CN108241820A - 生物辨识装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物辨识装置。生物辨识装置包括导光元件、多个光学微结构、光源及影像撷取元件。导光元件具有相对的第一表面与第二表面。多个光学微结构形成于导光元件的第二表面。每一光学微结构具有至少一反射面。藉由光学微结构的至少一反射面的反射，光源发出的光束能准直地向导光元件的第一表面传递，进而使被待辨识物反射的光束准直地向影像撷取元件传递。本发明的生物辨识装置的取像品质提升，进而增加生物辨识装置的辨识能力。

Description

生物辨识装置

技术领域

本发明涉及一种生物辨识装置。

背景技术

生物辨识的种类包括脸部、声音、虹膜、视网膜、静脉和指纹辨识等。由于每个人的指纹都是独一无二的，且指纹不易随着年龄或身体健康状况而变化，因此指纹辨识装置已成为目前最普及的一种生物辨识装置。依照感测方式的不同，指纹辨识装置可分为光学式与电容式。电容式指纹辨识装置组装于电子产品(例如：手机、平板电脑)时，电容式指纹辨识装置上方多设有保护元件(cover lens)，而电容式指纹辨识装置的感测效果会受到保护元件的影响。因此，光学式指纹辨识装置也倍受重视。

光学式指纹辨识装置包括光源、影像撷取元件及透光元件。光源用以发出光束，以照射按压在透光元件上的手指。手指的指纹是由多条不规则的凸纹与凹纹所组成。被凸纹与凹纹反射的光束会在影像撷取元件的接收面上形成为明暗交错的指纹影像。影像撷取元件可将指纹影像转换为对应的影像信息，并将影像信息输入至处理单元。处理单元可利用演算法计算对应于指纹的影像信息，以进行使用者的身份辨识。然而，在上述的取像过程中，被指纹反射的光束易散乱地传递至影像撷取元件，而造成取像品质不佳，影响辨识结果。

发明内容

本发明提供一种生物辨识装置。

根据本发明的实施例，生物辨识装置包括导光元件、多个光学微结构、光源以及影像撷取元件。导光元件具有相对的第一表面与第二表面。多个光学微结构形成于导光元件的第二表面。每一光学微结构具有至少一反射面。光源用以发出光束。光束被每一光学微结构的至少一反射面反射，以准直地向导光元件的第一表面传递。影像撷取元件相对于导光元件的第二表面设置。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，所述至少一反射面包括第一反射面与第二反射面，第一反射面与第二反射面相对于导光元件的第一表面倾斜，且第一反射面与第二反射面的倾斜方向相反，其中光束依序被每一光学微结构的第一反射面及第二反射面反射，以准直地向所述导光元件的所述第一表面传递。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，至少一反射面包括曲面，其中光束被所述曲面的不同两处反射，以准直地向导光元件的第一表面传递。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括透光元件。透光元件配置于导光元件的第一表面上。透光元件具有按压面，以供待辨识物按压。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括第一光学胶。透光元件透过第一光学胶与导光元件的第一表面连接。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括准直元件。准直元件配置于导光元件的第二表面与影像撷取元件之间。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括第二光学胶。准直元件透过第二光学胶与影像撷取元件连接。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，导光元件还具有外侧壁。外侧壁与第一表面连接且向第二表面所在侧延伸。光束自外侧壁进入导光元件中。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，导光元件还具有外侧壁、内侧壁以及底面。外侧壁与第一表面连接且向第二表面所在侧延伸。内侧壁与第二表面连接且设置于外侧壁的对向。底面设置于第一表面的对向且连接于外侧壁与内侧壁之间。光束自导光元件的底面进入导光元件中。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，光束包括可见光、不可见光或其组合。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，光束通过导光元件的第一表面后被待辨识物反射，而影像撷取元件接收被待辨识物反射的光束，以取得待辨识物的影像。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，待辨识物包括指纹、静脉、掌纹或其组合。

基于上述，在本发明一实施例的生物辨识装置中，利用光学微结构的第一反射面与第二反射面的反射作用，光源发出的光束能准直地向导光元件的第一表面传递，进而使被待辨识物反射的光束准直地向影像撷取元件传递。藉此，生物辨识装置的取像品质提升，进而增加生物辨识装置的辨识能力。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明一实施例的生物辨识装置的剖面示意图；

图2为本发明另一实施例的生物辨识装置的剖面示意图；

图3为本发明又一实施例的生物辨识装置的剖面示意图；

图4为本发明再一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。

附图标号说明

10：待辨识物；

100、100A、100B、100C：生物辨识装置；

110：导光元件；

112：第一表面；

113：凹槽；

114：第二表面；

116：外侧壁；

118：内侧壁；

119：底面；

119a：凹陷；

120、120C：光学微结构；

122：第一反射面；

124：第二反射面；

126：曲面；

130：光源；

140：影像撷取元件；

142：像素区；

150：电路板；

160：透光元件；

162：按压面；

170：第一光学胶；

180：准直元件；

184：透光区；

190：第二光学胶；

192：光学胶；

194：支撑物；

L：光束。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1为本发明一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。请参照图1，生物辨识装置100包括导光元件110、多个光学微结构120、光源130及影像撷取元件140。导光元件110具有相对的第一表面112与第二表面114。在本实施例中，导光元件110还具有外侧壁116、内侧壁118及底面119。外侧壁116与第一表面112连接且向第二表面114所在侧延伸。内侧壁118与第二表面114连接且设置于外侧壁116对向。底面119设置于第一表面112的对向且连接于外侧壁116与内侧壁118之间。在本实施例中，内侧壁118与第二表面114可定义出凹槽113，但本发明不以此为限。在本实施例中，导光元件110的材质可为玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其他适当材料。

多个光学微结构120形成于导光元件110的第二表面114。在本实施例中，光学微结构120的材质与导光元件110的材质可相同。换言之，光学微结构120与导光元件110可为一体成型。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，光学微结构120与导光元件110也可分别制作，然后，再将光学微结构120配置于导光元件110的第二表面114上。值得注意的是，每一光学微结构120具有至少一反射面。举例而言，在本实施例中，每一光学微结构120具有第一反射面122与第二反射面124。第一反射面122与第二反射面124相对于导光元件110的第一表面112倾斜，且第一反射面122与第二反射面124的倾斜方向相反。在本实施例中，同一光学微结构120的第一反射面122与第二反射面124可直接连接，而光学微结构120可呈V字型凸起。但本发明不限于此，在其他实施例中，光学微结构120也可呈其他适当形状，而每一光学微结构120的至少一反射面不一定要由多个平面(即第一反射面122与第二反射面124)所组成。

光源130用以发出光束L。在本实施例中，光束L例如是不可见光(例如：红外光)。但本发明不限于此，在其他实施例中，光束L也可以是可见光(例如：红光、蓝光、绿光或其组合)或可见光与不可见光的组合。在本实施例中，光源130例如为发光二极体。但本发明不限于此，在其他实施例中，光源130也可为其他适当种类的发光元件。图1示出一个光源130为示例，且光源130设置在导光元件110的单侧。但本发明不限于此，在其他实施例中，光源130的数量也可为多个，和/或光源130也可设置在导光元件110的双侧或三个以上的侧边。

在本实施例中，光束L可自导光元件110的底面119进入导光元件110中。详言之，生物辨识装置100可进一步包括电路板150。光源130可配置于电路板150上且与电路板150电性连接。导光元件110的底面119可固定在电路板150上。导光元件110的底面119可具有凹陷119a。光源130可选择性地配置于凹陷119a与电路板150围出的空间中。光束L可自凹陷119a入射导光元件110。然而，本发明不限于此，在另一实施例中，导光元件110的底面119可不具凹陷119a，电路板150可具有凹陷(未显示)，光源130可配置于电路板150的所述凹陷中，导光元件110的底面119配置于电路板150的所述凹陷上方，而光束L也可自不具凹陷119a的底面119进入导光元件110中。需说明的是，上述光源130的位置及光束L入射导光元件110的区域仅是用以举例说明本发明而非用以限制本发明，其他实施例中，光源130也可配置于其他适当位置，光束L也可自导光元件110的其他区域入射导光元件110。

影像撷取元件140相对于导光元件110的第二表面114设置。详言之，在本实施例中，影像撷取元件140可配置于电路板150上且与电路板150电性连接。更进一步地说，在本实施例中，导光元件110的第二表面114与内侧壁118可定义出凹槽113，而影像撷取元件140可配置在导光元件110的凹槽113中，但本发明不以此为限。影像撷取元件140具有阵列排列的多个像素(pixel)区142，以接收被待辨识物10反射的光束L，进而取得待辨识物10的影像。在本实施例中，影像撷取元件140可为电荷耦合元件(charge-coupled device；CCD)、互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)或其他适当种类的图像传感器阵列。

在本实施例中，生物辨识装置100还包括透光元件160。透光元件160配置于导光元件110的第一表面112上。透光元件160具有背向导光元件110的按压面162。按压面162供待辨识物10按压。在本实施例中，于正常的使用情况下，待辨识物10可为生物的生物特征，例如：指纹、静脉、掌纹或上述至少二者的组合等。然而，本发明不限于此，于不正常的使用情况下，待辨识物10也可能是伪造物，例如：假手指。在本实施例中，生物辨识装置100还包括第一光学胶170。透光元件160可透过第一光学胶170与导光元件110的第一表面112连接。在本实施例中，透光元件160、第一光学胶170及导光元件110的折射率可相同或相近，以减少光束L在透光元件160与第一光学胶170的交界及第一光学胶170与导光元件110的交界的反射，进而提升生物辨识装置100的光利用效率和/或取像品质。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，透光元件160、第一光学胶170及导光元件110的折射率也可相异。

值得注意是，光源130发出光束L后，光束L会依序被光学微结构120的第一反射面122及第二反射面124反射，以准直地向导光元件110的第一表面112传递。换言之，透过光学微结构120的反射作用，光束L入射第一表面112的入射角可为0度或接近0度(例如：-15度至+15度的范围内，其中若由第一表面112的法线到光束L的方向为顺时针方向，则所述入射角为负值，若由第一表面112的法线到光束L的方向为逆时针方向，则所述入射角为正值)。光束L通过导光元件110的第一表面112后会被待辨识物10反射，其中所述反射包括漫射(diffuse reflection)。光束L被待辨识物10反射后会通过透光元件160的按压面162并穿过导光元件110，以入射影像撷取元件140。影像撷取元件140会接收被待辨识物10反射的光束L，以取得待辨识物10的影像。特别是，利用光学微结构120的第一反射面122及第二反射面124的反射，光束L能准直地入射辨识物10，进而使被辨识物10反射的光束L准直地传递至影像撷取元件140。藉此，生物辨识装置100的取像品质提升，进而增加生物辨识装置100的辨识能力。

在本实施例中，生物辨识装置100还可包括准直元件180。准直元件180配置于导光元件110的第二表面114与影像撷取元件140之间。举例而言，在本实施例中，生物辨识装置100还包括第二光学胶190，而准直元件180可透过第二光学胶190与影像撷取元件140连接，但本发明不以此为限。值得注意的是，准直元件180具有多个透光区184。多个透光区184分别对应影像撷取元件140的多个像素区142。被待辨识物10的每一处反射的光束L可通过对应的一个透光区182传递至对应的像素区142，而不易传递至其他像素区142。藉此，生物辨识装置100的取像品质能进一步地提升。但本发明不限于此，在其他实施例中，生物辨识装置100也可选择性地不包括准直元件180。

图2为本发明另一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。图2的生物辨识装置100A与图1的生物辨识装置100类似，两者的差异在于，生物辨识装置100A的光源130位置与生物辨识装置100的光源130位置不同。详言之，在图2的实施例中，光源130可配置于导光元件110的外侧壁116旁，而光束L可自外侧壁116进入导光元件110中。生物辨识装置100A具有与生物辨识装置100类似的功效与优点，于此便不再重述。

图3为本发明又一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。图3的生物辨识装置100B与图1的生物辨识装置100类似，两者的差异在于，生物辨识装置100B的导光元件110的底面119可不直接配置于电路板150上。生物辨识装置100B还包括支撑物194。支撑物194可由底面119向光源130所在侧延伸，以维持底面119与光源130之间的间隙。在本实施例中，支撑物194可与导光元件110、电路板150或光源130一体成型，或为导光元件110、电路板150及光源130以外的构件。生物辨识装置100B还可包括光学胶192。光学胶192填入导光元件110的底面119与光源130之间的间隙，以减少光束L在入射导光元件110前的损失。生物辨识装置100B具有与生物辨识装置100类似的功效与优点，于此便不再重述。

图4为本发明再一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。图4的生物辨识装置100C与图1的生物辨识装置100类似，两者的差异在于，生物辨识装置100C的光学微结构120C与生物辨识装置100的光学微结构120不同。详言之，在图4的实施例中，每一光学微结构120C的至少一反射面可为曲面126。光束L被曲面126的不同两处反射，以准直地向导光元件110的第一表面112传递，进而被待辨识物10反射。光束L被待辨识物10反射后会通过透光元件160的按压面162并穿过导光元件110，以入射影像撷取元件140。影像撷取元件140接收光束L，以取得待辨识物10的影像。生物辨识装置100C具有与生物辨识装置100类似的功效与优点，于此便不再重述。

综上所述，本发明一实施例的生物辨识装置包括导光元件、多个光学微结构、光源及影像撷取元件。导光元件具有相对的第一表面与第二表面。多个光学微结构形成于导光元件的第二表面。每一光学微结构具有第一反射面与第二反射面。第一反射面与第二反射面相对于导光元件的第一表面倾斜，且第一反射面与第二反射面的倾斜方向相反。藉由光学微结构的第一反射面与第二反射面的反射，光源发出的光束能准直地向导光元件的第一表面传递，进而使被待辨识物反射的光束准直地向影像撷取元件传递。藉此，生物辨识装置的取像品质提升，进而增加生物辨识装置的辨识能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种生物辨识装置，其特征在于，包括：

导光元件，具有相对的第一表面与第二表面；

多个光学微结构，形成于所述导光元件的所述第二表面，其中每一光学微结构具有至少一反射面；

光源，用以发出光束，其中所述光束被所述每一光学微结构的所述反射面反射，以准直地向所述导光元件的所述第一表面传递；以及

影像撷取元件，相对于所述导光元件的所述第二表面设置。

2.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述至少一反射面包括第一反射面与第二反射面，所述第一反射面与所述第二反射面相对于所述导光元件的所述第一表面倾斜，且所述第一反射面与所述第二反射面的倾斜方向相反，其中所述光束依序被所述每一光学微结构的所述第一反射面及所述第二反射面反射，以准直地向所述导光元件的所述第一表面传递。

3.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述至少一反射面包括曲面，其中所述光束被所述曲面的不同两处反射，以准直地向所述导光元件的所述第一表面传递。

4.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述生物辨识装置还包括：

透光元件，配置于所述导光元件的所述第一表面上，其中所述透光元件具有按压面，以供待辨识物按压。

5.根据权利要求4所述的生物辨识装置，其特征在于，所述生物辨识装置还包括：

第一光学胶，其中所述透光元件透过所述第一光学胶与所述导光元件的所述第一表面连接。

6.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述生物辨识装置还包括：

准直元件，配置于所述导光元件的所述第二表面与所述影像撷取元件之间。

7.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述导光元件还具有：

外侧壁，与所述第一表面连接且向所述第二表面所在侧延伸，其中所述光束自所述外侧壁进入所述导光元件中。

8.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述导光元件还具有：

外侧壁，与所述第一表面连接且向所述第二表面所在侧延伸；

内侧壁，与所述第二表面连接且设置于所述外侧壁的对向；以及

底面，设置于所述第一表面的对向且连接于所述外侧壁与所述内侧壁之间，其中所述光束自所述导光元件的所述底面进入所述导光元件中。

9.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述光束通过所述导光元件的所述第一表面后被待辨识物反射，而所述影像撷取元件接收被所述待辨识物反射的所述光束，以取得所述待辨识物的影像。

10.根据权利要求9所述的生物辨识装置，其特征在于，所述待辨识物包括指纹、静脉、掌纹或其组合。