CN108921075A - 导光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种导光元件，包括：一第一表面、复数个半穿透半反射薄膜以及一第二表面。该第一表面对应一待测物体。复数个半穿透半反射薄膜设置于该导光元件内部，该等半穿透半反射薄膜彼此互相平行，且该等半穿透半反射薄膜与该第一表面的一延伸方向之间具有一夹角。该第二表面包括一光线导引区，该光线导引区的位置对应一光学感测器。
Description
技术领域
本发明之技术涉及指纹辨识领域，特别是指一种适用于光学指纹辨识模组的导光元件。
背景技术
指纹(fingerprint)是灵长类动物指腹末端皮肤的纹路，一般也指这些纹路在物体上所留下的印痕。古今中外所有人的指纹都是独一无二的，指纹纹路的形状与人体基因有关，但却无法藉由解析人体基因来重建指纹的纹路形状。
藉由指纹具有差异性以及稳定性的特性，早在中国古代便用于身份确认，当时的人们主要用指纹来画押，直到西方近代，1980以后警察逐渐将指纹作为辨识罪犯的方法之一。随着科技的进步，利用各式各样电子装置来实现实时的身分认证需求已成为目前重要的课题，例如：网络认证、门禁认证、智能型手机保全认证等等。
目前技术上主要可以分为电容式以及光学式之两种方式来辨别指纹上的纹路。其中，电容式即利用半导体芯片式感测器(Semiconductor Sensor)来感测指纹，其原理系将高密度的电极数组整合于一芯片中，当用户进行指纹辨识时，系将手指按压在该芯片表面，利用辨识指纹脊部、谷部与芯片上相对电极数组之间的电容差异，以完成指纹纹路影像的撷取。电容式指纹辨识技术的优点为小型化以及薄型化，可被大量应用在手持式电子装置上，然而其却有成本高以及灵敏度不佳的问题。
而光学式的设计早于电容式，1970年代的光学式的指纹辨识架构系利用三棱镜、光源以及感光元件来记录指纹，当进行指纹辨识时，系将手指按压于三棱镜上，并藉由光源反射让手指指纹的脊部显示出来，最后，再透过感光元件来截取影像。由于光学式的指纹采集方式并非接触芯片本身，其主要利用玻璃或是压克力等光学元件所构成，因此，相较于电容式其结构简单且硬件价格低廉。
发明内容
本发明之主要目的系改善习知指纹辨识模组成本高、灵敏度不佳以及组装难度较高之缺点。为了达到上述目的，本发明系采取以下之技术手段予以达成，其中，本发明提供一种导光元件，应用于一光学感测器，该导光元件为一透明立体结构，其包括：一第一表面、复数个半穿透半反射薄膜以及一第二表面。该第一表面对应一待测物体。复数个半穿透半反射薄膜，设置于该导光元件内部，该等半穿透半反射薄膜彼此互相平行，且该等半穿透半反射薄膜与该第一表面的一延伸方向之间具有一夹角。该第二表面包括一光线导引区，该光线导引区的位置对应该光学感测器。其中，当该光学感测器投射一入射光经由该光线导引区进入该导光元件，该入射光经由该等半穿透半反射薄膜发散至整个该第一表面，沿着该第一表面的一法线方向射出至该待测物体产生一反射光，该反射光再透过该等半穿透半反射薄膜导引至该光线导引区，并沿着该第二表面的一法线方向射出进入该光学感测器。
在本发明一实施例中，该夹角的角度介于41度至49度之间。
在本发明一实施例中，该导光元件的材质包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。
在本发明一实施例中，该第二表面更包括一光吸收层，涂布于该光线导引区外围。
在本发明一实施例中，该导光元件更包括一反射薄膜，设置于该等半穿透半反射薄膜的尾端，并与该等半穿透半反射薄膜互相平行。
在本发明一实施例中，该导光元件的侧面上包括一光吸收层。
在本发明一实施例中，该半穿透半反射薄膜为一金属涂层，该金属涂层包括银、铝或镍铬合金，且该金属涂层的厚度介于20至90埃之间。
在本发明一实施例中，该半穿透半反射薄膜为一多层介质膜。
在本发明一实施例中，该多层介质膜包括硫化锌薄膜以及氟化镁薄膜。
附图说明
图1为本发明导光元件一实施例之立体示意图。
图2为本发明导光元件一实施例之剖面示意图。
图3为本发明导光元件一实施例之入射讯号示意图。
图4为本发明导光元件一实施例之反射讯号示意图。
图5为本发明导光元件第二实施例之结构示意图。
附图标记：
导光元件 1,1a 个体 10a
第一表面 11,11a 第二表面 12,12a
光线导引区 121,121a 光吸收层 122,122a
半穿透半反射薄膜 13,13a 反射薄膜 14,14a
光吸收层 15,15a 光学感测器 2
感应器 21 光源 22
待测物体 3 入射光 41
反射光 42 显示元件 5
延伸方向 91 法线方向 92
夹角 θ 距离 H
具体实施方式
为达成上述目的及功效，本发明所采用之技术手段及构造，兹绘图就本发明一实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解，但须注意的是，所述内容不构成本发明的限定。
请参阅图1及图2所示，其为本发明导光元件一实施例之立体示意图以及剖面示意图。本发明之导光元件1可适用于智能型装置的光学指纹辨识模组，与一光学感测器2搭配使用。该光学感测器2用以发出入射讯号以及侦测该入射讯号所回传反射讯号，其可包括一感应器21以及一光源22。该导光元件1为一透明立体结构，其包括：一第一表面11、复数个半穿透半反射薄膜13以及一第二表面12。
该第一表面11对应一待测物体，该待测物体为需要辨识之物体，例如人体的手指指纹。其中，该第一表面11与该待测物体之间可更包括该智能型装置的显示元件5、显示面板或保护盖板等不影响指纹辨识功能之元件。
该半穿透半反射薄膜13设置于该导光元件1内部，其同时具有光线穿透及反射的特性。该半穿透半反射薄膜13彼此互相平行，且该等半穿透半反射薄膜与该第一表面11的一延伸方向91之间具有一夹角θ。该夹角θ的角度介于41度至49度之间，于本发明一实施例中，该夹角θ的角度为45度。其中，导光元件1更包括一反射薄膜14，设置于该等半穿透半反射薄膜13的尾端，并与该等半穿透半反射薄膜13互相平行。
在本发明一实施例中，该半穿透半反射薄膜13为一金属涂层，该金属涂层包括银、铝或镍铬合金，且该金属涂层的厚度介于20至90埃(Angstrom)之间。
在本发明另一实施例中，该半穿透半反射薄膜13为一多层介质膜。于一实施例中，该多层介质膜包括硫化锌薄膜以及氟化镁薄膜，多层介质膜的层数可以视效果需求而决定。于本发明一实施例中，该多层介质膜为硫化锌、氟化镁、硫化锌的三层膜结构。于本发明另一实施例中，该多层介质膜为硫化锌、氟化镁、硫化锌、氟化镁的四层膜结构。于本发明又一实施例中，该多层介质膜为氟化镁、硫化锌、氟化镁、硫化锌、氟化镁的五层膜结构。
该第二表面12包括一光线导引区121，该光线导引区121的位置对应该光学感测器2，且该光学感测器2与该第二表面12相距一距离H。
请同时参阅图3所示，其为本发明导光元件一实施例之入射讯号示意图。透过上述结构，该光源22可投射一入射光41经由该光线导引区121进入该导光元件1，由于该半穿透半反射薄膜13的关系，一部份的该入射光41会穿透该半穿透半反射薄膜13达到第一表面11，而另一部份的入射光41会沿着该延伸方向91反射至另一半穿透半反射薄膜上，重复半穿透半反射的进程，持续到该反射薄膜14才全反射至该第一表面11，使该入射光41发散至整个该第一表面11，并沿着该第一表面11的一法线方向92射出至位于该导光元件1上方的待测物体3。请同时参阅图4所示，其为本发明导光元件一实施例之反射讯号示意图。此时，该待测物体3会基于该入射光41产生一反射光42，该反射光42再经由上述的方式并基于入射角等于反射角之原理，透过该等半穿透半反射薄膜13导引至该光线导引区121，并沿着该第二表面12的法线方向92射出进入该感应器21，而被该感应器21感测。
在本发明一实施例中，该第二表面12更包括一光吸收层122，涂布于该光线导引区121外围。以及，该导光元件1的侧面上包括另一光吸收层15。本发明在该导光元件1的第二表面12以及侧面上设置有光吸收层，可以吸收在反射光42从待测物体3反射至感应器21的路程中散射之光线，避免散射之光线影响光讯号的准确度。
在本发明一实施例中，该光源22为一红外线光源(Infrared,IR)。红外线具有较佳的近距离讯号传递用途，适合做为指纹辨识的感测讯号。
在本发明一实施例中，该导光元件1的材质包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯等光透明材质。
请参阅图5所示，其为本发明导光元件第二实施例之导光元件示意图。本发明第二实施例揭示一种导光元件1a，其结构包括复数个透明三角柱，该等透明三角柱的斜面上可先进行半穿透半反射涂布制作半穿透半反射薄膜13a，之后将任意两个该透明三角柱的斜面互相组合成单一个体10a，最后再将各个个体10a利用黏合胶材相黏合成一柱状结构，且位于两端的单一个体10a可分别设置有反射薄膜14a以及光吸收层15a。其中，该黏合胶材的折射率与三角柱折射率接近。透过上述方式，由光学感测器发出的光亦可由第二表面12a的光线导引区121a进入导光元件1a，经过半穿透反射发散后达到待测物体，而待测物体所产生的反射光亦会经由该等半穿透半反射薄膜13a导引至该光线导引区121a射出至光学感测器。
在本发明第二实施例中，该第二表面12a亦可包括一光吸收层122a，涂布于该光线导引区121a外围，用以吸收在反射光42在反射路程中散射之光线。
透过上述之详细说明，即可充分显示本发明之目的及功效上均具有实施之进步性，极具产业之利用性价值，且为目前市面上前所未见之新发明，完全符合发明专利要件，爰依法提出申请。唯以上所述仅为本发明一的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种导光元件，其特征在于，包括：
一第一表面，对应一待测物体；
复数个半穿透半反射薄膜，设置于该导光元件内部，该等半穿透半反射薄膜彼此互相平行，且该等半穿透半反射薄膜与该第一表面的一延伸方向之间具有一夹角；以及
一第二表面，包括一光线导引区，该光线导引区的位置对应一光学感测器，该光学感测器用以发出入射讯号以及侦测该入射讯号所回传的反射讯号。
2.如权利要求1所述的导光元件，其中该夹角的角度介于41度至49度之间。
3.如权利要求1所述的导光元件，其中该导光元件的材质包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。
4.如权利要求1所述的导光元件，其中该第二表面更包括一光吸收层，涂布于该光线导引区外围。
5.如权利要求1所述的导光元件，其中该导光元件更包括一反射薄膜，设置于该等半穿透半反射薄膜的尾端，并与该等半穿透半反射薄膜互相平行。
6.如权利要求1所述的导光元件，其中该导光元件的侧面上包括一光吸收层。
7.如权利要求1所述的导光元件，其中该半穿透半反射薄膜为一金属涂层，该金属涂层包括银、铝或镍铬合金，且该金属涂层的厚度介于20至90埃之间。
8.如权利要求1所述的导光元件，其中该半穿透半反射薄膜为一多层介质膜。
9.如权利要求8所述的导光元件，其中该多层介质膜包括硫化锌薄膜以及氟化镁薄膜。
10.如权利要求1至9任一项所述的导光元件，其中，该光学感测器与该导光元件的第二表面相距一距离，当该光学感测器投射一入射光经由该光线导引区进入该导光元件，该入射光经由该等半穿透半反射薄膜发散至整个该第一表面，沿着该第一表面的一法线方向射出至该待测物体产生一反射光，该反射光再透过该等半穿透半反射薄膜导引至该光线导引区，并沿着该第二表面的一法线方向射出进入该光学感测器。
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