CN107203737A - 具有光学膜的薄型化指纹辨识装置 - Google Patents

具有光学膜的薄型化指纹辨识装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其包括：透光层、光学膜、以及光学传感元件，其中光学膜形成于透光层的第二表面,位于透光层与光学传感元件之间，且光学膜与光学传感元件可以相接触，或是具有间距。另一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置则同样包括：透光层、光学膜、以及光学传感元件，其中光学膜形成于透光层的第一表面,使透光层位于光学膜与光学传感元件之间，且透光层与光学传感元件可以相接触，或是具有间距。借本发明的实施，指纹辨识系统的制造无须复杂程序或制造设备，实施成本低廉；可节省使用空间，大幅提高应用范围；适合使用不同厚度的透光层；增加指纹信号的对比，强化指纹特征点判别并降低指纹辨识的误判率。

Description

具有光学膜的薄型化指纹辨识装置
技术领域
本发明是关于一种指纹辨识装置，特别是关于一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置。
背景技术
传统的光学式指纹辨识系统或装置，为了能够获得指纹的影像，通常在装置内加上一个成像系统(Image System)。而且，由于传统装置的使用/占用空间大，能够便利于使用一个正透镜(Positive Lens)的方式在成像系统内进行成像。
然而，随着指纹辨识系统或装置日渐普及至现今大量使用的手持装置或行动装置，在手持装置或行动装置讲究轻薄短小的现在，可供指纹辨识系统或指纹辨识装置使用的空间非常的有限。
因此，若将指纹辨识系统或装置应用于空间较小的应用装置时，会因为物理限制而无法使用正透镜成像的方法。
有鉴于此，本案将提出一种薄型化且具有高成像品质的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，不但可将之应用于薄型装置、超薄型装置、迷你型装置、或是智慧型手持装置等的有限空间之内，更可增加指纹信号的对比，强化指纹特征点判别并降低指纹辨识的误判率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其包括：透光层、光学膜、以及光学传感元件，其中光学膜形成于透光层的第二表面,位于透光层与光学传感元件之间，且光学膜与光学传感元件可以相接触，或是具有间距。另一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置则同样包括：透光层、光学膜、以及光学传感元件，其中光学膜形成于透光层的第一表面,使透光层位于光学膜与光学传感元件之间，且透光层与光学传感元件可以相接触，或是具有间距。借本发明的实施，指纹辨识系统的制造无须复杂程序或制造设备，实施成本低廉；可节省使用空间，大幅提高应用范围；适合使用不同厚度的透光层；可以使入射至光学传感元件的指纹信号具有空间特定角度的指向性，增加指纹信号的对比，强化指纹特征点判别并降低指纹辨识的误判率。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，用以感测或辨识指纹，并包括有：透光层，其为透光材质所形成，具有相对的第一表面及第二表面；光学膜，形成于第二表面；以及光学传感元件，与光学膜相邻设置，其中指纹与上表面相接触。
本发明又提供一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，用以感测或辨识指纹，并包括有：透光层，其为透光材质所形成，具有相对的第一表面及第二表面；光学膜，形成于第一表面；以及光学传感元件，与第二表面相邻设置，其中指纹与光学膜相接触。
本发明解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该光学膜与该光学传感元件间具有间距。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该透光层受可见光、红外光、或是紫外光所穿透。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该透光层的厚度介于1微米～300微米，或是介于300微米～500微米之间。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该光学膜及该光学传感元件之间，进一步形成柱状结构层，该柱状结构层由具有多个柱状通孔的不透光填充体所形成。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该光学膜使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光的反射率大于25％。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该光学膜使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光的反射率大于50％。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该倾斜入射光以-10度至+10度间的角度入射时，其对该光学膜的最大穿透率大于入射角为-80度至+80度间的角度入射时对该光学膜的最小穿透率的2倍以上。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该倾斜入射光以-10度至+10度间的角度入射时，其对该光学膜的最大穿透率大于入射角为-50度至+50度间的角度入射时对该光学膜的最小穿透率的2倍以上
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该第二表面与该光学传感元件间具有一间距。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该透光层受可见光、红外光、或是紫外光所穿透。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该透光层的厚度是介于1微米～300微米，或是介于300微米～500微米之间。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该第二表面及该光学传感元件之间，进一步形成柱状结构层，该柱状结构层由具有多个柱状通孔的不透光填充体所形成。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该第二表面及该光学传感元件之间，进一步形成柱状结构层，该柱状结构层由具有多个二氧化硅(SiO2)柱状体所形成，且任两个二氧化硅柱状体间的空隙填有光吸收材质。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该光学膜使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光的反射率大于25％。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该光学膜使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光的反射率大于50％。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该倾斜入射光以-10度至+10度间的角度入射时，其对该光学膜的最大穿透率大于入射角为-80度至+80度间的角度入射时对该光学膜的最小穿透率的2倍以上。
上述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其中该倾斜入射光以-10度至+10度间的角度入射时，其对该光学膜的最大穿透率大于入射角为-50度至+50度间的角度入射时对该光学膜的最小穿透率的2倍以上
借由本发明的实施，至少可以达到下列进步功效：
一、不须复杂程序，实施成本低廉。
二、大幅节省指纹辨识装置的使用空间，可应用于薄型装置、超薄型装置、迷你型装置、或是智慧型手持装置等的有限空间之内，提高应用范围。
三、高解析度，可以正确判别及辨识指纹。
四、适合使用不同厚度的透光层。
五、可以使入射至光学传感元件的指纹信号具有空间特定角度的指向性，增加指纹信号的对比，强化指纹特征点判别并降低指纹辨识的误判率。
为使任何熟习相关技术者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何熟习相关技术者可轻易地理解本发明相关的目的及优点，因此将在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点。
附图说明
图1为本发明实施例的一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置的组成结构示意图。
图2为图1实施例中指纹信号的正向入射光及斜向入射光产生不同反射强度的示意图。
图3A为本发明实施例的一种结合有柱状结构层的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置的组成结构示意图。
图3B为本发明实施例的一种柱状结构层的示意图。
图3C为本发明实施例的另一种柱状结构层的示意图。
图4为图3实施例中指纹信号的正向入射光及斜向入射光产生不同反射强度的示意图。
图5为本发明实施例的另一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置的组成结构示意图。
图6为图5实施例的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置进一步结合有柱状结构层的组成结构示意图。
图7为本发明实施例的一种光学膜对入射光线的穿透率与入射角的关系曲线示意图。
【主要元件符号说明】
100：具有光学膜的薄型化指纹辨识装置
10：透光层 11：第一表面
12：第二表面 20：光学膜
30：光学传感元件 40：间距
50：柱状结构层 51：柱状通孔
52：不透光填充体 61:二氧化硅柱状体
62:光吸收材质 201:垂直入射光
202:倾斜入射光 211:垂直反射光
212:倾斜反射光 300:指纹
301:纹路凸部 302:纹路凹部
Imax:最大穿透率 Imin:最小穿透率
具体实施方式
请参考图1所示，为实施例的一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100，其包括：透光层10；光学膜20；以及光学传感元件30。
如图1所示，具有相对的第一表面11及第二表面12的透光层10，可以为玻璃或其他透光材质所形成的透光板或是透光膜，透光层10并且可以选择为能受可见光、红外光、或是紫外光所穿透。
在指纹辨识或是指纹侦测的应用实施例中，透光层10的厚度可以选择为介于1微米～300微米之间，或是介于300微米～500微米之间，其中微米＝μm，micro-meter。
如图1及图2所示，进行指纹侦测或指纹辨识时，受辨识的指纹300，与至少一部份透光层10的第一表面11相接触，此时由指纹300的至少纹路凸部301或至少纹路凹部302所反射的光线，便会穿透过透光层10而到达光学膜20。
再者，由指纹300所反射的光线包括有垂直入射光201及倾斜入射光202，其中垂直入射光201指由指纹300反射而垂直射至光学膜20的光线，倾斜入射光202则是指由指纹300反射而与垂直方向成一角度入射至光学膜20的光线。
如图1及图2所示，形成于透光层10第二表面12的光学膜20，则对由指纹300反射而照射至的光线进行空间滤波，使得射至光学膜20的垂直入射光201大部份通过而到达光学传感元件30，也就是说，只有一小部份的垂直入射光201被光学膜20反射成为垂直反射光211。
同时，光学膜20对由指纹300反射而照射至的光线进行空间滤波，也使得射至光学膜20的倾斜入射光202大部分被光学膜20反射成为倾斜反射光212，而仅有极些微的部份可以抵达光学传感元件30。
进一步来说，在应用实施例中，所形成的光学膜20可以选择，使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光202的反射率大于25％。
或是也可以选择形成光学膜20，使得入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光202的反射率大于50％。
另一方面，如图7所示，亦可以使所形成的光学膜20，在入射角为-10度至+10度间的倾斜入射光202入射时，其对光学膜20的最大穿透率Imax大于入射角为-80度至+80度间的倾斜入射光202入射时对光学膜20的最小穿透率Imin的2倍以上。
或是也可以使所形成的光学膜20，在入射角为-10度至+10度间的倾斜入射光202入射时，其对光学膜20的最大穿透率Imax，大于入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光202入射时对光学膜20的最小穿透率Imin的2倍以上。
如此，便能够大幅提高指纹信号的对比，强化指纹特征点判别并降低指纹辨识的误判率。
光学膜20可以形成为镜面或粗糙面，并可以对入射的光线进行反射，而在光线经过薄膜时，镜面的光学膜20，可以对入射光202进行往前或往后的镜面反射(Specularreflection)，粗糙面的光学膜20则可以对入射光202进行多方向散射(Lambertianscattering)。
进一步来说，实施例的光学膜20具有特定波长的反射率，正向的反射率与斜向的反射率，为波长的函数，且工作波长的光波在正向时反射率小，在斜向时反射率大，如此即可减少杂讯光进入光学传感元件30。
在实施例中，光学膜20可以通过50％以上的垂直入射光201，即垂直反射光211的强度为垂直入射光201的强度的50％以下。同时50％以上的倾斜入射光202则受光学膜20所反射，即倾斜反射光212的强度为倾斜入射光202的强度的50％以上。
借由适当的选择光学膜20的结构，前述的50％可以提高为50％～99％之间，也就是，光学膜20可以通过50％～99％的垂直入射光201，同时50％～99％以上的倾斜入射光202则受光学膜20所反射。
如此，指纹300所反射的大角度的散射光，经光学膜20反射后，便会降低其通过光学膜20的光量，有效降低其所造成的杂讯产生的影响，进而提升具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100中的光学传感元件30所读取到的指纹信号(光学信号)的对比度。
这样，即可改善，甚至消除，因为指纹300的纹路图案，即指纹300的至少纹路凸部301及至少纹路凹部302所反射的光信号产生的散射对光学传感元件30所造成的模糊效应。
接着，请参考如图1及图2所示，具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100的光学膜20与光学传感元件30之间可以具有一间距40。
间距40的大小可视应用需求而定，一般说来，间距40可以介于0mm至5mm之间；且间距40中可以仅填满空气，也可填入使指纹300反射的光线可以通过的光学胶。
接下来，请参考如图3A所示，具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100的光学膜20与光学传感元件30之间可以进一步形成有柱状结构层50。
如图3A及图3B所示，柱状结构层50与光学传感元件30相连接，并位于光学膜20与光学传感元件30之间，且柱状结构层50可以是由具有多个柱状通孔51的不透光填充体52所形成。
如此，穿透过透光层10及光学膜的光信号，一部分被柱状结构层50的不透光填充体52遮蔽，而剩下的部分则由柱状结构层50的柱状通孔51通过，更进一步地对倾斜入射光202进行抑制或隔离，又再一次提升所读取的指纹300的指纹信号(光学信号)的对比度。
再者，柱状通孔51内亦可以填充至少一种透光物质，在柱状通孔51仍可受指纹300反射的光线通过的状况下，提高柱状通孔51及整个柱状结构层50对外力的耐受程度。
至于柱状通孔51的孔径，则可以设定、选择或形成使任何一个柱状通孔51的孔径形成为大于2μm,或是介于2μm及100μm之间。
而如图3C所示，柱状结构层50亦可以由多个二氧化硅(SiO2)柱状体61所形成，且任两个二氧化硅柱状体61间的空隙填满光吸收材质62，另外亦可以选择所使用的光吸收材质62的透光率为0.01％～30％之间。
接下来，请参阅图1至图4所示，光学传感元件30，用以接收指纹300的至少纹路凸部301及至少纹路凹部302所反射的指纹信号(光学信号)，并对接收的光信号进行处理。
所述的光学传感元件30可以是由至少一个光学传感晶片(optical sensorchip)所组成。
请参阅图5所示，为实施例的另一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置200，其同样包括透光层10；光学膜20；以及光学传感元件30。
如图5所示，在实施例中，具有光学膜的薄型化指纹辨识装置200的光学膜20设置或形成于透光层10的第一表面11上，光学膜20的光学特性为一种高反射率的薄膜，并且同样具有对特定波长的反射率。所述高反射率是指反射率50％以上，而特定波长为指纹300所反射的指纹信号光学信号)的波长。
如图5所示，将光学膜20设置或形成于透光层10的第一表面11，使得指纹300直接可以触碰到光学膜20的表面，指纹300的纹路凸部301的信号会直接穿透光学膜20并进入透光层10；而相对的，没有触碰到光学膜20表面的指纹300的纹路凹部302的信号，当打到光学膜20时，则会因高反射率，而被反射掉，使整体指纹300的纹路凸部301与纹路凹部302的对比增强，而增加指纹信号的辨识度。
除了光学膜20设置或形成于透光层10的第一表面11之外，具有光学膜的薄型化指纹辨识装置200的透光层10、光学膜20、光学传感元件30及可以具有间距40的技术特征或连接关系，皆与具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100的透光层10、光学膜20、光学传感元件30及间距40的技术特征或连接关系相同，于此不再赘述。
而如图6所示，具有光学膜的薄型化指纹辨识装置200的透光层10与光学传感元件30之间也可以进一步具有柱状结构层50。
此柱状结构层50与前述具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100的柱状结构层50的技术特征也相同，于此亦不再赘述。
总而言之，因为具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100或具有光学膜的薄型化指纹辨识装置200，不仅不须复杂程序，实施成本低廉；大幅节省指纹辨识装置的使用空间，可应用于薄型装置、超薄型装置、迷你型装置、或是智慧型手持装置等的有限空间之内，提高应用范围；又因具有光学膜20的空间滤波功效，可以对大角度的入射光进行抑制或隔离，而可以大幅提升整体具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100或具有光学膜的薄型化指纹辨识装置200所读取的指纹信号(光学信号)的解析度及对比度，强化指纹特征点判别并降低指纹辨识的误判率。
再进一步结合柱状结构层50在光学传感元件30与透光层10之间，则更可以增加对大角度的光信号的抑制或隔离的功效，更加提升整体具有光学膜的薄型化指纹辨识装置100或具有光学膜的薄型化指纹辨识装置200所读取的指纹信号(光学信号)的对比度。
惟上述各实施例是用以说明本发明的特点，其目的在使熟习该技术者能了解本发明的内容并据以实施，而非限定本发明的专利范围，故凡其他未脱离本发明所揭示的精神而完成的等效修饰或修改，仍应包含在申请专利范围中。

Claims (19)

1.一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，用以感测或辨识指纹，其特征在于，包括有：
透光层，其为透光材质所形成，具有相对的第一表面及第二表面；
光学膜，形成于该第二表面；以及
光学传感元件，与该光学膜相邻设置，
其中该指纹与该上表面相接触。
2.如权利要求1所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该光学膜与该光学传感元件间具有间距。
3.如权利要求1所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该透光层受可见光、红外光、或是紫外光所穿透。
4.如权利要求1所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该透光层的厚度介于1微米～300微米，或是介于300微米～500微米之间。
5.如权利要求1所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该光学膜及该光学传感元件之间，进一步形成柱状结构层，该柱状结构层由具有多个柱状通孔的不透光填充体所形成。
6.如权利要求1所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该光学膜使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光的反射率大于25％。
7.如权利要求1所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该光学膜使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光的反射率大于50％。
8.如权利要求1所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该倾斜入射光以-10度至+10度间的角度入射时，其对该光学膜的最大穿透率大于入射角为-80度至+80度间的角度入射时对该光学膜的最小穿透率的2倍以上。
9.如权利要求1所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该倾斜入射光以-10度至+10度间的角度入射时，其对该光学膜的最大穿透率大于入射角为-50度至+50度间的角度入射时对该光学膜的最小穿透率的2倍以上。
10.一种具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，用以感测或辨识指纹，其特征在于包括有：
透光层，其为透光材质所形成，具有相对的第一表面及第二表面；
光学膜，形成于该第一表面；以及
光学传感元件，与该第二表面相邻设置，
其中该指纹与该光学膜相接触。
11.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该第二表面与该光学传感元件间具有间距。
12.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该透光层受可见光、红外光、或是紫外光所穿透。
13.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该透光层的厚度是介于1微米～300微米，或是介于300微米～500微米之间。
14.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该第二表面及该光学传感元件之间，进一步形成柱状结构层，该柱状结构层由具有多个柱状通孔的不透光填充体所形成。
15.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该第二表面及该光学传感元件之间，进一步形成柱状结构层，该柱状结构层是由具有多个二氧化硅柱状体所形成，且任两个二氧化硅柱状体间的空隙填有光吸收材质。
16.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该光学膜使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光的反射率大于25％。
17.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该光学膜使入射角为-50度至+50度间的倾斜入射光的反射率大于50％。
18.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该倾斜入射光以-10度至+10度间的角度入射时，其对该光学膜的最大穿透率大于入射角为-80度至+80度间的角度入射时对该光学膜的最小穿透率的2倍以上。
19.如权利要求10所述的具有光学膜的薄型化指纹辨识装置，其特征在于，其中该倾斜入射光以-10度至+10度间的角度入射时，其对该光学膜的最大穿透率大于入射角为-50度至+50度间的角度入射时对该光学膜的最小穿透率的2倍以上。
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