以將此一生物辨識裝置內建或者是以有線或無線方式連結於一 可攜式電子資訊裝置例如筆記型電腦、平板電腦、或是智慧型手機等等。
如圖九B所示，該控制模組60更包括有：一感測元件61、一控制器62、一影像處理單元63、以及一電源模組64。該感測元件61是用以偵測是否有該被辨識部位(手指9)位於該開口11內，由於此所述之感測元件61可以自周知習用的光學式感測元件、觸碰開關式感測元件、或是壓力偵測感測元件中任意選用，且非本發明之技術特徵，所以不贅述其具體細節。該控制器62是電性連接於該感測元件61，可依據該感測元件61之該偵測的結果來控制及啟動該至少一光源單元30投射該光線。該影像處理單元63是電性連接於該影像感測器單元40與該控制器62，可接收來自該影像感測器單元40的該感測訊號，並進行一前處理631及一特徵擷取處理632。該電源模組64是用以提供該生物辨識裝置1所需之電源。其中，該前處理631是進行該感測訊號之去雜訊及影像優化處理，且該特徵擷取處理632是進行該感測訊號中所包含之該指紋光影及該靜脈光影中的一指紋特徵資料及一靜脈特徵資料的擷取。於本發明中還可更包括一鑑別模組70，其電性連接於該控制模組60。於圖九A及圖九B所示之第一實施例中，該鑑別模組70是位於該生物辨識裝置1之該載座10的外部，並藉由有線或是無線方式和控制模組60內的一輸出入介面65建立通訊連結，而該輸出入介面65則是電性連接於該控制器62及該影像處理單元63。然而，於圖中未示之另一實施例中，該鑑別模組70也可以 是直接內建於生物辨識裝置1中並電性連接於影像處理單元63，而無須透過輸出入介面65來傳輸訊號。
於本發明中，該鑑別模組70包括有：一使用者介面71、一特徵資料庫72、以及一比對單元73。該使用者介面71係用以登入一使用者。該特徵資料庫72內係預先儲存有該使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料。該比對單元73係接受來自該控制模組60之該影像處理單元63的該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，並與儲存於該特徵資料庫72中的該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料進行比對後，將比對結果輸出至該使用者介面71(如方塊74所示)。其中，當該影像處理單元63的該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料是被傳送到該特徵資料庫72時，則是作為登入該使用者的操作，此時，會傳送一訊號至使用者介面，告知使用者資料登入成功之訊息。而該影像處理單元63的該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料是被傳送至比對單元73時，則是作為辨識操作。該比對單元73會與該特徵資料庫72內所儲存之特徵資料進行比對後，將鑑別結果傳送至使用者介面71(如方塊74所示)，告知辨識的結果是通過或不通過。
除了如上述圖九B所示之本發明生物辨識裝置1需依賴外界之鑑別模組70來進行有效性比對作業的實施例之外，於圖九C所示之另一實施例中，該鑑別模組也可以直接內建於本發明之生物辨識裝置1中。藉此，內建有可進行有效性比對功能之鑑別模組的本發明生物辨識裝置1將可構成一可攜式之系統化模組的生物辨識設備。
如圖九C所示，該系統化模組之生物辨識裝置1與前述實施例同樣都具有相同的載座10、定位結構20、光源單元30、影像感測器單元40、與導光模組50等元件，其不同處僅在於控制模組60a與人機介面700的內部構成不同。於圖九C所示之本實施例中，控制模組60a包含有：一感測元件61、一微控制器(MCU)62a、一影像處理單元(DSP)63a、一電源模組64、以及一記憶單元66。該人機介面700包含有：一輸出/入介面701、一使用者介面702、一登入使用者703機制、一確認使用者704機制、以及一啟動裝置705。控制模組60a中微控制器62a負責與人機介面700溝通，並協調內部各單元進行動作。當進行特徵登入流程時：首先，登入使用者703時使用者介面702會透過雙向輸出入介面701，傳送一訊號告知微控制器62a，需進行使用者登入，此時微控制器62a會啟動影像感測器單元40與光源單元30，並回傳訊號至使用者介面702，告知使用者可開始進行特徵登入步驟。並要求使用者進行三次的影像擷取。並透過感測單元61判斷是否已進行三次的影像擷取。同時影像感測器單元40將已擷取之影像傳送至記憶單元66中的暫存器661暫存，接著暫存器661會將影像資料傳至影像處理單元63a進行影像處理。當特徵影像傳送至影像處理單元63a後，會開始進行影像的前處理631，優化影像使特徵邊界容易被辨識，接續執行特徵擷取632，將其結果(也就是所擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料)傳送記憶單元66內的特徵資料庫662做存放，同時通知為微控制器62a，發送訊 息至使用者介面702，告知使用者特徵資料建立成功，此部份為特徵登入流程。
當進行特徵辨識流程時：當使用者將手指9放置於偵測區時，感測單元61因感應到一偵測物，發送一電訊號至為微控制器62a，由微控制器62a發送電訊號啟動光源單元30與影像感測器單元40進行影像擷取，並經由影像感測器單元40將影像資料傳送至記憶體單元66中的暫存器661。此時影像處理單元63a中的前處理631會抓取暫存器661內的資料，進行影像處理。特徵擷取632則會根據前處理631所傳送的資料進行處理，並將其結果傳送至比對單元633，比對單元633會將由特徵擷取632所傳來的資料與特徵資料庫662內所儲存之指紋特徵資料及靜脈特徵資料進行特徵比對(於特徵資料庫662內可預先儲存有一或多位使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料)，其結果將傳送至判定單元634，由判定單元634告知微控制器62a是否為正確使用者。若微控制器62a由判定單元634得到認證失敗訊息時，發送一訊息至使用者介面702，告知使用者，認證失敗並要求重新認證。若微控制器62a得到認證成功之訊息，則發送認證成功之訊息至使用者介面702，同時發送一訊號至啟動裝置705，開啟裝置或進入系統。
請參閱圖十，為本發明之生物辨識方法的一簡易辨識流程實施例示意圖。如步驟S11所示，首先，透過菱鏡單元(導光模組50)與影像感測器單元40兩者的配合來擷取指紋與靜脈光影。接著，如步驟S12所示，由影像感測 器單元40將同時包含有此兩光影的感測訊號傳送至影像處理單元63。之後，如步驟S13所示，經由影像處理單元63執行特徵擷取處理632來產生指紋/靜脈特徵資料。之後，如步驟S14所示，此指紋/靜脈特徵資料被傳送至鑑別模組70的特徵資料庫72與比對單元73來進行特徵匹配的動作，確認是否為正確使用者(如步驟S15所示)。
請參閱圖十一A及圖十一B，分別為本發明之生物辨識方法於一中低安全性等級及一高度安全性等級的辨識流程實施例圖。本發明之混合式生物辨識裝置能選擇單一特徵辨識或是雙特徵辨識的功能。當選擇單一特徵辨識時，如圖十一A所示之中低安全性等級辨識流程，此時本發明之生物辨識方法在執行鑑別使用者身份(步驟S21)的過程中，如步驟S24所示，只要發現有匹配到任一特徵符合(例如步驟S22有匹配到指紋、但在步驟S23中的靜脈卻不匹配)時，及判定為使用者(如步驟S25)。在這樣的辨識條件下適合普羅大眾，例如某些人因工作環境的關係常造成指紋紋路不清晰、不易被辨識，此時可改為用靜脈紋辨識，唯獨建立使用者特徵資料時仍需登入兩者資訊。若選擇雙特徵辨識時，如圖十一B所示之高度安全性等級辨識流程，此時本發明之生物辨識方法在執行鑑別使用者身份(步驟S31)的過程中，將需要在步驟S32所示之指紋匹配及步驟S33所示之靜脈匹配兩者都特徵完全相符(步驟S34)後，才會確認為正確使用者(步驟S35)。此種設定可應用於金融機構、研究機構等場所。
此外，本發明並揭露一種生物辨識方法，用以辨識一 生物之一部位的至少一生物特徵，其包括下列步驟：提供一生物辨識裝置，該生物辨識裝置包括：一載座、至少一光源單元、一影像感測器單元以及一控制模組；該載座可容納該生物之該被辨識部位；該至少一光源單元可投射一光線於該被辨識部位上並進而產生該被辨識部位之一指紋光影以及一靜脈光影；該影像感測器單元可接收該指紋光影以及該靜脈光影並據以產生可供電腦判讀之一感測訊號，其中，該影像感測器單元所產生之可供電腦判讀之該感測訊號係同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號；該控制模組至少電性連接於該至少一光源單元與該影像感測器單元，可接收來自該影像感測器單元之該感測訊號；將被辨識部位放置到該生物辨識裝置上，並藉由該生物辨識裝置來產生同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號的該感測訊號；由該生物辨識裝置之該控制模組接收該感測訊號，並擷取該感測訊號中所包含之該指紋光影中的一指紋特徵資料以及該靜脈光影中的一靜脈特徵資料；以及藉由一比對單元接受來自該控制模組之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，並與預先儲存於一特徵資料庫中的該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料進行比對後，將比對結果輸出。
綜上所述，本發明提供一種可同時辨識指紋與靜脈的混合式生物辨識裝置1，主要由至少一光源單元30、一菱鏡單元(導光模組50)、一定位結構20、一影像感測器單 元40、以及一控制模組60。使用者使用時必須先進行登錄的動作。於設備上所連結的使用者介面中選擇登入使用者的選項，此時生物辨識裝置1內部會連繫特徵資料庫72建立一使用者特徵檔，同時要求使用者將手指9放置於生物辨識裝置1上；登錄時需手指9放置在生物辨識裝置1上，並將第一指節與第二指節間的凹部，放置在定位結構20中間的定位肋23，第一指節前方貼緊菱鏡單元(導光模組50)指紋區上表面511，第二指節後端放置於手指後緣放置區26。此時感測器元件61，會因為感測到偵測物而聯繫控制器62，再經由控制器62啟動光源單元30與影像感測器單元40。影像感測器單元40會透過內部韌體(firmware)的設定進行影像的曝光控制，曝光控制是透過不同快門速度的調整來達到；透過前述的曝光控制調整機制，在面對不同手指厚度的使用者也能得到較一致的影像曝光量。接續影像會被輸出至影像處理單元63，進行指紋與靜脈影像背景與線條分離的前處理631，使得指紋與靜脈影像更為清晰。執行前處理631後會將影像傳輸至特徵擷取處理632以進行特徵點的提取，同時將提取到的數據資料與特徵資料庫72中的使用者特徵檔建立連結。當欲進行辨識時，使用者將手指9置入生物辨識裝置1的感測區，此時感測器元件61因偵測到偵測物，將一訊號傳至控制器62，經由控制器62啟動光源單元30與影像感測器單元40，進行指紋影像及靜脈影像的擷取，並經由內部Firmware控制影像整體曝光，並將其結果傳至影像處理單元63進行前處理631與特徵擷取632，處 理後之數據資料傳至比對單元73與特徵資料庫72進行特徵比對，並將比對結果輸出至使用者介面71。混合式生物辨識裝置1其另一優點在於可根據工作場所來設定不同層級的安全等級。在安全等級上可分為中低全性及高度安全性。中低安全性在辯識上只要使用者的某一特徵符合，其可能為指紋也可能為靜脈紋，即判定為該使用者。這樣設定可應用在門禁系統上，以解決少數人因指紋紋路不清晰而導致的辨識困難與辨識錯誤。若設定為高度安全性，則需要兩個特徵完全相符，才確認為該使用者。減少單一特徵被剽竊所造成的損失，這樣的設定適合應用在金融單位與具有高度機密的場所。
唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主者。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
1、1a、1b‧‧‧生物辨識裝置
10‧‧‧載座
11‧‧‧開口
111‧‧‧底部
112‧‧‧旁側部
20‧‧‧定位結構
21‧‧‧前開窗
22‧‧‧後開窗
23‧‧‧定位肋
24‧‧‧隔光板
25‧‧‧手指前緣放置區
26‧‧‧手指後緣放置區
27‧‧‧前側板
28‧‧‧後側板
30、30a、30b、30c、30d、30e‧‧‧光源單元
301、301a、301b‧‧‧中心投射線
302、302a、302b‧‧‧垂直投射線
40‧‧‧影像感測器單元
41‧‧‧透鏡組
42‧‧‧影像感測器
43‧‧‧感測器電路基板
44、44a‧‧‧濾片
50、50a‧‧‧導光模組
51、51a‧‧‧指紋區
511‧‧‧指紋區上表面
512‧‧‧指紋區下表面
513‧‧‧指紋區成像面
514、514a‧‧‧抗反射面
52‧‧‧靜脈區
521‧‧‧靜脈區上表面
522‧‧‧靜脈區下表面
523‧‧‧靜脈區成像面
524‧‧‧靜脈區反射面
56‧‧‧面鏡
57‧‧‧面鏡座
571‧‧‧斜面
572‧‧‧平台
573‧‧‧平坦面
60、60a‧‧‧控制模組
61‧‧‧感測元件
62、62a‧‧‧控制器
63、63a‧‧‧影像處理單元
631‧‧‧前處理
632‧‧‧特徵擷取處理
633‧‧‧比對單元
634‧‧‧判定單元
64‧‧‧電源模組
65‧‧‧輸出入介面
66‧‧‧記憶單元
661‧‧‧暫存器
662‧‧‧特徵資料庫
70‧‧‧鑑別模組
71‧‧‧使用者介面
72‧‧‧特徵資料庫
73‧‧‧比對單元
74‧‧‧比對結果輸出使用 者介面
700‧‧‧人機介面
701‧‧‧輸出/入介面
702‧‧‧使用者介面
703‧‧‧登入使用者
704‧‧‧確認使用者
705‧‧‧啟動裝置
9‧‧‧手指
91‧‧‧第一指節
92‧‧‧第二指節
921‧‧‧靜脈
93‧‧‧指節谷
94‧‧‧水平中心線
95c、95d、95e‧‧‧靜脈光影
951‧‧‧繞射條紋
952、953‧‧‧過曝區
954‧‧‧靜脈紋路
971‧‧‧電腦裝置
972‧‧‧門禁裝置
973‧‧‧金融交易裝置
圖一為本發明生物辨識裝置第一實施例之立體外觀示意圖。
圖二A是圖一中所示之生物辨識裝置的A-A’剖面示意圖。
圖二B是圖一中所示之生物辨識裝置的B-B’剖面示意圖。
圖三A與圖三B分別為本發明生物辨識裝置1a、1b之光源單元的另兩種不同光源的配置方式示意圖
圖四A為本發明生物辨識裝置第一實施例中的定位結構20與導光模組50的立體分解示意圖。
圖四B為圖四A中所示之定位結構20與導光模組50於組合後的C-C’剖面示意圖。
圖五A是本發明生物辨識裝置第一實施例中的導光模組50的立體示意圖。
圖五B是圖五A所示之導光模組50的側視示意圖。
圖六A是本發明生物辨識裝置第一實施例中的菱鏡單元(導光模組50)上方的有效偵測區域的示意圖。
圖六B是圖六A中所示之菱鏡單元於指紋區51的光學路徑示意圖。
圖六C是圖六A中所示之菱鏡單元於靜脈區52的光學路徑示意圖
圖七A是本發明生物辨識裝置之導光模組50a的另一種實施例與定位結構20兩者的立體組合示意圖。
圖七B是圖七A所示之導光模組50a的另一種實施例與定位結構20兩者的立體分解示意圖。
圖八是圖七A中所示之導光模組50a的光學路徑示意圖。
圖九A是本發明生物辨識裝置設置於一保全系統的第一實施例示意圖。
圖九B是本發明生物辨識裝置中的控制模組的第一實施例功能方塊圖。
圖九C是本發明生物辨識裝置中的控制模組的第二實施例功能方塊圖。
圖十是本發明之生物辨識方法的一簡易辨識流程實施例示意圖。
圖十一A及圖十一B分別為本發明之生物辨識方法於一中低安全性等級及一高度安全性等級的辨識流程實施例圖。
圖十二A、圖十二B、及圖十二C分別為以垂直腔面發射雷射器作為光源單元相對於手指的放置位置與靜脈光影效果的三種不同例子示意圖。
1‧‧‧生物辨識裝置
10‧‧‧載座
11‧‧‧開口
111‧‧‧底部
112‧‧‧旁側部
20‧‧‧定位結構
21‧‧‧前開窗
22‧‧‧後開窗
23‧‧‧定位肋
24‧‧‧隔光板
25‧‧‧手指前緣放置區
26‧‧‧手指後緣放置區
30‧‧‧光源單元
40‧‧‧影像感測器單元
9‧‧‧手指

Claims (41)

  1. 一種生物辨識裝置，用以辨識一生物之一部位的至少一生物特徵，其包括：一載座，其具有一開口以供容納該生物之該被辨識部位，該開口並具有一底部及至少一旁側部；一定位結構，設於該載座上且對應於該開口處；當該被辨識部位位於該開口時，該定位結構可協助使該被辨識部位位於一預定位置處；至少一光源單元，設於該載座內且對應於該開口之該至少一旁側部處；當該被辨識部位位於該開口內之該預定位置處時，該至少一光源單元恰位於該被辨識部位之一旁側，且可投射一側向的光線於該被辨識部位上並進而產生該被辨識部位之至少一光影；以及一影像感測器單元，設於該載座內，可接收該被辨識部位之該至少一光影並據以產生可供電腦判讀之一感測訊號；其中，該至少一光源單元包括有複數個紅外線垂直腔面射型雷射(VCSEL)，並且，自該至少一光源單元於垂直高度方向上之一平均中心點至該開口之該底部的垂直高度h1是不小於該被辨識部位之一平均垂直厚度h2的二分之一。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之生物辨識裝置，更包括有一導光模組以及一濾片，該導光模組設於該載座內且對應於該開口之該底部的下方處；該被辨識部位之該至少 一光影是自該開口之該底部向下進入該載座內，並經由該導光模組將該至少一光影導引射向該影像感測器單元；該濾片設置於影像感測器的內部或外部其中之一，用以濾除非必要之可見光，提高特定波長之鑑別率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之生物辨識裝置，其中，該至少一光源單元所投射出之該光線係定義有一虛擬的中心投射線，且該至少一光影向下進入該載座內的投射方向係定義有一虛擬的垂直投射線；並且，該虛擬的中心投射線與該虛擬的垂直投射線之間的一夾角Θ是介於30度至150度之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之生物辨識裝置，其中，當該垂直高度h1等於該平均垂直厚度h2的二分之一時，該夾角Θ是介於30度至85度之間；並且，當該垂直高度h1大於該平均垂直厚度h2的二分之一時，該夾角Θ是介於30度至150度之間。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之生物辨識裝置，其中：該被辨識部位是一手指的一第一指節及一第二指節的至少一部份；當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該複數個紅外線垂直腔面射型雷射是位於該被辨識部位的一旁側且沿著該第一及第二指節而分布；該定位結構是一手指定位結構且是位於該開口之該底部上，其具有包括：一前開窗、一後開窗、以及位於該前、後開窗之間的一定位肋；藉由將該手指之該第一指節與該第二指節之間的一指節谷置放於該定位 肋上，可使該第一指節恰位於該前開窗處、且同時該第二指節也恰位於該後開窗處；該導光模組包括有至少一菱鏡單元，且該導光模組可被區分為一指紋區以及一靜脈區；該指紋區的位置係對應於該前開窗、且該靜脈區係對應於該後開窗；當該至少一光源單元投射該光線於該被辨識部位上時，係同時產生該被辨識部位之一指紋光影及一靜脈光影，且該指紋光影及該靜脈光影係分別藉由該導光模組之該指紋區及該靜脈區來導引進而同時成像於該影像感測器單元上；該影像感測器單元所產生之可供電腦判讀之該感測訊號係同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之生物辨識裝置，其中：該導光模組是由單一個該菱鏡單元所構成，且該菱鏡單元可被區分為該指紋區以及該靜脈區；該菱鏡單元之該指紋區具有包括一指紋區上表面、與該指紋區上表面相對之一指紋區下表面、與該指紋區上表面及該指紋區下表面兩者都相鄰接之一指紋區成像面、以及與該指紋區成像面相對之一指紋區抗反射面；該指紋區上表面是鄰靠於該定位結構之該前開窗處，當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該手指之該第一指節係接觸於該指紋區上表面；由該指紋區上表面進入該菱鏡單元之該指紋區內的指紋光影，會由該指紋區下表面進行至少一次反射後，由該指紋區成像面射出該菱鏡單元之該指紋區； 該指紋區成像面的一斜面角度可使由該指紋區成像面射出之該指紋光影成像於該影像感測器單元；該指紋區抗反射面可降低於該菱鏡單元之該指紋區中若有射向該指紋區抗反射面之光線的反射現象；該菱鏡單元之該靜脈區具有包括一靜脈區上表面、與該靜脈區上表面相對之一靜脈區下表面、與該靜脈上表面及該靜脈區下表面兩者都相鄰接之一靜脈區成像面、以及與該靜脈區成像面相對且以一傾斜角鄰接於該靜脈區下表面之一靜脈區反射面；該靜脈區上表面是鄰近於該定位結構之該後開窗處，當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該手指之該第二指節並不會接觸到該靜脈區上表面；由該靜脈區上表面進入該菱鏡單元之該靜脈區內的該靜脈光影，會由該靜脈區反射面、該靜脈區上表面、以及該靜脈區下表面分別進行至少一次反射後，才由該靜脈區成像面射出該菱鏡單元之該靜脈區；該靜脈區成像面的一斜面角度可使由該靜脈區成像面射出之該靜脈光影成像於該影像感測器單元；該靜脈光影的一成像光程長度是藉由該靜脈區上、下表面之間的垂直高度以及該靜脈光影在該菱鏡單元之該靜脈區內部的反射次數來決定；該靜脈光影在該菱鏡單元之該靜脈區內部的該反射次數是藉由該靜脈區反射面與該靜脈區下表面之間的該傾斜角的值來決定。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之生物辨識裝置，其中，該導光模組係包括：一個該菱鏡單元、一面鏡、以及用來 定位至少該面鏡之一面鏡座所構成；該菱鏡單元係構成該指紋區，且該面鏡是構成該靜脈區。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之生物辨識裝置，更包括一隔光板設於該定位結構上、以及一控制模組其至少電性連接於該至少一光源單元與該影像感測器單元；該控制模組更包括有：一感測元件，用以偵測是否有該被辨識部位位於該開口內；一控制器，電性連接於該感測元件，可依據該感測元件之該偵測的結果來控制該至少一光源單元投射該光線；一影像處理單元，電性連接於該影像感測器單元與該控制器，可接收來自該影像感測器單元的該感測訊號，並進行一前處理及一特徵擷取處理；以及一電源模組，用以提供該生物辨識裝置所需之電源；其中，該前處理是進行該感測訊號之去雜訊及影像優化處理，且該特徵擷取處理是進行該感測訊號中所包含之該指紋光影及該靜脈光影中的一指紋特徵資料及一靜脈特徵資料的擷取。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之生物辨識裝置，更包括一鑑別模組其電性連接於該控制模組；該鑑別模組包括有：一使用者介面，用以登入一使用者；一特徵資料庫，其內預先儲存有該使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料；以及 一比對單元，接受來自該控制模組之該影像處理單元的該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，並與儲存於該特徵資料庫中的該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料進行比對後，將比對結果輸出至該使用者介面；其中，該鑑別模組是位於該載座的外部，且該控制模組更包括有一輸出入介面其電性連接於該控制器及該影像處理單元；其中，該鑑別模組是藉由有線或是無線方式和該輸出入介面建立通訊連結；其中，該鑑別模組是設置於下列其中之一的內部：一電腦裝置、一門禁裝置、一金融交易裝置、一可攜式電子資訊裝置。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之生物辨識裝置，其中該控制模組更包括有一記憶單元，於該記憶單元中至少包括一暫存器及一特徵資料庫，該特徵資料庫可用來儲存至少一使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料；並且，該影像處理單元除了可接收來自該影像感測器單元的該感測訊號並進行該前處理及該特徵擷取處理之外，還可執行以下兩流程的至少其中之一：特徵登入流程：由該影像處理單元將已擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料傳送至記憶單元中的特徵資料庫做存放；特徵辨識流程：由該影像處理單元之一比對單元將已擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，與特徵資料庫內所儲存之資料進行特徵比對，並將結果傳送至該影像處理單元之一判定單元，由該判定單元告知該控制器其比對結果是否為正確。
  11. 一種生物辨識裝置，用以辨識一生物之一部位的至少一生物特徵，其包括：一載座，其具有一開口以供容納該生物之該被辨識部位，該開口並具有一底部及至少一旁側部；一定位結構，設於該載座上且對應於該開口處；當該被辨識部位位於該開口時，該定位結構可協助使該被辨識部位位於一預定位置處；至少一光源單元，設於該載座內且對應於該開口之該至少一旁側部處；當該被辨識部位位於該開口內之該預定位置處時，該至少一光源單元可投射一光線於該被辨識部位上並進而產生該被辨識部位之至少一光影；一導光模組，設於該載座內且對應於該開口之該底部的下方處；以及一影像感測器單元，設於該載座內，可接收該被辨識部位之該至少一光影並據以產生可供電腦判讀之一感測訊號；該被辨識部位之該至少一光影是自該開口之該底部進入該載座內，並經由該導光模組將該至少一光影導引射向該影像感測器單元；其中，該導光模組包括有至少一菱鏡單元，且該導光模組可被區分為一指紋區以及一靜脈區；藉由該至少一光源單元投射該光線於該被辨識部位上來產生該被辨識部位之一指紋光影及一靜脈光影；該指紋光影是經由該導光模組之該指紋區來導引進而成像於該影像感測器單元上，且該靜脈光影是經由該導 光模組之該靜脈區來導引進而成像於該影像感測器單元上；其中，自該至少一光源單元於垂直高度方向上之一平均中心點至該開口之該底部的垂直高度h1是不小於該被辨識部位之一平均垂直厚度h2的二分之一。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之生物辨識裝置，其中，該至少一光源單元包括有複數個紅外線垂直腔面射型雷射(VCSEL)。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之生物辨識裝置，其中，該至少一光源單元所投射出之該光線係定義有一虛擬的中心投射線，且該至少一光影向下進入該載座內的投射方向係定義有一虛擬的垂直投射線；並且，該虛擬的中心投射線與該虛擬的垂直投射線之間的一夾角θ是介於30度至150度之間。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之生物辨識裝置，其中，當該至少一光源單元投射該光線於該被辨識部位上時，該指紋光影及該靜脈光影是同時被產生，且該靜脈光影係分別藉由該導光模組之該指紋區及該靜脈區來導引進而同時成像於該影像感測器單元上，藉此，該影像感測器單元所產生之可供電腦判讀之該感測訊號係同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之生物辨識裝置，其中：該被辨識部位是一手指的一第一指節及一第二指節的至少一部份；該定位結構是一手指定位結構且是位於該開口之該底部上，其具有包括：一前開窗、一 後開窗、以及位於該前、後開窗之間的一定位肋；藉由將該手指之該第一指節與該第二指節之間的一指節谷置放於該定位肋上，可使該第一指節恰位於該前開窗處、且同時該第二指節也恰位於該後開窗處；該指紋區的位置係對應於該前開窗、且該靜脈區係對應於該後開窗。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之生物辨識裝置，其中：該導光模組是由單一個該菱鏡單元所構成，且該菱鏡單元可被區分為該指紋區以及該靜脈區；該菱鏡單元之該指紋區具有包括一指紋區上表面、與該指紋區上表面相對之一指紋區下表面、與該指紋區上表面及該指紋區下表面兩者都相鄰接之一指紋區成像面、以及與該指紋區成像面相對之一指紋區抗反射面；該指紋區上表面是鄰靠於該定位結構之該前開窗處，當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該手指之該第一指節係接觸於該指紋區上表面；由該指紋區上表面進入該菱鏡單元之該指紋區內的指紋光影，會由該指紋區下表面進行至少一次反射後，由該指紋區成像面射出該菱鏡單元之該指紋區；該指紋區成像面的一斜面角度可使由該指紋區成像面射出之該指紋光影成像於該影像感測器單元；該指紋區抗反射面可降低於該菱鏡單元之該指紋區中若有射向該指紋區抗反射面之光線的反射現象； 該菱鏡單元之該靜脈區具有包括一靜脈區上表面、與該靜脈區上表面相對之一靜脈區下表面、與該靜脈上表面及該靜脈區下表面兩者都相鄰接之一靜脈區成像面、以及與該靜脈區成像面相對且以一傾斜角鄰接於該靜脈區下表面之一靜脈區反射面；該靜脈區上表面是鄰近於該定位結構之該後開窗處，當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該手指之該第二指節並不會接觸到該靜脈區上表面；由該靜脈區上表面進入該菱鏡單元之該靜脈區內的該靜脈光影，會由該靜脈區反射面、該靜脈區上表面、以及該靜脈區下表面分別進行至少一次反射後，才由該靜脈區成像面射出該菱鏡單元之該靜脈區；該靜脈區成像面的一斜面角度可使由該靜脈區成像面射出之該靜脈光影成像於該影像感測器單元；該靜脈光影的一成像光程長度是藉由該該靜脈區上、下表面之間的垂直高度以及該靜脈光影在該菱鏡單元之該靜脈區內部的反射次數來決定；該靜脈光影在該菱鏡單元之該靜脈區內部的該反射次數是藉由該靜脈區反射面與該靜脈區下表面之間的該傾斜角的值來決定。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之生物辨識裝置，其中，該導光模組係包括：一個該菱鏡單元、一面鏡、以及用來定位至少該面鏡之一面鏡座所構成；該菱鏡單元係構成該指紋區，且該面鏡是構成該靜脈區。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之生物辨識裝置，更包括 一隔光板設於該定位結構上、以及一控制模組其至少電性連接於該至少一光源單元與該影像感測器單元；該控制模組更包括有：一感測元件，用以偵測是否有該被辨識部位位於該開口內；一控制器，電性連接於該感測元件，可依據該感測元件之該偵測的結果來控制該至少一光源單元投射該光線；一影像處理單元，電性連接於該影像感測器單元與該控制器，可接收來自該影像感測器單元的該感測訊號，並進行一前處理及一特徵擷取處理；以及一電源模組，用以提供該生物辨識裝置所需之電源；其中，該前處理是進行該感測訊號之去雜訊及影像優化處理，且該特徵擷取處理是進行該感測訊號中所包含之該指紋光影及該靜脈光影中的一指紋特徵資料及一靜脈特徵資料的擷取。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之生物辨識裝置，更包括一鑑別模組其電性連接於該控制模組；該鑑別模組包括有：一使用者介面，用以登入一使用者；一特徵資料庫，其內預先儲存有該使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料；以及一比對單元，接受來自該控制模組之該影像處理單元的該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，並與儲存於該特徵資料庫中的該指紋特徵資料與該靜脈特徵資 料進行比對後，將比對結果輸出至該使用者介面。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之生物辨識裝置，其中該控制模組更包括有一記憶單元，於該記憶單元中至少包括一暫存器及一特徵資料庫，該特徵資料庫可用來儲存至少一使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料；並且，該影像處理單元除了可接收來自該影像感測器單元的該感測訊號並進行該前處理及該特徵擷取處理之外，還可執行以下兩流程的至少其中之一：特徵登入流程：由該影像處理單元將已擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料傳送至記憶單元中的特徵資料庫做存放；特徵辨識流程：由該影像處理單元之一比對單元將已擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，與特徵資料庫內所儲存之資料進行特徵比對，並將結果傳送至該影像處理單元之一判定單元，由該判定單元告知該控制器其比對結果是否為正確。
  21. 一種生物辨識裝置，用以辨識一生物之一部位的至少一生物特徵，其包括：一載座，其具有一開口以供容納該生物之該被辨識部位，該開口並具有一底部及至少一旁側部；一定位結構，設於該載座上且對應於該開口處；當該被辨識部位位於該開口時，該定位結構可協助使該被辨識部位位於一預定位置處；至少一光源單元，設於該載座內且對應於該開口之該至少一旁側部處；當該被辨識部位位於該開口內之 該預定位置處時，該至少一光源單元可投射一光線於該被辨識部位上並進而產生該被辨識部位之至少一光影；一影像感測器單元，設於該載座內，可接收該被辨識部位之該至少一光影並據以產生可供電腦判讀之一感測訊號；該被辨識部位之該至少一光影是自該開口之該底部進入該載座內，並經由一導光模組將該至少一光影導引射向該影像感測器單元；以及一控制模組，其至少電性連接於該至少一光源單元與該影像感測器單元；其中，藉由該至少一光源單元投射該光線於該被辨識部位上來同時產生該被辨識部位之一指紋光影及一靜脈光影；該指紋光影及該靜脈光影是經由該導光模組來導引進而同時成像於該影像感測器單元上；藉此，該影像感測器單元所產生之可供電腦判讀之該感測訊號係同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號；其中，自該至少一光源單元於垂直高度方向上之一平均中心點至該開口之該底部的垂直高度h1是不小於該被辨識部位之一平均垂直厚度h2的二分之一。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之生物辨識裝置，其中，該至少一光源單元包括有複數個紅外線垂直腔面射型雷射(VCSEL)。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之生物辨識裝置，其中，該至少一光源單元所投射出之該光線係定義有一虛擬 的中心投射線，且該至少一光影向下進入該載座內的投射方向係定義有一虛擬的垂直投射線；並且，該虛擬的中心投射線與該虛擬的垂直投射線之間的一夾角Θ是介於30度至150度之間。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之生物辨識裝置，其中，該導光模組設於該載座內且對應於該開口之該底部的下方處；其中：該導光模組包括有至少一菱鏡單元，且該導光模組可被區分為一指紋區以及一靜脈區；該被辨識部位是一手指的一第一指節及一第二指節的至少一部份；該定位結構是一手指定位結構且是位於該開口之該底部上，其具有包括：一前開窗、一後開窗、以及位於該前、後開窗之間的一定位肋；藉由將該手指之該第一指節與該第二指節之間的一指節谷置放於該定位肋上，可使該第一指節恰位於該前開窗處、且同時該第二指節也恰位於該後開窗處；該指紋區的位置係對應於該前開窗、且該靜脈區係對應於該後開窗。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之生物辨識裝置，其中：該導光模組是由單一個該菱鏡單元所構成，且該菱鏡單元可被區分為該指紋區以及該靜脈區；該菱鏡單元之該指紋區具有包括一指紋區上表面、與該指紋區上表面相對之一指紋區下表面、與該指紋區上表面及該指紋區下表面兩者都相鄰接之一指紋 區成像面、以及與該指紋區成像面相對之一指紋區抗反射面；該指紋區上表面是鄰靠於該定位結構之該前開窗處，當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該手指之該第一指節係接觸於該指紋區上表面；由該指紋區上表面進入該菱鏡單元之該指紋區內的指紋光影，會由該指紋區下表面進行至少一次反射後，由該指紋區成像面射出該菱鏡單元之該指紋區；該指紋區成像面的一斜面角度可使由該指紋區成像面射出之該指紋光影成像於該影像感測器單元；該指紋區抗反射面可降低於該菱鏡單元之該指紋區中若有射向該指紋區抗反射面之光線的反射現象；該菱鏡單元之該靜脈區具有包括一靜脈區上表面、與該靜脈區上表面相對之一靜脈區下表面、與該靜脈上表面及該靜脈區下表面兩者都相鄰接之一靜脈區成像面、以及與該靜脈區成像面相對且以一傾斜角鄰接於該靜脈區下表面之一靜脈區反射面；該靜脈區上表面是鄰近於該定位結構之該後開窗處，當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該手指之該第二指節並不會接觸到該靜脈區上表面；由該靜脈區上表面進入該菱鏡單元之該靜脈區內的該靜脈光影，會由該靜脈區反射面、該靜脈區上表面、以及該靜脈區下表面分別進行至少一次反射後，才由該靜脈區成像面射出該菱鏡單元之該靜脈區；該靜脈區成像面的一斜面角度可使由該靜脈區成像面 射出之該靜脈光影成像於該影像感測器單元；該靜脈光影的一成像光程長度是藉由該靜脈區上、下表面之間的垂直高度以及該靜脈光影在該菱鏡單元之該靜脈區內部的反射次數來決定；該靜脈光影在該菱鏡單元之該靜脈區內部的該反射次數是藉由該靜脈區反射面與該靜脈區下表面之間的該傾斜角的值來決定。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之生物辨識裝置，其中，該導光模組係包括：一個該菱鏡單元、一面鏡、以及用來定位至少該面鏡之一面鏡座所構成；該菱鏡單元係構成該指紋區，且該面鏡是構成該靜脈區。
  27. 如申請專利範圍第21項所述之生物辨識裝置，更包括一隔光板設於該定位結構上。
  28. 如申請專利範圍第21項所述之生物辨識裝置，其中，該控制模組更包括有：一感測元件，用以偵測是否有該被辨識部位位於該開口內；一控制器，電性連接於該感測元件，可依據該感測元件之該偵測的結果來控制該至少一光源單元投射該光線；一影像處理單元，電性連接於該影像感測器單元與該控制器，可接收來自該影像感測器單元的該感測訊號，並進行一前處理及一特徵擷取處理；以及一電源模組，用以提供該生物辨識裝置所需之電源；其中，該前處理是進行該感測訊號之去雜訊及影像優 化處理，且該特徵擷取處理是進行該感測訊號中所包含之該指紋光影及該靜脈光影中的一指紋特徵資料及一靜脈特徵資料的擷取。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之生物辨識裝置，更包括一鑑別模組其電性連接於該控制模組；該鑑別模組包括有：一使用者介面，用以登入一使用者；一特徵資料庫，其內預先儲存有該使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料；以及一比對單元，接受來自該控制模組之該影像處理單元的該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，並與儲存於該特徵資料庫中的該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料進行比對後，將比對結果輸出至該使用者介面。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之生物辨識裝置，其中該控制模組更包括有一記憶單元，於該記憶單元中至少包括一暫存器及一特徵資料庫，該特徵資料庫可用來儲存至少一使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料；並且，該影像處理單元除了可接收來自該影像感測器單元的該感測訊號並進行該前處理及該特徵擷取處理之外，還可執行以下兩流程的至少其中之一：特徵登入流程：由該影像處理單元將已擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料傳送至記憶單元中的特徵資料庫做存放；特徵辨識流程：由該影像處理單元之一比對單元將已擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，與特徵 資料庫內所儲存之資料進行特徵比對，並將結果傳送至該影像處理單元之一判定單元，由該判定單元告知該控制器其比對結果是否為正確。
  31. 一種生物辨識方法，用以辨識一生物之一被辨識部位的至少一生物特徵，其包括下列步驟：提供一生物辨識裝置，該生物辨識裝置包括：一載座、至少一光源單元、一影像感測器單元以及一控制模組；該載座可容納該生物之該被辨識部位；該至少一光源單元可投射一光線於該被辨識部位上並進而產生該被辨識部位之一指紋光影以及一靜脈光影；該影像感測器單元可接收該指紋光影以及該靜脈光影並據以產生可供電腦判讀之一感測訊號，其中，該影像感測器單元所產生之可供電腦判讀之該感測訊號係同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號；該控制模組至少電性連接於該至少一光源單元與該影像感測器單元，可接收來自該影像感測器單元之該感測訊號；將被辨識部位放置到該生物辨識裝置上，並藉由該生物辨識裝置來產生同時包含該指紋光影及該靜脈光影之訊號的該感測訊號；由該生物辨識裝置之該控制模組接收該感測訊號，並擷取該感測訊號中所包含之該指紋光影中的一指紋特徵資料以及該靜脈光影中的一靜脈特徵資料；以及藉由一比對單元接受來自該控制模組之該指紋特徵資 料及該靜脈特徵資料，並與預先儲存於一特徵資料庫中的該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料進行比對後，將比對結果輸出；其中，該載座具有一開口以供容納該生物之該被辨識部位，該開口並具有一底部及至少一旁側部；其中，該至少一光源單元是設於該載座內且對應於該開口之該至少一旁側部處；當該被辨識部位位於該開口內之一預定位置處時，該至少一光源單元可投射一側向的光線於該被辨識部位上並進而同時產生該被辨識部位之該指紋光影以及該靜脈光影；其中，自該至少一光源單元於垂直高度方向上之一平均中心點至該開口之該底部的垂直高度h1是不小於該被辨識部位之一平均垂直厚度h2的二分之一。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之生物辨識方法，其中：該生物辨識裝置更包括一定位結構以及一導光模組；該定位結構設於該載座上且對應於該開口處，當該被辨識部位位於該開口時，該定位結構可協助使該被辨識部位位於該預定位置處；該導光模組是設於該載座內且對應於該開口之該底部的下方處；該影像感測器單元是設於該載座內，該被辨識部位之該指紋光影以及該靜脈光影是自該開口之該底部進入該載座內，並經由該導光模組將該指紋光影以及該靜脈光影導引射向該影像感測器單元。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之生物辨識方法，其中， 該至少一光源單元包括有複數個紅外線垂直腔面射型雷射(VCSEL)，並且，自該至少一光源單元於垂直高度方向上之一平均中心點至該開口之一底部的垂直高度h1是不小於該被辨識部位之一平均垂直厚度h2的二分之一。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之生物辨識方法，其中，該至少一光源單元所投射出之該光線係定義有一虛擬的中心投射線，且該至少一光影向下進入該載座內的投射方向係定義有一虛擬的垂直投射線；並且，該虛擬的中心投射線與該虛擬的垂直投射線之間的一夾角Θ是介於30度至150度之間。
  35. 如申請專利範圍第32項所述之生物辨識方法，其中：該導光模組包括有至少一菱鏡單元，且該導光模組可被區分為一指紋區以及一靜脈區；該被辨識部位是一手指的一第一指節及一第二指節的至少一部份；該定位結構是一手指定位結構且是位於該開口之該底部上，其具有包括：一前開窗、一後開窗、以及位於該前、後開窗之間的一定位肋；藉由將該手指之該第一指節與該第二指節之間的一指節谷置放於該定位肋上，可使該第一指節恰位於該前開窗處、且同時該第二指節也恰位於該後開窗處；該指紋區的位置係對應於該前開窗、且該靜脈區係對應於該後開窗。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之生物辨識方法，其中： 該導光模組是由單一個該菱鏡單元所構成，且該菱鏡單元可被區分為該指紋區以及該靜脈區；該菱鏡單元之該指紋區具有包括一指紋區上表面、與該指紋區上表面相對之一指紋區下表面、與該指紋區上表面及該指紋區下表面兩者都相鄰接之一指紋區成像面、以及與該指紋區成像面相對之一指紋區抗反射面；該指紋區上表面是鄰靠於該定位結構之該前開窗處，當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該手指之該第一指節係接觸於該指紋區上表面；由該指紋區上表面進入該菱鏡單元之該指紋區內的指紋光影，會由該指紋區下表面進行至少一次反射後，由該指紋區成像面射出該菱鏡單元之該指紋區；該指紋區成像面的一斜面角度可使由該指紋區成像面射出之該指紋光影成像於該影像感測器單元；該指紋區抗反射面可降低於該菱鏡單元之該指紋區中若有射向該指紋區抗反射面之光線的反射現象；該菱鏡單元之該靜脈區具有包括一靜脈區上表面、與該靜脈區上表面相對之一靜脈區下表面、與該靜脈上表面及該靜脈區下表面兩者都相鄰接之一靜脈區成像面、以及與該靜脈區成像面相對且以一傾斜角鄰接於該靜脈區下表面之一靜脈區反射面；該靜脈區上表面是鄰近於該定位結構之該後開窗處，當該被辨識部位是位於該開口內之該預定位置時，該手指之該第二指節並不會接觸到該靜脈區上表面；由 該靜脈區上表面進入該菱鏡單元之該靜脈區內的該靜脈光影，會由該靜脈區反射面、該靜脈區上表面、以及該靜脈區下表面分別進行至少一次反射後，才由該靜脈區成像面射出該菱鏡單元之該靜脈區；該靜脈區成像面的一斜面角度可使由該靜脈區成像面射出之該靜脈光影成像於該影像感測器單元；該靜脈光影的一成像光程長度是藉由該該靜脈區上、下表面之間的垂直高度以及該靜脈光影在該菱鏡單元之該靜脈區內部的反射次數來決定；該靜脈光影在該菱鏡單元之該靜脈區內部的該反射次數是藉由該靜脈區反射面與該靜脈區下表面之間的該傾斜角的值來決定。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之生物辨識方法，其中，該導光模組係包括：一個該菱鏡單元、一面鏡、以及用來定位至少該面鏡之一面鏡座所構成；該菱鏡單元係構成該指紋區，且該面鏡是構成該靜脈區。
  38. 如申請專利範圍第32項所述之生物辨識方法，其中，該生物辨識裝置更包括一隔光板設於該定位結構上。
  39. 如申請專利範圍第31項所述之生物辨識方法，其中，該控制模組更包括有：一感測元件，用以偵測是否有該被辨識部位被置放於該生物辨識裝置上；一控制器，電性連接於該感測元件，可依據該感測元件之該偵測的結果來控制該至少一光源單元投射該光線； 一影像處理單元，電性連接於該影像感測器單元與該控制器，可接收來自該影像感測器單元的該感測訊號，並進行一前處理及一特徵擷取處理；以及一電源模組，用以提供該生物辨識裝置所需之電源；其中，該前處理是進行該感測訊號之去雜訊及影像優化處理，且該特徵擷取處理是進行該感測訊號中所包含之該指紋光影及該靜脈光影中的該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料的擷取與分離。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之生物辨識方法，其中，該生物辨識裝置更包括一鑑別模組其電性連接於該控制模組；該鑑別模組包括有：一使用者介面，用以登入一使用者；該特徵資料庫，其內預先儲存有該使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料；以及該比對單元，接受來自該控制模組之該影像處理單元的該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，並與儲存於該特徵資料庫中的該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料進行比對後，將比對結果輸出至該使用者介面。
  41. 如申請專利範圍第39項所述之生物辨識方法，其中，其中該控制模組更包括有一記憶單元，於該記憶單元中至少包括一暫存器及一特徵資料庫，該特徵資料庫可用來儲存至少一使用者的至少該指紋特徵資料與該靜脈特徵資料；並且，該影像處理單元除了可接收來自該影像感測器單元的該感測訊號並進行該前處理及該特徵擷取處理之外，還可執行以下兩流程的至少其 中之一：特徵登入流程：由該影像處理單元將已擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料傳送至記憶單元中的特徵資料庫做存放；特徵辨識流程：由該影像處理單元之一比對單元將已擷取之該指紋特徵資料及該靜脈特徵資料，與特徵資料庫內所儲存之資料進行特徵比對，並將結果傳送至該影像處理單元之一判定單元，由該判定單元告知該控制器其比對結果是否為正確。
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