CN108664857B - 生物识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物识别装置。生物识别装置包括导光元件、光源及图像获取元件。导光元件包括第一表面、第二表面、外侧壁、内侧壁及底面。底面或外侧壁为导光元件的入光面。入光面具有多个第一光学微结构。第一光学微结构收敛光束的发散角，光束通过导光元件的第一表面后被待识别物作用，图像获取元件接收被待识别物作用的光束，以取得待识别物的图像。藉此，光束在导光元件的第一表面的出射光束场型集中，进而提高待识别物的取像质量。

Description

生物识别装置

技术领域

本发明涉及一种生物识别装置。

背景技术

生物识别的种类包括脸部、声音、虹膜、视网膜、静脉和指纹识别等。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，因此指纹识别装置已成为目前最普及的一种生物识别装置。依照感测方式的不同，指纹识别装置可分为光学式与电容式。电容式指纹识别装置组装于电子产品(例如：手机、平板电脑)时，电容式指纹识别装置上方多设有保护元件(cover lens)，而电容式指纹识别装置的感测效果会受到保护元件的影响。因此，光学式指纹识别装置也倍受重视。

光学式指纹识别装置包括光源、图像获取元件及透光元件。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图像获取元件的接收面上形成为明暗交错的指纹图像。图像获取元件可将指纹图像转换为对应的图像信息，并将图像信息输入至处理单元。处理单元可利用算法计算对应于指纹的图像信息，以进行使用者的身份识别。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图像获取元件，而造成取像质量不佳，影响识别结果。

发明内容

本发明提供一种生物识别装置。

根据本发明的实施例，生物识别装置包括导光元件、光源以及图像获取元件。导光元件包括第一表面、第二表面、外侧壁、内侧壁及底面。第二表面设置于第一表面的对向。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。底面或外侧壁为导光元件的入光面，而入光面具有多个第一光学微结构。光源用以发出光束。图像获取元件相对于导光元件的第二表面设置。光束自入光面进入导光元件，多个第一光学微结构收敛光束的发散角，光束通过导光元件的第一表面后被待识别物作用，而图像获取元件接收被待识别物作用的光束，以取得待识别物的图像。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，底面为导光元件的入光面，而每一第一光学微结构沿着内侧壁向外侧壁的方向延伸。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，外侧壁为导光元件的入光面，而每一第一光学微结构沿着第一表面向底面的方向延伸。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，多个第一光学微结构朝光源的所在侧凸起。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，多个第一光学微结构包括多个微棱镜，而多个微棱镜的多个顶角指向光源的所在侧。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，每一第一光学微结构具有向光源的所在侧凸起的曲面。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，多个第一光学微结构包括多个微棱镜及分别具有多个曲面的多个子光学微结构，其中多个曲面向光源的所在侧凸起。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，多个微棱镜与多个子光学微结构交替排列。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，每一第一光学微结构在与光源的光轴平行的方向上具有高度H，每一第一光学微结构在与光源的光轴垂直的方向上具有宽度W，高度H与宽度W的比H/W小于0.3。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，每一第一光学微结构在与光源的光轴垂直的方向上具有宽度W，多个第一光学微结构以间距P排列，宽度W与间距P的比W/P大于或等于0.001且小于或等于1。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，导光元件的第二表面具有多个第二光学微结构，每一第二光学微结构具有至少一反射面，光束被每一第二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。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，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，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第二光学微结构的第一反射面及第二反射面反射，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识别装置中，至少一反射面包括曲面，其中光束被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识别装置中，导光元件的第二表面具有多个第三光学微结构。每一第三光学微结构具有反射面，生物识别装置还包括控光元件。控光元件位于导光元件的第二表面与图像获取元件之间，其中光束被每一第三光学微结构的反射面反射，以斜向地传递且通过导光元件的第一表面至待识别物，被待识别物作用的光束传递至控光元件，控光元件折射与反射光束，以使光束准直地向图像获取元件传递。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，反射面相对于导光元件的第一表面倾斜。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，反射面为曲面。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，控光元件包括多个微棱镜。每一微棱镜具有底面及多个侧面，多个侧面相对于导光元件的第一表面倾斜，多个侧面的倾斜方向相反，底面连接于多个侧面之间，其中被待识别物作用的光束依序被多个侧面的一个折射、被多个侧面的另一个反射而由底面出射。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，生物识别装置还包括准直元件。准直元件位于导光元件的第二表面与图像获取元件之间。

在根据本发明的实施例的生物识别装置中，待识别物包括指纹、静脉、掌纹或其组合。

基于上述，本发明一实施例的生物识别装置包括导光元件、光源及图像获取元件。特别是，导光元件的入光面具有多个第一光学微结构，第一光学微结构能收敛光束的发散角。藉此，光束在导光元件的第一表面的出射光束场型集中，被待识别物作用(例如：漫射)的光束的出射光束场型也会集中。如此一来，被待识别物作用的光束穿过准直元件的机率提升，进而提高待识别物的取影质量。

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识别装置的剖面示意图；

图2为本发明一实施例的导光元件的入光面及光源的剖面示意图；

图3示出在各高度与宽度比H/W下于图像获取元件140的光接收面上的光分布；

图4为本发明另一实施例的导光元件的入光面及光源的的剖面示意图；

图5为本发明又一实施例的导光元件的入光面及光源的的剖面示意图；

图6为本发明再一实施例的导光元件的入光面及光源的的剖面示意图；

图7为本发明一实施例的生物识别装置的剖面示意图；

图8为本发明另一实施例的生物识别装置的剖面示意图；

图9为本发明另一实施例的导光元件的入光面及光源的剖面示意图；

图10为本发明又一实施例的生物识别装置的剖面示意图；

图11示出本发明又一实施例的控光元件以及被待识别物反射的光束在导光元件及控光元件中传递进而入射图像获取元件的过程；

图12为本发明再一实施例的生物识别装置的剖面示意图；

图13为本发明一实施例的生物识别装置的剖面示意图。

附图标号说明

10：待识别物；

100、100A、100B、100C、100D、100E：生物识别装置；

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、119a、119b、196a：底面；

120、120A：第二光学微结构；

120C：第三光学微结构；

122、123、124：反射面；

125：连接面；

126、127、199a：曲面；

130：光源；

140：图像获取元件；

142：像素区；

150：电路板；

160：透光元件；

162：表面；

170、190、192：光学胶；

180：准直元件；

184：透光区；

196：控光元件；

199、199’：第一光学微结构；

196-1、199A：微棱镜；

196b、196c：侧面；

A-A’：剖线；

H：高度；

K：间隙；

L：光束；

P：间距；

S1～S6：曲线；

W：宽度；

x、y、z：方向；

X：光轴；

Y：参考轴；

α、α’：发散角；

β：顶角；

γ：棱镜角；

θ：出射角；

θ’：夹角。

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识别装置的剖面示意图。请参照图1，生物识别装置100包括导光元件110、光源130及图像获取元件140。导光元件110具有相对的第一表面112与第二表面114。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的对向。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。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，但本发明不以此为限。

在本实施例中，导光元件110的第二表面114具有多个第二光学微结构120。第二光学微结构120与导光元件110可为一体成型。但本发明不限于此，在其他实施例中，第二光学微结构120与导光元件110也可分别制作，然后，再将第二光学微结构120配置于导光元件110上。值得注意的是，每一第二光学微结构120具有至少一反射面。举例而言，在本实施例中，每一第二光学微结构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，同一第二光学微结构120的第一反射面122与第二反射面124可直接连接，而第二光学微结构120可呈V字型凸起。但本发明不限于此，在其他实施例中，第二光学微结构120也可呈其他适当形状，每一第二光学微结构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)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，底面119可为导光元件110的入光面。光束L可自导光元件110的至少部分的底面119a进入导光元件110中。更进一步地说，生物识别装置100还包括电路板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的至少部分的底面119b可固定在电路板150上。导光元件110的部分底面119a可选择性地为凹陷。光源130可选择性地配置于部分底面119a与电路板150围出的空间中。但本发明不限于此，在另一实施例中，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可配置于电路板150的所述凹陷上方，而光束L也可自位于电路板150的所述凹陷上方的底面119进入导光元件110。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。

图像获取元件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，图像获取元件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，而图像获取元件140可配置在导光元件110的凹槽113中，但本发明不以此为限。图像获取元件140具有阵列排列的多个像素(pixel)区142，以接收被待识别物10作用(例如：漫射)的光束L，进而取得待识别物10的图像。在本实施例中，图像获取元件140可为电荷耦合元件(charge-coupleddevice；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，生物识别装置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的表面162。表面162可供待识别物10按压。在本实施例中，在正常的使用情况下，待识别物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。但本发明不限于此，在不正常的使用情况下，待识别物10也可能是伪造物，例如：假手指。在本实施例中，生物识别装置100还包括光学胶170。透光元件160可通过光学胶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、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与光学胶170的交界及光学胶170与导光元件110的交界的反射，进而提升生物识别装置100的光利用效率和/或取像质量。但本发明不限于此，在其他实施例中，透光元件160、光学胶170及导光元件110的折射率也可相异。

此外，需说明的是，本发明并不限制生物识别装置100一定要包括透光元件160，也不限制供待识别物10按压的表面一定要是透光元件160的表面162。在其他实施例中，生物识别装置100也可不包括透光元件160；更进一步地说，若导光元件110具有足够的机械强度，则导光元件110的第一表面112也可做为供待识别物10按压的表面，待识别物10也可直接按压导光元件110的第一表面112。

值得注意是，光源130发出光束L后，光束L会依序被第二光学微结构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，通过第二光学微结构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后会被待识别物10作用，其中所述作用包括漫射(diffuse reflection)。光束L被待识别物10作用后会通过按压面(例如：表面162)并穿过导光元件110，以入射图像获取元件140。图像获取元件140接收被待识别物10反射的光束L，以取得待识别物10的图像。特别是，利用第二光学微结构120的反射，光束L能准直地入射识别物10，进而使被识别物10反射的光束L准直地传递至图像获取元件140。藉此，生物识别装置100的取像质量提升，进而增加生物识别装置100的识别能力。

在本实施例中，生物识别装置100还包括准直元件180。准直元件180配置于导光元件110的第二表面114与图像获取元件140之间。举例而言，在本实施例中，生物识别装置100还包括光学胶190，而准直元件180可通过光学胶190与图像获取元件140连接。但本发明不以此为限，在其他实施例中，准直元件180利用适当机构(未示出)与图像获取元件140连接，或者准直元件180可直接形成在图像获取元件140上。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分别对应图像获取元件140的多个像素区142。被待识别物10的每一处反射的光束L可通过对应的一个透光区184传递至对应的像素区142，而不易传递至其他像素区142。藉此，生物识别装置100的取像质量能进一步地提升。但本发明不限于此，在其他实施例中，生物识别装置100也可选择性地不包括准直元件180。

图2为本发明一实施例的导光元件的入光面及光源的剖面示意图。图2可对应于图1的剖线A-A’。请参照图1及图2，导光元件110的入光面(例如：底面119)具有多个第一光学微结构199。光束L自入光面(例如：底面119)进入导光元件110时会通过第一光学微结构199，第一光学微结构199能收敛(converge)光束L的发散角(divergence angle)α(绘于图2)。详言之，光源130在未进入导光元件110前具有发散角α，光源130在通过第一光学微结构199后具有发散角α’，其中发散角α’小于发散角α。藉此，光束L在导光元件110的第一表面112的出射光束场型集中，被待识别物10作用的光束L的出射光束场型也会集中。如此一来，被待识别物10作用的光束L穿过准直元件180的机率提升，进而提高待识别物10图像的亮度和/或对比。

请参照图1及图2，在本实施例中，底面119为导光元件110的入光面，而每一第一光学微结构199可沿着内侧壁118向外侧壁116的方向x延伸。换言之，在本实施例中，每一第一光学微结构199可为长柱体，而所述长柱体的长边可平行于方向x。多个第一光学微结构199可沿着与方向x交错的方向z排列。每一第一光学微结构199可沿着方向y朝光源130的所在侧凸起。在本实施例中，多个第一光学微结构199可为多个微棱镜199A，而多个微棱镜199A的多个顶角β指向光源130的所在侧。但本发明不限于此，在其他实施例中，第一光学微结构199也可为其他适当样态，以下将在后续段落中配合其他附图举例说明。

请参照图2，在本实施例中，每一第一光学微结构199在与光源130的光轴X平行的方向y上具有高度H，每一第一光学微结构199在与光源130的光轴X垂直的方向z上具有宽度W。图3示出在各高度与宽度比H/W下于图像获取元件140的光接收面上的光分布，其中图3所示的角度是指光束L与图像获取元件140的光接收面的法线的夹角。请参照图3，曲线S1代表不具有第一光学微结构199的生物识别装置的图像获取元件140的光接收面上的光分布，曲线S2代表在H/W＝0.05下于图像获取元件140的光接收面上的光分布，曲线S3代表在H/W＝0.10下于图像获取元件140的光接收面上的光分布，曲线S4代表在H/W＝0.15下于图像获取元件140的光接收面上的光分布，曲线S5代表在H/W＝0.20下于图像获取元件140的光接收面上的光分布，而曲线S6代表在H/W＝0.25下于图像获取元件140的光接收面上的光分布。由图3可知，通过适当地设计第一光学微结构199的高度H与宽度W的比H/W和/或第一光学微结构199的宽度W与间距P的比W/P，光束L会更向图像获取元件140的光接收面的法线集中，而更进一步提升图像获取元件140的取像质量。举例而言，可将第一光学微结构199的高度H与宽度W的比H/W设计在下列范围：H/W<0.3，但本发明不以此为限。第一光学微结构199的宽度W与间距P的比W/P可大于或等于0.001且小于或等于1，但本发明不以此为限。

在图2的实施例中，相邻的两第一光学微结构199可直接连接，多个第一光学微结构199的间距P可等于每一第一光学微结构199的宽度W。但本发明不限于此，图4为本发明另一实施例的导光元件的入光面及光源的剖面示意图。在图4的实施例中，相邻的两第一光学微结构199也可相隔一段距离，而多个第一光学微结构199的间距P也可大于每一第一光学微结构199的宽度W。换言之，本发明并不限制多个第一光学微结构199一定要直接连接，多个第一光学微结构199之间的间隙(space)K可大于或等于0。

图5为本发明又一实施例的导光元件的入光面及光源的剖面示意图。在图5的实施例中，每一第一光学微结构199B具有向光源130的所在侧凸起的曲面199a。曲面199a可沿着方向y朝光源130的所在侧凸起。每一第一光学微结构199B可沿着方向x延伸。换言之，每一光学微结构199可为长柱体，所述长柱体的剖面可呈弓型或半圆型，但本发明不限于此。类似地，第一光学微结构199B也具有收敛光束L的发散角α的效果，采用第一光学微结构199B的生物识别装置的取像质量也佳。

图6为本发明再一实施例的导光元件的入光面及光源的剖面示意图。在图6的实施例中，多个第一光学微结构199可包括多个微棱镜199A及分别具有多个曲面199a的多个子光学微结构199B。多个微棱镜199A与多个子光学微结构199B可沿着方向z交替排列。相邻的一个微棱镜199A与一个子光学微结构199B可直接连接或相隔一段距离。类似地，多个微棱镜199A与多个子光学微结构199B的组合也具有收敛光束L的发散角α的效果，采用多个微棱镜199A与多个子光学微结构199B的组合的生物识别装置的取像质量也佳。

图7为本发明一实施例的生物识别装置的剖面示意图。请参照图7，生物识别装置100A与前述的生物识别装置100类似，生物识别装置100A的导光元件110的入光面(例如：底面119)也具有能收敛光束L的发散角的多个第一光学微结构199。生物识别装置100A与生物识别装置100的差异在于，生物识别装置100A的第二光学微结构120A的样态与生物识别装置100的第二光学微结构120的样态不同。详言之，在图7的实施例中，每一第二光学微结构120A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，进而被待识别物10作用(例如：漫射)。光束L被待识别物10作用通过按压面(例如：表面162)并穿过导光元件110，以入射图像获取元件140。图像获取元件140接收光束L，以取得待识别物10的图像。生物识别装置100A具有与生物识别装置100类似的功效与优点，在此便不再重述。

图8为本发明另一实施例的生物识别装置的剖面示意图。图9为本发明另一实施例的导光元件的入光面及光源的剖面示意图。图9可对应于图8的剖线A-A’。请参照图8及图9，生物识别装置100B与前述的生物识别装置100类似，两者的差异在于，生物识别装置100B的导光元件110的入光面位置与生物识别装置100的入光面位置不同。详言之，在图8及图9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。换言之，生物识别装置100B的导光元件110的入光面为外侧壁116。类似地，导光元件110的入光面(例如：外侧壁116)也具有能收敛光束L发散角α的第一光学微结构199’。第一光学微结构199’沿着第一表面112向底面119的方向y延伸。多个第一光学微结构199’沿着方向z排列。第一光学微结构199’沿着方向x朝光源130的所在侧凸起。在本实施例中，多个第一光学微结构199’可为多个微棱镜。但本发明不限于此，在其他实施例中，第一光学微结构199’也可为具有曲面199a的子光学微结构199B、子光学微结构199B与微棱镜的组合或其他适当样态的光学微结构。生物识别装置100B具有与生物识别装置100类似的功效与优点，在此便不再重述。

图10为本发明又一实施例的生物识别装置的剖面示意图。请参照图10，生物识别装置100C与生物识别装置100类似，生物识别装置100C的导光元件110的入光面(例如：底面119)也具有能收敛光束L的第一光学微结构199。生物识别装置100C与生物识别装置100的差异在于，生物识别装置100C的导光元件110的第二表面114不具多个第二光学微结构120而具多个第三光学微结构120C，第三光学微结构120C的作用与第二光学微结构120作用不同；此外，生物识别装置100C还包括控光元件196。以下主要说明此差异，两者相同或相对应处便不再重述。

请参照图10，在本实施例中，第三光学微结构120C的材质与导光元件110的材质可相同。换言之，第三光学微结构120C与导光元件110可为一体成型。但本发明不限于此，在其他实施例中，第三光学微结构120C与导光元件110也可分别制作，然后，再将第三光学微结构120C配置于导光元件110的第二表面114。值得注意的是，每一第三光学微结构120C具有反射面123。在本实施例中，反射面123可为相对于导光元件110的第一表面112倾斜的平面，但本发明不以此为限。更进一步地说，每一第三光学微结构120C还具有连接面125。连接面125连接于相邻两个第三光学微结构120C的两个反射面123之间。在本实施例中，连接面125可相对于导光元件110的第一表面112倾斜，且连接面125与反射面123的倾斜方向可相反。但本发明不限于此，在其他实施例中，连接面125也可设计为其他适当样态。

控光元件196配置于导光元件110的第二表面114与图像获取元件140之间。在本实施例中，生物识别装置100C还包括光学胶192，控光元件196可通过光学胶192与导光元件110的第二表面114连接。但本发明不限于此，在其他实施例中，控光元件196也可利用其他方式固定于导光元件110与图像获取元件140之间。举例而言，在另一实施例中，控光元件196也可利用固定元件(未示出)固定在导光元件110的内侧壁118上，而不一定要直接贴在导光元件110的第二表面114上。

值得注意是，光源130发出光束L后，光束L被第三光学微结构120C的反射面123反射，以斜向地传递至导光元件110的第一表面112，光束L通过导光元件110的第一表面112后被待识别物10作用而传递至控光元件196。特别是，控光元件196能折射与反射光束L，以使光束L准直地向图像获取元件140传递。以下利用图11举例说明控光元件196折射及反射光束L以使光束L准直地向图像获取元件140传递的机制。

图11示出本发明又一实施例的控光元件196以及被待识别物10反射的光束L在导光元件110及控光元件196中传递进而入射图像获取元件140的过程。请参照图10及图11，控光元件196包括多个微棱镜196-1。每一微棱镜196-1具有底面196a及多个侧面196b、196c。多个侧面196b、196c相对在导光元件110的第一表面112倾斜。多个侧面196b、196c的倾斜方向相反。底面196a连接于多个侧面196b、196c之间。光源130发出的光束L被第三光学微结构120C的反射面123反射后会斜向地传递且通过导光元件110的第一表面122至待识别物10。光束L被待识别物10作用，其中所述作用包括漫射(diffuse reflection)。被待识别物10作用的光束L通过按压面(例如：表面162)及导光元件110后会斜向地入射微棱镜196-1的侧面196b，光束L被微棱镜196-1的侧面196b折射而传递至微棱镜196-1的另一侧面196c，微棱镜196-1的侧面196c反射光束L，以使光束L由底面196a出射而向图像获取元件140传递。值得一提的是，利用第三光学微结构120C的反射作用，光源130发出的光束L可斜向地传递至导光元件110的第一表面112，进而斜向地入射按压面(例如：表面162)，以分布在较大的范围。由于光束L斜向地入射按压面，因此被待识别物10作用(例如：漫射)的大部分光束L在进入控光元件196前会斜向地朝图像获取元件140传递。但通过控光元件196的折射与反射作用，光束L的传递方向会改变，而光束L在穿过控光元件196后可准直地向图像获取元件140传递。藉此，生物识别装置100C可在具有充分的工作面积(即光束L分布在按压面上的范围)下，兼具良好的取像质量，进而增加生物识别装置100C的识别能力。

请参照图11，在本实施例中，控光元件196的每一微棱镜196-1具有棱镜角γ。棱镜角γ为侧面196b与侧面196c的夹角。微棱镜196-1具有折射率n。在本实施例中，图像获取元件140具有光接收面140a，参考轴Y垂直于图像获取元件140的光接收面140a，光束L在通过导光元件110后且未进入控光元件150前与参考轴Y的夹角为θ’，光束L自底面196a出射的出射角为θ(例如：自底面196a出射的光束L与参考轴Y的夹角)。出射角θ与夹角θ’满足下列关系式：

利用上述关系式，能适当地设计棱镜角γ的大小，进而使自控光元件196出射的光束L的出射角θ可被控制在一定的范围内(例如：-15°≤θ≤+15°，其中若由底面196a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；若由底面196a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)。藉此，光束L可准直地向图像获取元件140传递，进而使图像获取元件140取得良好的待识别物10图像，提高生物识别装置100C的识别能力。

图12为本发明再一实施例的生物识别装置的剖面示意图。图12的生物识别装置100D与图10的生物识别装置100C类似，两者的差异在于，生物识别装置100D的导光元件110的入光面位置与生物识别装置100C的入光面位置不同。详言之，在图12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。换言之，生物识别装置100D的导光元件110的入光面为外侧壁116。生物识别装置100D的导光元件110的入光面(例如：外侧壁116)也具有与能收敛光束L发散角的第一光学微结构199。生物识别装置100D具有与生物识别装置100C类似的功效与优点，在此便不再重述。

图13为本发明一实施例的生物识别装置的剖面示意图。图13的生物识别装置100E与图10的生物识别装置100C类似，两者的差异在于，生物识别装置100E的第三光学微结构120C与生物识别装置100的第三光学微结构120C不同。详言之，在图13的实施例中，每一第三光学微结构120C的至少一反射面可为曲面127。光束L被曲面127反射，以斜向地传递且通过导光元件110的第一表面112至待识别物10。被待识别物10作用的光束L通过按压面(例如：表面162)及导光元件110后会斜向地入射控光元件196。控光元件196折射与反射所述光束，以使光束L准直地向图像获取元件140传递。生物识别装置100E具有与生物识别装置100C类似的功效与优点，在此便不再重述。

综上所述，本发明一实施例的生物识别装置包括导光元件、光源及图像获取元件。特别是，导光元件的入光面具有多个第一光学微结构，第一光学微结构能收敛光束的发散角。藉此，光束在导光元件的第一表面的出射光束场型集中，被待识别物作用(例如：漫射)的光束的出射光束场型也会集中。如此一来，被待识别物作用的光束穿过准直元件的机率提升，进而提高待识别物的图像亮度和/或对比。

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 (17)

1.一种生物辨识装置，其特征在于，包括：

导光元件，包括：

第一表面；

第二表面，设置于所述第一表面的对向；

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，其中所述底面或所述外侧壁为所述导光元件的入光面，而所述入光面具有多个第一光学微结构；

光源，用以发出光束；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，其中所述光束自所述入光面进入所述导光元件，所述多个第一光学微结构收敛所述光束的发散角，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作用，而所述影像撷取元件接收被所述待辨识物作用的所述光束，以取得所述待辨识物的影像，

其中，每一第一光学微结构在与所述光源的光轴平行的方向上具有高度H，所述每一第一光学微结构在与所述光源的所述光轴垂直的方向上具有宽度W，所述高度H与所述宽度W的比H/W小于0.3。

2.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述底面为所述导光元件的所述入光面，而每一第一光学微结构沿着所述内侧壁向所述外侧壁的方向延伸。

3.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述外侧壁为所述导光元件的所述入光面，而每一第一光学微结构沿着所述第一表面向所述底面的方向延伸。

4.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述多个第一光学微结构朝所述光源的所在侧凸起。

5.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述多个第一光学微结构包括多个微棱镜，而所述多个微棱镜的多个顶角指向所述光源的所在侧。

6.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，每一第一光学微结构具有向所述光源的所在侧凸起的曲面。

7.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述多个第一光学微结构包括多个微棱镜及分别具有多个曲面的多个子光学微结构，其中所述多个曲面向所述光源的所在侧凸起。

8.根据权利要求7所述的生物辨识装置，其特征在于，所述多个微棱镜与所述多个子光学微结构交替排列。

9.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述导光元件的所述第二表面具有多个第二光学微结构，每一第二光学微结构具有至少一反射面，所述光束被所述每一第二光学微结构的所述至少一反射面反射，以准直地向所述导光元件的所述第一表面传递。

10.根据权利要求9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，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第二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。

11.根据权利要求9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。

12.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述导光元件的所述第二表面具有多个第三光学微结构，每一第三光学微结构具有反射面，所述生物辨识装置还包括：

控光元件，位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，其中所述光束被所述每一第三光学微结构的所述反射面反射，以斜向地传递且通过所述导光元件的所述第一表面至待辨识物，被待辨识物作用的所述光束传递至所述控光元件，所述控光元件折射与反射所述光束，以使所述光束准直地向所述影像撷取元件传递。

13.根据权利要求12所述的生物辨识装置，其特征在于，所述反射面相对于所述导光元件的所述第一表面倾斜。

14.根据权利要求12所述的生物辨识装置，其特征在于，所述反射面为曲面。

15.根据权利要求12所述的生物辨识装置，其特征在于，所述控光元件包括：

多个微棱镜，每一微棱镜具有底面及多个侧面，所述多个侧面相对于所述导光元件的所述第一表面倾斜，所述多个侧面的倾斜方向相反，所述底面连接于所述多个侧面之间，其中被所述待辨识物作用的所述光束依序被所述多个侧面的一个折射、被所述多个侧面的另一个反射而由所述底面出射。

16.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，位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。

17.根据权利要求1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。

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