CN105279505A - 指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块，该指纹影像撷取模块包括：一发光元件、一分光元件、一第一反光元件、一第二反光元件、一透镜组件及一指纹影像感测元件，其中指纹影像撷取模块的特征在于：发光元件所产生的一投射光束依序通过分光元件及第一反光元件的一反光曲面的反射，以形成一预先穿过透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束，照明光束通过手指的反射，以形成一投向反光曲面且被反光曲面所反射的影像光束，影像光束预先依序穿过分光元件及透镜组件后，再通过第二反光元件的反射以投向指纹影像感测元件，由此指纹影像感测元件通过感测影像光束，以得到手指的指纹的一指纹影像。
Description
技术领域
本发明涉及一种指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块，尤指一种可达到薄型化要求的指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块。
背景技术
一般而言，指纹辨识装置进行指纹读取的通常作法是，以固定手指的方法来读取指纹。例如，可以一压板供手指接触，再利用多个发光元件提供“当镜头要撷取已接触压板的手指的指纹影像时”所需的光源。由于此种指纹辨识装置为了要满足全反射的原理，其镜头、手指与光源之间必须要有特定角度存在，方能撷取到明显且清晰的指纹影像，所以使得现有光学式指纹辨识装置普遍存在有尺寸较大而无法达到薄型化要求的缺陷。故，如何通过结构设计的改良，来克服上述的缺陷，已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。
发明内容
本发明实施例在于提供一种指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块，其至少可解决“现有光学式指纹辨识装置普遍存在有尺寸较大而无法达到薄型化要求”的缺陷。
本发明其中一实施例所提供的一种指纹影像撷取装置，其包括：一电路基板、一外壳体、一透光元件及一指纹影像撷取模块。所述外壳体设置在所述电路基板上，其中所述外壳体的顶端具有一顶端开口。所述透光元件设置在所述外壳体上，以封闭所述外壳体的所述顶端开口。所述指纹影像撷取模块设置在所述外壳体内，其中所述指纹影像撷取模块包括：一发光元件、一分光元件、一第一反光元件、一第二反光元件、一透镜组件及一指纹影像感测元件。所述发光元件电性连接于所述电路基板。所述分光元件设置在所述发光元件的前方。所述第一反光元件设置在所述分光元件的其中一侧旁且相距所述分光元件一第一预定距离，其中所述第一反光元件具有一反光曲面。所述第二反光元件设置在所述分光元件的另外一侧旁且相距所述分光元件一第二预定距离。所述透镜组件设置在所述分光元件及所述第二反光元件之间。所述指纹影像感测元件设置在所述第二反光元件的下方且电性连接于所述电路基板。其中，所述发光元件所产生的一投射光束依序通过所述分光元件及所述第一反光元件的所述反光曲面的反射，以形成一预先穿过所述透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的影像光束，所述影像光束预先依序穿过所述分光元件及所述透镜组件后，再通过所述第二反光元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。
本发明另外一实施例所提供的一种指纹影像撷取模块，其包括：一发光元件、一分光元件、一第一反光元件、一第二反光元件、一透镜组件及一指纹影像感测元件。所述分光元件设置在所述发光元件的前方。所述第一反光元件设置在所述分光元件的其中一侧旁且相距所述分光元件一第一预定距离，其中所述第一反光元件具有一反光曲面。所述第二反光元件设置在所述分光元件的另外一侧旁且相距所述分光元件一第二预定距离。所述透镜组件设置在所述分光元件及所述第二反光元件之间。所述指纹影像感测元件设置在所述第二反光元件的下方。其中，所述发光元件所产生的一投射光束依序通过所述分光元件及所述第一反光元件的所述反光曲面的反射，以形成一预先穿过一透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的影像光束，所述影像光束预先依序穿过所述分光元件及所述透镜组件后，再通过所述第二反光元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。
本发明另外再一实施例所提供的一种指纹影像撷取模块，其包括：一发光元件、一分光元件、一第一反光元件、一第二反光元件、一透镜组件及一指纹影像感测元件，其中所述指纹影像撷取模块的特征在于：所述发光元件所产生的一投射光束依序通过所述分光元件及所述第一反光元件的一反光曲面的反射，以形成一预先穿过一透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的影像光束，所述影像光束预先依序穿过所述分光元件及所述透镜组件后，再通过所述第二反光元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。
本发明的有益效果可以在于，本发明实施例所提供的指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块，其可通过所述发光元件、所述分光元件、所述第一反光元件、所述第二反光元件、所述透镜组件及所述指纹影像感测元件之间的特殊排列设计，以使得本发明的指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块可达到薄型化的要求，并可应用于任何需要薄型化要求的电子产品内。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为本发明第一实施例的指纹影像撷取装置的立体示意图。
图2为图1的A-A割面线的剖面示意图。
图3为图1的B-B割面线的剖面示意图。
图4为本发明第二实施例的指纹影像撷取模块的上视剖面示意图。
图5为本发明第二实施例的指纹影像撷取模块的侧视剖面示意图。
其中，附图标记说明如下：
指纹影像撷取装置S
电路基板1
外壳体2顶端开口20
透光元件3
指纹影像撷取模块G
发光元件4
分光元件5分光部50
第一定位部51
第一反光元件6基部60
电镀反光部61
反光曲面610
第二定位部62
第二反光元件7
透镜组件8光学镜头8A
透镜单元80
透镜部800
第三定位部801
孔径光阑8B
遮光部810
穿孔部811
指纹影像感测元件9
投射光束L
照明光束R
第一反射光束R1
第二反射光束R2
影像光束M
第一指纹影像光束M1
第二指纹影像光束M2
第三指纹影像光束M3
手指F
指纹f
具体实施方式
以下是通过特定的具体实例来说明本发明所揭露“指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易了解本发明的优点与功效。本发明亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不脱离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，亦即未反应出相关构成的实际尺寸，先予叙明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所揭示的内容并非用以限制本发明的技术范围。
〔第一实施例〕
请参阅图1至图3所示，其中图2为图1的A-A割面线的剖面示意图，图3为图1的B-B割面线的剖面示意图。配合上述图中可知，本发明第一实施例提供一种指纹影像撷取装置S，其包括：一电路基板1、一外壳体2、一透光元件3及一指纹影像撷取模块G，其中指纹影像撷取模块G设置在外壳体2内，并且指纹影像撷取模块G包括一发光元件4、一分光元件5、一第一反光元件6、一第二反光元件7、一透镜组件8及一指纹影像感测元件9。
首先，配合图1及图3所示，外壳体2设置在电路基板1上，其中外壳体2的顶端具有一顶端开口20，并且透光元件3设置在外壳体2上。由于透光元件3的尺寸可设计成与外壳体2的顶端开口20相同大小，所以透光元件3刚好可以容置在顶端开口20内，以封闭外壳体2的顶端开口20。举例来说，电路基板1可以是在表面设计有一预定电路布局的基板，外壳体2是由不透光的材料所制成，并且透光元件3可以是由玻璃或塑料材料所制成的透明板，以供使用者的手指F可以置放其上。
再者，配合图2及图3所示，发光元件4电性连接于电路基板1。分光元件5设置在发光元件4的前方。第一反光元件6设置在分光元件5的其中一侧旁且相距分光元件5一第一预定距离，并且第一反光元件6具有一反光曲面610。更进一步来说，发光元件4(例如发光二极管(LED))是被横向摆放在电路基板1上，所以发光元件4所产生的投射光束L是以大致平行于电路基板1的方式来进行横向照射。分光元件5(或称分光板)具有一分光部50及一连接于分光部50且定位在外壳体2内的第一定位部51，并且分光元件5的分光部50是以大致垂直于电路基板1的方式设置在发光元件4的前方位置。第一反光元件6具有一基部60、一可通过电镀方式以成形在基部60上的电镀反光部61、及一连接于基部60且定位在外壳体2内的第二定位部62，并且第一反光元件6的反光曲面610就是形成在电镀反光部61上。当然，除了电镀反光部61之外，本发明亦可使用其它的方式来形成反光曲面610。
另外，配合图2及图3所示，第二反光元件7设置在分光元件5的另外一侧旁且相距分光元件5一第二预定距离。透镜组件8设置在分光元件5及第二反光元件7之间。指纹影像感测元件9设置在第二反光元件7的下方且电性连接于电路基板1。更进一步来说，透镜组件8包括一由至少一透镜单元80(本发明的附图以至少两个透镜单元80为例子来做说明，但并不以此为限)所组成的光学镜头8A及一紧靠光学镜头8A的孔径光阑8B(或称为光瞳)，其中每一个透镜单元80具有一透镜部800及一连接于透镜部800且定位在外壳体2内的第三定位部801，并且孔径光阑8B具有一遮光部810及一穿过遮光部810的穿孔部811。指纹影像感测元件9可为任何种类的指纹影像传感器。
因此，配合图2及图3所示，发光元件4所产生的一投射光束L会依序通过分光元件5及第一反光元件6的反光曲面610的反射，以形成一预先穿过透光元件3后再“向上”投向一手指F的一指纹f上的照明光束R。由于反光元件6的反光曲面610的使用，所以照明光束R能够以广角的方式来照明手指F的指纹f，使得照明光束R能够含盖到较大的指纹f范围。照明光束R会通过手指F的反射而折回，以形成一“向下”投向反光曲面610且被反光曲面610所反射的影像光束M。影像光束M预先依序穿过分光元件5及透镜组件8后，会再通过第二反光元件7的反射以“向下”投向指纹影像感测元件9。由此，指纹影像感测元件9可通过感测影像光束M，以得到手指F接触到透光元件3的指纹f的一指纹影像。
更进一步来说，配合图2及图3所示，发光元件4所产生的投射光束L会通过分光元件5的反射，以形成一“向前”投向第一反光元件6的第一反射光束R1(如图2所示)。第一反射光束R1会通过第一反光元件6的反光曲面610的反射，以形成一预先穿过透光元件3后再“向上”投向手指F的指纹f的第二反射光束R2(如图3所示)。值得注意的是，投射光束L及第一反射光束R1都为近似水平移动光束(亦即向水平方向移动的光束)，而第二反射光束R2则为近似垂直移动光束(亦即向垂直方向移动的光束)。
更进一步来说，配合图2及图3所示，第二反射光束R2会通过手指F的反射而折回，以形成一预先穿过透光元件3后再“向下”投向反光曲面610且被反光曲面610所反射的第一指纹影像光束M1(如图3所示)。第一指纹影像光束M1会依序穿过分光元件5及透镜组件8，以形成一投向第二反光元件7的第二指纹影像光束M2(如图2或图3所示)。第二指纹影像光束M2会通过第二反光元件7的反射，以形成一“向下”投向指纹影像感测元件9的第三指纹影像光束M3(如图3所示)。由此，指纹影像感测元件9可通过感测第三指纹影像光束M3，以得到手指F接触到透光元件3的指纹f的指纹影像。值得注意的是，第一指纹影像光束M1及第三指纹影像光束M3都为近似垂直移动光束，而第二指纹影像光束M2则为近似水平移动光束。
值得一提的是，由于发光元件4、分光元件5、第一反光元件6、第二反光元件7、透镜组件8及指纹影像感测元件9之间的特殊排列设计，所以本发明第一实施例所提供的指纹影像撷取装置S可达到薄型化的要求，使得指纹影像撷取装置S可应用于任何需要薄型化要求的电子产品内，例如手机。
〔第二实施例〕
请参阅图4至图5所示，本发明第二实施例提供一种指纹影像撷取模块G，其包括一发光元件4、一分光元件5、一第一反光元件6、一第二反光元件7、一透镜组件8及一指纹影像感测元件9。其中，分光元件5设置在发光元件4的前方。第一反光元件6设置在分光元件5的其中一侧旁且相距分光元件5一第一预定距离，其中第一反光元件6具有一反光曲面610。第二反光元件7设置在分光元件5的另外一侧旁且相距分光元件5一第二预定距离。透镜组件8设置在分光元件5及第二反光元件7之间。指纹影像感测元件9设置在第二反光元件7的下方。
因此，配合图4及图5所示，发光元件4所产生的一投射光束L会依序通过分光元件5及第一反光元件6的反光曲面610的反射，以形成一预先穿过透光元件3后再“向上”投向一手指F的一指纹f上的照明光束R。由于反光元件6的反光曲面610的使用，所以照明光束R能够以广角的方式来照明手指F的指纹f，使得照明光束R能够含盖到较大的指纹f范围。照明光束R会通过手指F的反射而折回，以形成一“向下”投向反光曲面610且被反光曲面610所反射的影像光束M。影像光束M预先依序穿过分光元件5及透镜组件8后，会再通过第二反光元件7的反射以“向下”投向指纹影像感测元件9。由此，指纹影像感测元件9可通过感测影像光束M，以得到手指F接触到透光元件3的指纹f的一指纹影像。
更进一步来说，配合图4及图5所示，发光元件4所产生的投射光束L会通过分光元件5的反射，以形成一“向前”投向第一反光元件6的第一反射光束R1(如图4所示)。第一反射光束R1会通过第一反光元件6的反光曲面610的反射，以形成一预先穿过透光元件3后再“向上”投向手指F的指纹f的第二反射光束R2(如图5所示)。第二反射光束R2会通过手指F的反射而折回，以形成一预先穿过透光元件3后再“向下”投向反光曲面610且被反光曲面610所反射的第一指纹影像光束M1(如图5所示)。第一指纹影像光束M1会依序穿过分光元件5及透镜组件8，以形成一投向第二反光元件7的第二指纹影像光束M2(如图4或图5所示)。第二指纹影像光束M2会通过第二反光元件7的反射，以形成一“向下”投向指纹影像感测元件9的第三指纹影像光束M3(如图5所示)。由此，指纹影像感测元件9可通过感测第三指纹影像光束M3，以得到手指F接触到透光元件3的指纹f的指纹影像。
值得一提的是，由于发光元件4、分光元件5、第一反光元件6、第二反光元件7、透镜组件8及指纹影像感测元件9之间的特殊排列设计，所以本发明第二实施例所提供的指纹影像撷取模块G可达到薄型化的要求，使得指纹影像撷取模块G可应用于任何需要薄型化要求的电子产品内。
〔实施例的可能功效〕
综上所述，本发明的有益效果可以在于，本发明实施例所提供的指纹影像撷取装置S及其指纹影像撷取模块G，其可通过发光元件4、分光元件5、第一反光元件6、第二反光元件7、透镜组件8及指纹影像感测元件9之间的特殊排列设计，以使得本发明的指纹影像撷取装置S及其指纹影像撷取模块G可达到薄型化的要求，并可应用于任何需要薄型化要求的电子产品内。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种指纹影像撷取装置，其特征在于，包括：
一电路基板；
一外壳体，所述外壳体设置在所述电路基板上，其中所述外壳体的顶端具有一顶端开口；
一透光元件，所述透光元件设置在所述外壳体上，以封闭所述外壳体的所述顶端开口；以及
一指纹影像撷取模块，所述指纹影像撷取模块设置在所述外壳体内，其中所述指纹影像撷取模块包括：
一发光元件，所述发光元件电性连接于所述电路基板；
一分光元件，所述分光元件设置在所述发光元件的前方；
一第一反光元件，所述第一反光元件设置在所述分光元件的其中一侧旁且相距所述分光元件一第一预定距离，其中所述第一反光元件具有一反光曲面；
一第二反光元件，所述第二反光元件设置在所述分光元件的另外一侧旁且相距所述分光元件一第二预定距离；
一透镜组件，所述透镜组件设置在所述分光元件及所述第二反光元件之间；以及
一指纹影像感测元件，所述指纹影像感测元件设置在所述第二反光元件的下方且电性连接于所述电路基板；
其中，所述发光元件所产生的一投射光束依序通过所述分光元件及所述第一反光元件的所述反光曲面的反射，以形成一预先穿过所述透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的影像光束，所述影像光束预先依序穿过所述分光元件及所述透镜组件后，再通过所述第二反光元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。
2.如权利要求1所述的指纹影像撷取装置，其特征在于，所述分光元件具有一分光部及一连接于所述分光部且定位在所述外壳体内的第一定位部；
所述第一反光元件具有一基部、一成形在所述基部上的电镀反光部、及一连接于所述基部且定位在所述外壳体内的第二定位部，且所述第一反光元件的所述反光曲面形成在所述电镀反光部上；
所述透镜组件包括一由至少两个透镜单元所组成的光学镜头及一紧靠所述光学镜头的孔径光阑，每一个所述透镜单元具有一透镜部及一连接于所述透镜部且定位在所述外壳体内的第三定位部，且所述孔径光阑具有一遮光部及一穿过所述遮光部的穿孔部。
3.如权利要求1所述的指纹影像撷取装置，其特征在于，所述发光元件所产生的所述投射光束通过所述分光元件的反射，以形成一投向所述第一反光元件的第一反射光束，所述第一反射光束通过所述第一反光元件的所述反光曲面的反射，以形成一预先穿过所述透光元件后再投向所述手指的所述指纹的第二反射光束，其中所述投射光束及所述第一反射光束都为近似水平移动光束，所述第二反射光束为近似垂直移动光束。
4.如权利要求3所述的指纹影像撷取装置，其特征在于，所述第二反射光束通过所述手指的反射，以形成一预先穿过所述透光元件后再投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的第一指纹影像光束，所述第一指纹影像光束依序穿过所述分光元件及所述透镜组件，以形成一投向所述第二反光元件的第二指纹影像光束，所述第二指纹影像光束通过所述第二反光元件的反射，以形成一投向所述指纹影像感测元件的第三指纹影像光束，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述第三指纹影像光束，以得到所述手指的所述指纹的所述指纹影像，其中所述第一指纹影像光束及所述第三指纹影像光束都为近似垂直移动光束，所述第二指纹影像光束为近似水平移动光束。
5.一种指纹影像撷取模块，其特征在于，包括：
一发光元件；
一分光元件，所述分光元件设置在所述发光元件的前方；
一第一反光元件，所述第一反光元件设置在所述分光元件的其中一侧旁且相距所述分光元件一第一预定距离，其中所述第一反光元件具有一反光曲面；
一第二反光元件，所述第二反光元件设置在所述分光元件的另外一侧旁且相距所述分光元件一第二预定距离；
一透镜组件，所述透镜组件设置在所述分光元件及所述第二反光元件之间；以及
一指纹影像感测元件，所述指纹影像感测元件设置在所述第二反光元件的下方；
其中，所述发光元件所产生的一投射光束依序通过所述分光元件及所述第一反光元件的所述反光曲面的反射，以形成一预先穿过一透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的影像光束，所述影像光束预先依序穿过所述分光元件及所述透镜组件后，再通过所述第二反光元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。
6.如权利要求5所述的指纹影像撷取模块，其特征在于，所述发光元件所产生的所述投射光束通过所述分光元件的反射，以形成一投向所述第一反光元件的第一反射光束，所述第一反射光束通过所述第一反光元件的所述反光曲面的反射，以形成一预先穿过所述透光元件后再投向所述手指的所述指纹的第二反射光束，其中所述投射光束及所述第一反射光束都为近似水平移动光束，所述第二反射光束为近似垂直移动光束。
7.如权利要求6所述的指纹影像撷取模块，其特征在于，所述第二反射光束通过所述手指的反射，以形成一预先穿过所述透光元件后再投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的第一指纹影像光束，所述第一指纹影像光束依序穿过所述分光元件及所述透镜组件，以形成一投向所述第二反光元件的第二指纹影像光束，所述第二指纹影像光束通过所述第二反光元件的反射，以形成一投向所述指纹影像感测元件的第三指纹影像光束，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述第三指纹影像光束，以得到所述手指的所述指纹的所述指纹影像，其中所述第一指纹影像光束及所述第三指纹影像光束都为近似垂直移动光束，所述第二指纹影像光束为近似水平移动光束。
8.一种指纹影像撷取模块，其包括：一发光元件、一分光元件、一第一反光元件、一第二反光元件、一透镜组件及一指纹影像感测元件，其中所述指纹影像撷取模块的特征在于：
所述发光元件所产生的一投射光束依序通过所述分光元件及所述第一反光元件的一反光曲面的反射，以形成一预先穿过一透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的影像光束，所述影像光束预先依序穿过所述分光元件及所述透镜组件后，再通过所述第二反光元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。
9.如权利要求8所述的指纹影像撷取模块，其特征在于，所述发光元件所产生的所述投射光束通过所述分光元件的反射，以形成一投向所述第一反光元件的第一反射光束，所述第一反射光束通过所述第一反光元件的所述反光曲面的反射，以形成一预先穿过所述透光元件后再投向所述手指的所述指纹的第二反射光束，其中所述投射光束及所述第一反射光束都为近似水平移动光束，所述第二反射光束为近似垂直移动光束。
10.如权利要求9所述的指纹影像撷取模块，其特征在于，所述第二反射光束通过所述手指的反射，以形成一预先穿过所述透光元件后再投向所述反光曲面且被所述反光曲面所反射的第一指纹影像光束，所述第一指纹影像光束依序穿过所述分光元件及所述透镜组件，以形成一投向所述第二反光元件的第二指纹影像光束，所述第二指纹影像光束通过所述第二反光元件的反射，以形成一投向所述指纹影像感测元件的第三指纹影像光束，由此所述指纹影像感测元件通过感测所述第三指纹影像光束，以得到所述手指的所述指纹的所述指纹影像，其中所述第一指纹影像光束及所述第三指纹影像光束都为近似垂直移动光束，所述第二指纹影像光束为近似水平移动光束。
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