CN109271834A - 检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种检测装置，用以感测生物高聚物。检测装置至少包括感测元件、透光元件以及表面电浆共振层。透光元件配置于感测元件上。表面电浆共振层设置于透光元件上，且用以接收生物高聚物。透光元件配置于表面电浆共振层与感测元件之间。

Description

检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测装置，且特别是有关于用以感测生物高聚物的一种检测装置。
背景技术
以往的身份辨识技术例如是利用将生物特征(例如：手指)按压墨水后转印到纸张上形成指纹图形，接着再利用光学扫描输入计算机作建档或比对。上述的身份辨识具有无法实时处理的缺点，也无法符合现今社会中对于实时身份认证的需求。因此，电子式的生物特征辨识装置成为了目前科技发展的主流之一。然而，一般而言，生物特征辨识装置仅具备生物特征辨识的功能。因此，如何增加生物特征辨识装置的其它功能，以提升生物特征辨识装置的附加价值也是目前开发的方向之一。
发明内容
本发明提供一种检测装置，能感测生物高聚物。
本发明一实施例的检测装置包括感测元件、空间滤波元件、透光元件以及表面电浆共振层。感测元件具有感测面，且包括多个空间滤波片。每一空间滤波片包括透光层以及设置于透光层上的空间滤波层。空间滤波层具有多个透光部及多个遮光部，每一透光部被多个遮光部所包围。多个空间滤波片的多个透光层与多个空间滤波片的多个空间滤波层在感测面的法线方向上交替堆栈。透光元件配置于空间滤波元件上。空间滤波元件配置于透光元件与感测元件之间。表面电浆共振层设置于透光元件上，且用以接收生物高聚物。透光元件配置于表面电浆共振层与空间滤波元件之间。
本发明一实施例的检测装置包括导光元件、第一反射元件、感测元件、发光元件以及表面电浆共振层。导光元件包括顶面以及相对于顶面的底面。第一反射元件设置于导光元件的底面上。感测元件配置于导光元件的底面旁。发光元件用以发出一感测光束。光束被第一反射元件反射而传递至感测元件。表面电浆共振层设置于导光元件上，且用以接收生物高聚物。导光元件位于表面电浆共振层与感测元件之间。
本发明提出另一种检测装置，包括导光元件、感测元件、表面电浆共振层及空间滤波元件。导光元件具有顶面与相对于顶面的底面。感测元件配置于导光元件的底面旁。表面电浆共振层配置于导光元件的顶面上，且用以接收生物高聚物。空间滤波元件配置于导光元件的底面与感测元件之间，其中空间滤波元件具有多个第一光通道及多个第二光通道，多个第一光通道在第一斜向方向上延伸，多个第二光通道在第二斜向方向上延伸，第一斜向方向与第二斜向方向交错，导光元件的顶面的法线方向与第二斜向方向具有夹角β，且夹角β对应表面电浆共振层的共振角γ。
在本发明的一实施例中，上述的多个第一光通道与多个第二光通道交替排列。
在本发明的一实施例中，上述导光元件的顶面的法线方向与第一斜向方向具有一夹角α。
在本发明的一实施例中，上述的夹角α及β满足：α＜β。
在本发明的一实施例中，上述的检测装置还包括第一反射元件，设置于导光元件的底面上，其中光束被表面电浆共振层及第一反射元件反射后传递至感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的第一反射元件包括多个第一反射部，间隔排列于导光元件的底面上。
在本发明的一实施例中，上述的检测装置还包括第二反射元件，设置于导光元件的顶面上，且与表面电浆共振层间隔排列，其中光束被表面电浆共振层、第一反射元件及第二反射元件反射后传递至感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的光束被表面电浆共振层反射后，传递至第一反射元件。
在本发明的一实施例中，上述的空间滤波元件还具有多个第三光通道及多个第四光通道，多个第三光通道在第三斜向方向上延伸，多个第四光通道在第四斜向方向上延伸，第三斜向方向与第四斜向方向交错，导光元件的顶面的法线方向与第三斜向方向具有夹角β2，导光元件的顶面的法线方向与第四斜向方向具有夹角β3，夹角β2及夹角β3满足：α＜β2,β3＜β。
在本发明的一实施例中，上述的第一光通道、第二光通道、第三光通道及第四光通道依序排列于所述感测元件上。
在本发明的一实施例中，上述的夹角β2及所述夹角β3满足：α＜β2＜β3＜β。
基于上述，本发明一实施例的检测装置包括导光元件、感测元件、表面电浆共振层以及空间滤波元件。空间滤波元件设置多个第一光通道以及与第二光通道，其中第一光通道沿着第一斜向方向延伸、第二光通道沿着第二斜向方向延伸，且第一斜向方向与第二斜向方向交错，第二斜向方向与导光元件的顶面的法线方向具有夹角β，夹角β对应表面电浆共振层的共振角γ。多个第一光通道用以让被生物特征反射的感测光束通过，进而使感测元件取得生物特征的影像。多个第二光通道用以让被表面电浆共振层反射的感测光束通过，进而判断表面电浆共振层上是否有欲检测种类之生物高聚物。本发明一实施例的检测装置兼具生物特征辨识及感测生物高聚物的多重功能，附加价值高。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的检测装置的示意图以及局部放大示意图。
图2为本发明一实施例的检测装置的俯视示意图。
图3为图1的检测装置的局部R的放大示意图。
图4示出被表面电浆共振层SPR反射的感测光束L4的各种反射角θ及其反射率的关系。
图5是本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图6是图1中的空间滤波元件的俯视示意图。
图7是本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图8是图7的实施例的检测装置在无制程公差的情况下的上视示意图。
图9是图7的实施例的检测装置在有制程公差的情况下的上视示意图。
图10是本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图11为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图12为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图13为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图14示出模拟的图11的检测装置100D的多个感测单元120a上的光分布。
图15示出模拟的图12的检测装置100E的多个感测单元120a上的光分布。
图16示出模拟的图13的检测装置100F的多个感测单元120a上的光分布。
图17为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图18为图17的检测装置的反射元件与空间滤波元件的上视示意图。
图19为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图20为图19的检测装置的反射元件与空间滤波元件的上视示意图。
图21为本发明一实施例的检测装置的反射元件与空间滤波元件的上视示意图。
图22为本发明另一实施例的检测装置之剖面示意图。
图23是本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。
图24示出入射至表面电浆共振层130的光束L的入射角θ(亦可视为反射角)及其反射率的关系。
图25是本发明另一实施例的检测装置的剖面示意图。
图26是本发明又一实施例的检测装置的剖面示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、前、后、左、右等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列任一实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。
图1为本发明一实施例的检测装置的示意图以及局部放大示意图。请参照图1至图3，检测装置100适于感测待测者50的手指的指纹60，且检测装置100包括感测元件110、透光元件130以及配置于透光元件130与感测元件110之间的空间滤波元件120。感测元件110具有感测面111，且空间滤波元件120设置于感测面111上。换句话说，在本实施例的检测装置100中，一感测光束适于自透光元件130往感测元件110传递，且上述感测光束需经过空间滤波元件120方能传递至感测元件110。
本实施例的空间滤波元件120包括多个遮光部122以及多个透光部124，且每个透光部124由部分这些遮光部122包围，亦即每个透光部124的四周都有多个遮光部122相邻。本实施例的透光元件130配置于空间滤波元件120上，且透光元件130适于接触待测者50的手指，进而让待测者50的指纹60可以按压于透光元件130上。
本实施例的透光元件130适于自待测者50的手指传递感测光束L1、L2及L3至空间滤波元件120，且空间滤波元件120的这些遮光部122适于遮蔽部分感测光束(此处以感测光束L2为例)，另一部分感测光束(此处以感测光束L1及L3为例)适于经由这些透光部124传递至感测面111。
在本实施例的检测装置100中，由于空间滤波元件120的每个透光部124都有被遮光部122包围，因此包围透光部124的遮光部122可以控制其所包围的透光部124下的部分感测面111所接收的感测光束，并避免来自指纹60的其它地方的散射光束传递至上述的透光部124下的部分感测面111。换句话说，若感测光束以过大的入射角进入本实施例的空间滤波元件120，则空间滤波元件120的遮光部122会遮挡上述入射角过大的感测光束，进而使感测元件110可以更精确得接收来自指纹60的不同位置的影像，并提升检测装置100的感测精度。进一步来说，待测者50的指纹60具有多个波峰62，本实施例的检测装置100可以让每个透光部124下的感测面111接收到来自两个以下的指纹60的波峰62的感测光束L1、L3，进而让感测元件110可以感测到一个可以轻易辨析的指纹影像或指纹信息。
具体来说，请参照图1中的局部放大示意图，本实施例的感测元件110包括多个感测单元112，这些感测单元112排列于感测面111，每个透光部124对应于这些感测单元112的其中之一。换句话说，本实施例的透光部124覆盖于这些感测单元112上，进而让感测单元112可以经透光部124接收感测光束。另一方面，遮光部122可以避免感测单元112接收到来自较远区域的指纹60的感测光束，进而确保感测单元112可以接受到来自其正上方的邻近区域的指纹的感测光束，进而使检测装置100可以精确的感测待测者50的指纹60的影像讯号。
请参照图1，详细来说，本实施例的检测装置100更包括发光元件140，发光元件140适于往待测者50的手指的表面(亦即指纹60)发出感测光束。本实施例的发光元件140例如适于往待测者50的指纹60发出波长位于可见光波段或不可见光波段的感测光束，而感测元件110适于接收波长与感测光束的波长相同或相近的光束。
进一步来说，本实施例的空间滤波元件120的遮光部122适于吸收感测光束，亦即遮光部122适于吸收波长与感测光束波长相同或相近的光束，进而让检测装置100可以提供准确的指纹感测。此外，本申请中所提及的空间滤波元件120可以是由准直元件、微结构、光纤、光栅等所构成，在此不加以局限。
具体来说，上述实施例中的感测元件110例如是感光耦合元件(Charged-CoupledDevice,CCD)或互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)等图像传感器，而感光单元112例如是上述图像传感器的感测画素，但本发明不限于此。
其它实施例中，这些感光单元112更可以紧密排列于空间滤波元件120所覆盖的感测面111，亦即本发明的实施例的空间滤波元件120可以与各种图像传感器搭配，并提供良好的指纹感测效果。
图2为本发明一实施例的检测装置的俯视示意图，其中为了清楚说明本实施例的各元件位置及相对关系，省略绘示了检测装置的透光元件。请参照图2，在本发明的一实施例中，空间滤波元件120的这些遮光部122及这些透光部124沿着第一方向n1、及第二方向n2在感测面111上交替排列，第一方向n1垂直于第二方向n2，且第一方向n1与第二方向n2均垂直于感测面111的法线方向N。换句话说，本实施例的每个透光部124在第一方向n1上均位于两个遮光部122之间，且每个透光部124在第二方向n2上均位于两个遮光部122之间，因此这些遮光部122和这些透光部124以棋盘式的排列方式排列。由于本实施例的空间滤波元件120的每个透光部124都被四个遮光部122包围，因此可以让感测光束更准确地自指纹60传递至感测面111，进而提供良好的指纹感测效果。
请参照图2，本实施例的发光元件140例如配置于空间滤波元件120、透光元件130和感光元件110的两侧，但本发明不限于此。在其它实施例中，发光元件140更可以配置于空间滤波元件120、透光元件130和感光元件110的角落、四周、或上述的组合。
另一方面，本实施例的透光元件130的材质的折射率与空间滤波元件120的这些透光部124的材质的折射率相同，因此这些透光部124可以在空间滤波元件120和感测元件110之间提供良好地光学传递效果。
请参照图2，本实施例的这些透光部124在第一方向n1上的宽度W1小于等于感测单元112在第一方向n1上的宽度，且这些透光部124在第二方向n2上的宽度W2小于等于感测单元112在第二方向n2上的宽度。请再一并参照图1，因此，本实施例的检测装置100的空间滤波元件120可以良好地与待测者50的指纹60宽度匹配。进一步来说，本实施例的相邻两遮光部122之间的节距实质上相同于感测元件110的感测单元112欲解析的距离Res(亦即所欲感测的指纹中相邻两波峰之间的宽度)，且本实施例的检测装置100符合，其中h1为透光元件130在平行于感测面111的法线方向N上的高度，h2为空间滤波元件120在平行于感测面111的法线方向N上的高度，W为每个透光部124在垂直于感测面111的法线方向N上的最小宽度。因此，本实施例的空间滤波元件120的遮光部122可以提供良好地遮光效果，避免大角度的散射光形成噪声，进而提升检测装置100的感测精度。
另一方面，本实施例的空间滤波元件120符合：其中h1和h2各自为透光元件130以及空间滤波元件120在平行于感测面111的法线方向N上的高度。因此，本实施例的检测装置100的空间滤波元件120中的透光部124的大小可以良好地与所欲侦测的指纹60宽度匹配，进而提供良好的指纹检测效果。
请参照图1，在本实施例中，透光元件130更包括连接面131以及表面133。表面133适于接触待测者50的手指，连接面131连接空间滤波元件120，空间滤波元件120与感测元件110的感测面111连接，且表面133、连接面131及感测面111互相平行。因此，空间滤波元件120的这些遮光部122和透光部124沿着垂直于感测面111的法线方向N交替排列于感测面111及连接面131之间，因此可以让感测面111上所感测到的感测光束准确对应到表面133上的指纹60。
图3为图1的检测装置的局部R的放大示意图。请参照图1及图3，本实施例的空间滤波元件120包括多个空间滤波片120a。每一空间滤波片包括透光层126及设置于透光层126上的空间滤波层128，空间滤波层128具有多个透光部128a及多个遮光部128b，每一透光部128a被多个遮光部128b所包围。空间滤波层128可视为具有特定图案的遮光层，遮光部128b即所述遮光层的遮光材料部，透光部128a即所述遮光层的透光开口。多个空间滤波片120a的多个透光层126与多个空间滤波片120a的多个空间滤波层128在感测面111的法线方向N上交替堆栈。多个空间滤波片120a的多个空间滤波层128的多个遮光部128b定义空间滤波元件120的遮光部122。多个空间滤波片120a的多个空间滤波层128的多个透光部128a定义空间滤波元件120的透光部128a。
请参照图1及图3，值得注意的是，本实施例的检测装置100更包括表面电浆共振(Surface Plasmon Resonance)层SPR。表面电浆共振层SPR设置于透光元件130的表面133上。透光元件130配置于表面电浆共振层SPR与空间滤波元件120之间。在本实施例中，表面电浆共振层SPR的材质例如包括金属，表面电浆共振层SPR的厚度例如约50纳米(nm)，但本发明不以此为限。
表面电浆共振层SPR用以接收生物高聚物(Biopolymers)80，例如：汗水、血液、尿液、细菌、病毒等，但本发明不以此为限。至少一发光元件140用以向表面电浆共振层SPR发出感测光束L4。被表面电浆共振层SPR反射的感测光束L4具有各种反射角θr；生物高聚物80形成于表面电浆共振层SPR上时，具有各种反射角θr中特定角度(即共振角)的部分感测光束L4的反射率会骤降；感测元件110接收被表面电浆共振层SPR反射的具有各种反射角θr的感测光束L4；分析感测元件110接收到的感测光束L4的光分布便可推知所述特定角度(即共振角)为何。藉由所述特定角度，便能辨识出设置于表面电浆共振层SPR上的生物高聚物80是否为特定的一种生物高聚物80。以下配合图4举例说明之。
图4示出被表面电浆共振层SPR反射之感测光束L4的各种反射角θr及其反射率的关系。请参照图3及图4，举例而言，第一种生物高聚物80形成于表面电浆共振层SPR上时，被表面电浆共振层SPR反射的具有各种反射角θr的感测光束L4于特定角度θr1的反射率会骤降，分析感测元件110所接收的被表面电浆共振层SPR反射的具有各种反射角θr的感测光束L4便可推知特定角度θr1为何，藉由特定角度θr1，便能辨识设置于表面电浆共振层SPR上的生物高聚物80为第一种生物高聚物80；第二种生物高聚物80形成于表面电浆共振层SPR上时，被表面电浆共振层SPR反射之具有各种反射角θr的感测光束L4于特定角度θr2的反射率会骤降，分析感测元件110所接收之被表面电浆共振层SPR反射之具有各种反射角θr的感测光束L4便可推知特定角度θr2为何，藉由特定角度θr2，便能辨识设置于表面电浆共振层SPR上的生物高聚物80为第二种生物高聚物80；第三种生物高聚物80形成于表面电浆共振层SPR上时，被表面电浆共振层SPR反射之具有各种反射角θr的感测光束L4于特定角度θr3的反射率会骤降，分析感测元件110所接收之被表面电浆共振层SPR反射之具有各种反射角θr的感测光束L4便可推知特定角度θr3为何，藉由特定角度θr3，便能辨识设置于表面电浆共振层SPR上的生物高聚物80为第三种生物高聚物80。
图5是本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。图6是图1中的空间滤波元件的俯视示意图。请参照图5及图6，本发明一实施例的检测装置100A具有撷取待测者50的生物特征的功能。举例而言，生物特征可为指纹或静脉，但不以此为限。
检测装置100A包括透光元件130、发光元件140、感测元件110以及空间滤波元件120A。感测元件110配置在发光元件140旁。发光元件140与感测元件110位于透光元件130的同一侧。空间滤波元件120A配置在透光元件130与感测元件110之间，且空间滤波元件120A可藉由黏着层(未绘示)或固定机构(未绘示)而固定在透光元件130与感测元件110之间。
透光元件130适于保护位于其下的元件，其可以是玻璃基板或塑胶基板。玻璃基板可以是经化学强化或物理强化的玻璃基板，也可以是未经强化的玻璃基板。塑胶基板可以是聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)或聚酰亚胺(polyimide,PI)等，但不以此为限。
透光元件130具有内表面SI以及与内表面SI相对的表面133。透光元件130的内表面SI为透光元件130面向感测元件110的表面，而透光元件130的表面133为待测者50的接触面。也就是说，待测者50碰触透光元件130的表面133以进行生物特征识别。
发光元件140适于提供照射待测者50的光束B。发光元件140可以包括多个发光元件142。各发光元件142朝向待测者50发出光束B。多个发光元件142可以包括发光二极管、雷射二极管或上述两者的组合。此外，光束B可以包括可见光、非可见光或上述两者的组合。非可见光可为红外光，但不以此为限。
感测元件110适于接收光束B被待测者50反射的部分(即带有指纹图案信息的光束B1)。在一实施例中，感测元件110内可整合有脉宽调变电路。藉由脉宽调变电路控制多个发光元件142的发光时间与感测元件110的取像时间，使多个发光元件142的发光时间与感测元件110的取像时间同步，可达到精确控制的效果，但不以此为限。
空间滤波元件120A适于将光束B被待测者50反射且朝感测元件110传递的部分准直化。空间滤波元件120A包括多个彼此重叠的空间滤波片120a。在本实施例中，空间滤波元件120A包括第一空间滤波片120a-1以及第二空间滤波片120a-2等两个空间滤波片，且第一空间滤波片120a-1配置在第二空间滤波片120a-2与感测元件110之间。然而，空间滤波元件120A中空间滤波片的数量及多个空间滤波片之间的相互配置关系可依需求改变，而不以图5所显示的为限。
多个空间滤波片的每一个包括透光层126以及配置在透光层126上的空间滤波层128。举例而言，第一空间滤波片120a-1包括透光层126以及空间滤波层128，其中空间滤波层128配置在透光层126面向感测元件110的表面S1421S上且位于透光层126与感测元件110之间。第二空间滤波片120a-2包括透光层126、空间滤波层128-1以及空间滤波层128-2，其中空间滤波层128-1配置在透光层126面向感测元件110的表面S1441S上且位于第一空间滤波片120a-1的透光层126与第二空间滤波片120a-2的透光层126之间，而空间滤波层128-2配置在透光层126面向透光元件130的表面S1441C上且位于透光元件130与第二空间滤波片120a-2的透光层126之间。
应说明的是，各空间滤波片120a中的透光层126的数量、空间滤波层128的数量、透光层126与空间滤波层128的相对配置关系及空间滤波层128的形成方法可以根据需求而改变，并不以图5所显示的为限。在本实施例中，透光层126的表面S1441S上形成有多个凹陷C，且空间滤波层128配置在透光层126的多个凹陷C中，使得空间滤波层128的外表面T1442与表面S1441S未形成有多个凹陷C的部分齐平。形成空间滤波层128的方法可包括以下步骤。首先，在透光层126的表面S1441S上形成多个凹陷C。其次，在多个凹陷C中形成吸光材料。然后，固化吸光材料以形成空间滤波层128。在一实施例中，透光层126及其多个凹陷C可以利用模铸成型，而可省略形成多个凹陷C的步骤。
在各空间滤波片120a中，透光层126提供空间滤波层128的承载面，其可以是玻璃基板或塑胶基板。空间滤波层128用以吸收光束B被待测者50反射的部分中的大角度光束(如光束B2及光束B3)，以达到将传递至感测元件110的光束准直化的效果。空间滤波层128具有高吸收率以及低反射率，以降低传递至空间滤波层128的光束被空间滤波层128反射的比例以及光束被空间滤波层128反射的次数，进而有效降低大角度光束被感测元件110接收到的比例。所述低反射率是指反射率在可见光波段及红外光波段低于10％。举例而言，空间滤波层128可以是低反射率的油墨，但不以此为限。
此外，为了使光束B被待测者50反射的部分(如光束B1)能够被感测元件110接收，空间滤波层包括多个透光部128a。多个透光部128a暴露出感测元件110的多个感测单元112。具体地，空间滤波层128的多个透光部128a对应感测元件110的多个感测单元112设置。
多个透光部128a的间距为S。多个透光部128a的每一个的宽度为W，且0.3W<S。第一空间滤波片120a-1的透光层126的厚度为T1。第二空间滤波片120a-2的透光层126的厚度为T2。检测装置100A满足：此处，空间滤波片120a的透光层126的厚度是指空间滤波片120a中所有的透光层126的厚度总合。在本实施例中，第一空间滤波片120a-1仅包括一个透光层，且第二空间滤波片120a-2仅包括一个透光层。因此，第一空间滤波片120a-1的透光层厚度T1即一个透光层126的厚度，而第二空间滤波片120a-2的透光层厚度T2即一个透光层126的厚度，但不以此为限。
藉由的设计，可使大角度的光束(如光束B2及光束B3)在多个空间滤波片120a之间经由多次反射而被空间滤波层128吸收，进而有效改善串扰问题，使检测装置100A具有良好的辨识能力。在一实施例中，检测装置100A若满足的设计，可进一步降低大角度光束被感测元件110接收的比例，使讯噪比有效提升，而有助于后端辨识讯号与噪声，进而提升辨识的成功率。在又一实施例中，检测装置100A若满足讯噪比可趋近于0。
请参照图5，本实施例的检测装置100A更包括表面电浆共振(Surface PlasmonResonance)层SPR。检测装置100A之表面电浆共振层SPR的功能与前述检测装置100之表面电浆共振层SPR的功能相同，于此便不再重述。
图7是本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。图8及图9分别是图7的实施例的检测装置100B在无制程公差及有制程公差的情况下的上视示意图。
请先参照图7及图8，检测装置100B适于撷取待测物的生物特征。举例而言，待测物可为手指或手掌，而生物特征可为指纹、掌纹或静脉，但不以此为限。
检测装置100B包括透光元件130、感测元件110以及空间滤波元件120B。空间滤波元件120B配置在透光元件130与感测元件110之间，其适于准直化被待测物反射且朝感测元件110传递的光束。进一步而言，空间滤波元件120B包括彼此重叠的第一空间滤波层128-1、第二空间滤波层128-2以及第三空间滤波层128-3。
为了使被待测物反射的光束能够被感测元件110接收，第一空间滤波层128-1、第二空间滤波层128-2以及第三空间滤波层128-3分别具有多个第一透光部128a、多个第二透光部128a以及多个第三透光部128a。各第一透光部128a重叠于其中一个第二透光部128a、其中一个第三透光部128a以及对应的一个感测单元112，以使朝感测单元112传递的小角度光束可经由彼此重叠的一个第一透光部128a、一个第二透光部128a以及一个第三透光部128a而传递至对应的一个感测单元112。
空间滤波元件120B满足：各第三透光部128a的尺寸SO3大于或等于各第二透光部128a的尺寸SO2，且各第二透光部128a的尺寸SO2大于各第一透光部128a的尺寸SO1；或各第三透光部128a的尺寸SO3大于各第二透光部128a的尺寸SO2，且各第二透光部128a的尺寸SO2大于或等于各第一透光部128a的尺寸SO1。在上述透光部的形状为圆形的架构下，所述透光部的尺寸是指透光部的直径。在上述透光部的形状为方形、其它多边形或上述形状的结合的架构下，所述透光部的尺寸是指透光部的其中一边的宽度。
在多个空间滤波层的多个透光部的尺寸皆相同的情况下，多个透光部的尺寸越大，则感测单元112的进光量越大，但容易有串扰问题。相反地，多个透光部的尺寸越小，虽然能有效改善串扰问题，但容易造成进光量过小。此外，不同空间滤波层的多个透光部的中心可能因制程公差而无法对齐。也就是说，较靠近感测单元112的空间滤波层可能遮蔽到其上方的透光部(遮孔现象)，使得各感测单元112所对应的有效开口值(不同空间滤波层的多个透光部的交集区域)比预设的有效开口值(即透光部的尺寸)小，进而造成各感测单元112的实际进光量小于各感测单元112的预设进光量。
有鉴于上述，本实施例在设计不同空间滤波层的多个透光部的尺寸时，将串扰问题、进光量以及制程公差所造成的遮孔现象皆纳入考量。举例而言，依据各感测单元112的尺寸、相邻两感测单元112的横向距离D以及相邻两空间滤波层之间的纵向距离(包括纵向距离D’及纵向距离D”)设计第一空间滤波层128-1的第一透光部128a的尺寸SO1，以同时改善串扰及进光量过小的问题。此外，还藉由使其余空间滤波层中的至少一层(如第二空间滤波层128-2及第三空间滤波层128-3的其中至少一个)的透光部的尺寸大于第一空间滤波层128-1的第一透光部128a的尺寸SO1。如此，即使因为制程公差使得不同空间滤波层的多个透光部的中心无法对齐(参见图9)，也可有效避免较靠近感测单元112的空间滤波层遮蔽到其上方的透光部，使得各感测单元112所对应的有效开口值等于或近似于预设的有效开口值(即第一透光部128a的尺寸SO1)，进而在改善串扰的同时，避免过度限缩感测元件110的进光量。
在本实施例中，各第三透光部128a的尺寸SO3大于各第二透光部128a的尺寸SO2，且各第二透光部128a的尺寸SO2大于各第一透光部128a的尺寸SO1。此外，第一空间滤波层128-1、第二空间滤波层128-2以及第三空间滤波层128-3从感测元件110朝透光元件130排列。然而，不同透光部的尺寸相对关系以及不同空间滤波层的排列方式可依需求改变，而不以图7所显示的为限。
依据不同的需求，空间滤波元件100可进一步包括其它元件。举例而言，空间滤波元件100可进一步包括第一透光层126-1以及第二透光层126-2，以承载上述空间滤波层。第一透光层126-1以及第二透光层126-2适于让光束穿透。举例而言，上述透光层可以是玻璃基板、塑胶基板或透明光阻等等，但不以此为限。
第一透光层126-1位于感测元件110与透光元件130之间，而第二透光层126-2位于第一透光层126-1与透光元件130之间。第二空间滤波层128-2位于第一透光层126-1与第二透光层126-2之间。第一空间滤波层128-1位于感测元件110与第一透光层126-1之间。第三空间滤波层128-3位于第二透光层126-2与透光元件130之间。在本实施例中，第一空间滤波层128-1配置在第一透光层126-1面向感测元件110的表面S131上，第二空间滤波层128-2嵌入于第二透光层126-2面向第一透光层126-1的表面S133A中，且第三空间滤波层128-3配置在第二透光层126-2面向透光元件130的表面S133B上，但不以此为限。在一实施例中，第一空间滤波层128-1可内嵌于第一透光层126-1面向感测元件110的表面S131中。此外，第二空间滤波层128-2可配置在第二透光层126-2面向第一透光层126-1的表面S133A上。再者，第三空间滤波层128-3可内嵌于第二透光层126-2面向透光元件130的表面S133B中。
透光元件130与第二透光层126-2之间、第二透光层126-2与第一透光层126-1之间以及第一透光层126-1与感测元件110之间可藉由黏着层(未绘示)或固定机构(未绘示)而固定在一起。黏着层可以是光学胶粘剂(Optical Clear Adhesive,OCA)或芯片附着薄膜(Die Attach Film,DAF)，但不以此为限。当透光元件130与第二透光层126-2之间藉由黏着层而固定在一起，黏着层可位于透光元件130与第二透光层126-2之间的透光部128a(即空间滤波层128的透光开口)中、第三空间滤波层128-3与透光元件130之间或上述两个的组合。换句话说，透光元件130与第二透光层126-2之间的透光部128a中的光传递介质可以是空气或黏着层。此外，当第二透光层126-2与第一透光层126-1之间藉由黏着层而固定在一起，黏着层可位于第二透光层126-2与第一透光层126-1之间、第二空间滤波层128-2与第一透光层126-1之间或上述两个的组合。另外，当第一透光层126-1与感测元件110之间藉由黏着层而固定在一起，黏着层可位于第一透光层126-1与感测元件110之间的透光部128a(即空间滤波层128的透光开口)中、第一空间滤波层128-1与感测元件110之间或上述两个的组合。换句话说，第一透光层126-1与感测元件110之间的透光部128a(即空间滤波层128的透光开口)中的光传递介质可以是空气或黏着层。
图10是本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。请参照图10，检测装置100C与图7的检测装置100B的主要差异如下所述。在图7的检测装置100B中，不同的空间滤波层128的多个透光部128a的尺寸是从感测元件110朝透光元件130逐步递增。另一方面，在图10的检测装置100C中，不同的空间滤波层128的多个透光部128a的尺寸是从感测元件110朝透光元件130递减。
进一步而言，第一空间滤波层128-1、第二空间滤波层128-2以及第三空间滤波层128-3从透光元件130朝感测元件110排列，使得第三空间滤波层128-3位于感测元件110与第一透光层126-1之间，且第一空间滤波层128-1位于第二透光层126-2与透光元件130之间。在本实施例中，第三空间滤波层128-3配置在第一透光层126-1面向感测元件110的表面S131上，且第一空间滤波层128-1配置在第二透光层126-2面向透光元件130的表面S133B上，但不以此为限。在一实施例中，第三空间滤波层128-3可内嵌于第一透光层126-1面向感测元件110的表面S131中，而第一空间滤波层128-1可内嵌于第二透光层126-2面向透光元件130的表面S133B中。
请参照图7及图10，检测装置100B及检测装置100C均包括各自的表面电浆共振(Surface Plasmon Resonance)层SPR。检测装置100B及检测装置100C之表面电浆共振层SPR的功能与前述检测装置100之表面电浆共振层SPR的功能相同，于此便不再重述。
图11为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。请参照图11，检测装置100D用以取得指纹12影像。检测装置100D包括透光元件130、设置于透光元件130对向的感测元件110以及设置于透光元件130与感测元件110之间的空间滤波元件120。
检测装置100D还包括用以发出感测光束L1、L2的发光元件(未绘示)。在本实施例中，感测光束L1、L2可经由透光元件130传递至表面133。位于表面133上之待测者50的指纹12具有波谷12a及波峰12b。部分感测光束L1入射至对应波谷12a的部分表面133时，部分感测光束L1的全反射不会被破坏，进而斜向地入射至对应的感测单元112。部分感测光束L2入射至对应波峰12b的部分表面133时，部分感测光束L2的全反射会被破坏且被散射，进而入射至对应的感测单元112。入射至感测单元112且对应波谷12a的部分感测光束L1的能量强，入射至感测单元112对应波峰12b的感测光束L2的能量弱，进而使得感测元件110能撷取明暗相间的指纹12影像。
空间滤波元件120D包括多个空间滤波层128及多个透光层126。多个空间滤波层128与多个透光层126交替堆栈。每一空间滤波层128具有分别对应感测元件110之多个感测单元112的多个透光部128a。举例而言，在本实施例中，空间滤波元件120D可选择性地包括三个空间滤波层128-1、128-2、128-3及二个透光层126-1、126-2，其中空间滤波层128-1、透光层126-1、空间滤波层128-2、透光层126-2及空间滤波层128-3由感测元件110朝透光元件130依序排列。
需说明的是，上述及图式所绘的空间滤波层128数量及透光层126数量仅是用以举例说明本发明而非用以限制本发明。根据其它实施例，空间滤波元件120D所包括的空间滤波层128数及透光层126数量也可视实际需求设计为其它适当数量。
值得注意的是，多个空间滤波层128-1、128-2、128-3之对应同一感测单元112的多个透光部128a沿着斜向方向d排列，斜向方向d与表面133的法线方向N具有夹角θ，而0°<θ<90°。举例而言，在本实施例中，较佳地是，35°<θ<85°。具体而言，在本实施例中，θ可等于60°，但本发明不以此为限。
在本实施例中，空间滤波元件120D的多个空间滤波层128中最靠近感测元件110的一个空间滤波层128-1的多个透光部128a分别与感测元件110的多个感测单元112对齐，空间滤波元件120D之其它空间滤波层128-2、128-3的多个透光部128a则不与感测元件110的多个感测单元112对齐且向同一侧(例如：向左侧)偏移，其中离感测元件110越远的空间滤波层128-2、128-3的多个透光部128a相对于对应之多个感测单元112的偏移程度越大。从本发明的另一实施手段中，所述空间滤波元件120D之多个空间滤波层128中最靠近感测元件110的一个空间滤波层128-1的多个透光部128a分别与感测元件110的多个感测单元112非对齐方式配置(例如：空间滤波层128-1的透光部128a略小于感测单元112)，本发明并不加以局限。
值得一提的是，沿着斜向方向d排列的多个空间滤波层128-1、128-2、128-3的多个透光部128a形成多个光通道，由于光通道是斜向设置，因此大致上垂直入射表面133的环境光束L0(例如：太阳光)不易穿过光通道而传递至感测元件110。藉此，环境光束L0不易干扰感测光束L1、L2所携带的指纹12信息，而有助于显著地提升指纹12影像质量。
在本实施例中，不同的多个空间滤波层128的多个透光部128a以相同的间距排列。详言之，空间滤波层128-1的多个透光部128a以间距P1排列，空间滤波层128-2的多个透光部128a以间距P2排列，空间滤波层128-3的多个透光部128a以间距P3排列，而间距P1、间距P2及间距P3实质上可相等。举例而言，在本实施例中，间距P1、间距P2及间距P3可皆是50μm，但本发明不以此为限。
在本实施例中，对应同一感测单元112的多个透光部128a的直径实质上可相同。换句话说，空间滤波层128-1的一个透光部128a、空间滤波层128-2的一个透光部128a及空间滤波层128-3的一个透光部128a对应对应同一感测单元112，空间滤波层128-1的一个透光部128a具有直径K1，空间滤波层128-2的一个透光部128a具有直径K2，空间滤波层128-3的一个透光部128a具有直径K3，而直径K1、直径K2及直径K3实质上相等，但本发明不以此为限。举例而言，直径K1、直径K2及直径K3可以是15μm，但本发明不以此为限。此外，在本实施例中，透光层126-1的厚度H1与透光层126-2的厚度H2可相等。举例而言，透光层126-1的厚度H1与透光层128-2的厚度H2可以皆是50μm，但本发明不以此为限。
图12为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。请参照图11及图12，检测装置100E与前述的检测装置100D类似，两者相同或相似处，请参照前述说明，于此便不再重述。检测装置100E与检测装置100D的主要差异在于，检测装置100E还包括透光层126-3及空间滤波层128-4，其中空间滤波层128-1、透光层126-1、空间滤波层128-2、透光层126-2、空间滤波层128-3、透光层126-3及空间滤波层128-4由感测元件110朝透光元件130依序排列。
在本实施例中，空间滤波层128-1的多个透光部128a以间距P1排列，空间滤波层128-2的多个透光部128a以间距P2排列，空间滤波层128-3的多个透光部128a以间距P3排列，空间滤波层128-4的多个透光部128a以间距P4排列，而间距P1、间距P2、间距P3及间距P4实质上可相等。举例而言，在本实施例中，间距P1、间距P2、间距P3及间距P4可皆是50μm，但本发明不以此为限。
在本实施例中，空间滤波层128-1的一个透光部128a具有直径K1，空间滤波层128-2的一个透光部128a具有直径K2，空间滤波层128-3的一个透光部128a具有直径K3，空间滤波层128-4的一个透光部128a具有直径K4，而直径K1、直径K2、直径K3及直径K4实质上可相等。举例而言，在本实施例中，直径K1、直径K2直径K3及直径K4可皆是15μm，但本发明不以此为限。
在本实施例中，透光层126-1的厚度H1与透光层126-2的厚度H2及透光层126-3的厚度H3不相等。举例而言，透光层126-1的厚度H1、透光层126-2的厚度H2及透光层126-3的厚度H3可以分别50μm、25μm及25μm，但本发明不以此为限。此外，在本实施例中，θ可等于60°，但本发明不以此为限。
图13为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。请参照图12及图13，检测装置100F与前述检测装置100E类似，两者相同或相似处，请参照前述说明，于此便不再重述。检测装置100F与检测装置100E的主要差异在于，检测装置100F还包括透光层126-4及空间滤波层128-5，其中空间滤波层128-1、透光层126-1、空间滤波层128-2、透光层126-2、空间滤波层128-3、透光层126-3、空间滤波层128-4、透光层126-4及空间滤波层128-5由感测元件110朝透光元件130依序排列。
在本实施例中，空间滤波层128-1的多个透光部128a以间距P1排列，空间滤波层128-2的多个透光部128a以间距P2排列，空间滤波层128-3的多个透光部128a以间距P3排列，空间滤波层128-4的多个透光部128a以间距P4排列，空间滤波层128-5的多个透光部128a以间距P5排列，而间距P1、间距P2、间距P3、间距P4及间距P5实质上相等，但本发明不以此为限。举例而言，间距P1、间距P2、间距P3、间距P4及间距P5可皆是50μm，但本发明不以此为限。
在本实施例中，空间滤波层128-1的一个透光部128a具有直径K1，空间滤波层128-2的一个透光部128a具有直径K2，空间滤波层128-3的一个透光部128a具有直径K3，空间滤波层128-4的一个透光部128a具有直径K4，空间滤波层128-5的一个透光部128a具有直径K5，而直径K1、直径K2、直径K3、直径K4及直径K5实质上可相等。举例而言，直径K1、直径K2直径K3、直径K4及直径K5可皆是15μm，但本发明不以此为限。
在本实施例中，透光层126-1的厚度H1、透光层126-2的厚度H2、透光层126-3的厚度H3及透光层126-4的厚度H4可以分别为50μm、25μm、12.5μm及12.5μm，但本发明不以此为限。此外，在本实施例中，θ可等于60°，但本发明不以此为限。
值得注意的是，在本实施例中，空间滤波层128-5的多个透光部128a以间距P(例如：50μm)排列，空间滤波层128-5的一个透光部128a具有直径K(例如：15μm)，空间滤波层128-5设置于透光层126-4上，透光层126-4具有厚度H(例如：12.5μm)，直径K、间距P及厚度H满足下式(1)：在本实施例中，式(1)的直径K可指空间滤波层128-5的一个透光部128a的直径K5，式(1)的间距P可指空间滤波层128-5的多个透光部128a的间距P5，式(1)的厚度H可指透光层126-4的厚度H4，其中空间滤波层128-5为空间滤波元件120F的多个些空间滤波层128-1、128-2、128-3、128-4、128-5中最靠近表面133的一个空间滤波层，而透光层126-4为空间滤波元件120F的多个透光层126-1、126-2、126-3、126-4中最靠近表面133的一个透光层126-2。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，式(1)的直径K也可指最靠近感测元件110的一个空间滤波层128-1的一个透光部128a的直径K1，式(1)的间距P也可指最靠近感测元件110的一个空间滤波层128-1的多个透光部128a的间距P1，且式(1)之厚度H也可指最靠近感测元件110的一个透光层126-1的厚度H1。
当直径K、间距P及厚度H满足上式(1)时，检测装置100F能改善串音(cross-talk)问题，进而取得质量良好的指纹12影像。以下配合图14至图16举例说明之。
图14示出模拟的图11的检测装置100D的多个感测单元120a上的光分布。图15示出模拟的图12的检测装置100E的多个感测单元112上的光分布。图16示出模拟的图13的检测装置100F的多个感测单元112上的光分布。用以模拟图14、图15及图16的发光元件的具有相同的发散角，例如：180°。比较图14、图15及图16可知，图16所对应之图14的检测装置100F之直径K、间距P及厚度H满足上式(1)时，检测装置100F的串音问题明显改善。
请参照图11、图12及图13，检测装置100D、检测装置100E及检测装置100F均包括各自的表面电浆共振(Surface Plasmon Resonance)层SPR。检测装置100D、检测装置100E及检测装置100F之表面电浆共振层SPR的功能与前述检测装置100之表面电浆共振层SPR的功能相同，于此便不再重述。
图17为本发明一实施例之检测装置的剖面示意图。图18为图17的检测装置的反射元件与空间滤波元件的上视示意图。请参照图17，检测装置100G用以感测手指(掌)的指(掌)纹F，检测装置100G包括感测元件110、导光元件160、至少一发光元件140、空间滤波元件120以及反射元件150。导光元件160位于感测元件110上。至少一发光元件140设置于导光元件160旁，且用以发出感测光束L。
空间滤波元件120位于导光元件160与感测元件110之间，其中空间滤波元件120具有多个透光部122以及具有设置于相邻两透光部122之间的遮光部124。在本实施例中，举例而言，空间滤波元件120的每一透光部122与遮光部124可以分别是，多个透光层(未绘示)与遮光层(未绘示)沿着斜向方向d以非对齐方式堆栈而成，其中多个透光层、多遮光层及其可行的堆栈方式，请参照美国专利申请第15/989,123号所述。导光元件160具有上表面160a、相对于上表面160a的下表面160b以及连接于上表面160a与下表面160b之间的侧面160c，每一透光部122在斜向方向d上延伸，斜向方向d与导光元件160之上表面160a的法线方向N具有夹角θ，而0°<θ<90°。举例而言，在本实施例中，较佳地是，30°<θ<85°。具体而言，在本实施例中，θ可等于42°，但本发明不以此为限。
反射元件150位于导光元件160的下表面160b与空间滤波元件120之间，其中反射元件具有多个透光部152以及至少一反射部154。空间滤波元件120的每一透光部122与反射元件150的至少一透光部152重叠，而反射元件150的至少一反射部154设置于空间滤波元件120的遮光部124上。发光元件140发出的感测光束L传递至手指的指纹F后，感测光束L依序被手指的指纹F漫射、穿过导光元件160、穿过反射元件150的透光部152且穿过空间滤波元件120的透光部122，以传递至感测元件110。在本实施例中，反射元件150的透光部152可为反射层150r的多个孔洞152h，而反射层150r的孔洞152h分别与空间滤波元件120的多个透光部122重叠。
请参考图17及图18，空间滤波元件120的多个透光部122排列于感测元件110上，而每一透光部122分别对应于感测元件110的每一感测单元(未绘示)。遮光部124分布于多个透光部122之间，反射元件150的反射部154设置于遮光部124上。每一透光部122在方向X(标示于图18)上具有宽度W3，其中方向X垂直于导光元件160之上表面160a的法线方向N。反射元件150(反射层150r)的每一透光部152(孔洞152h)在方向X上具有一宽度W4。在本实施例中，W3＝W4，但本发明不以此为限，在其它实施例中，也可以是W3<W4或是W3>W4。
值得一提的是，透过设置位于遮光部124之上的至少一反射部154，可以将发光元件140所发出的感测光束L有效地引导至导光元件160的各个位置，因而感测光束L可以均匀地分布在导光元件160中，不容易出现导光元件160靠近发光元件140的区域的光强度较强，而远离发光元件140的区域的光强度较弱之情形。藉此，由导光元件160之上表面160a出射的光束L能均匀地照射手指的指纹F，感测元件110的取像质量得以提升。
在本实施例中，检测装置100G还可包括第一黏着层AD1以及第二黏着层AD2，其中第一黏着层AD1设置于导光元件160与反射元件150之间，第二黏着层AD2设置于空间滤波元件120与感测元件110之间。
在本实施例中，导光元件160透过第一黏着层AD1与反射元件150接合，且空间滤波元件120透过第二黏着层AD2与感测元件110接合，第一黏着层AD1与第二黏着层AD2的材料例如是具有高透光率的光学胶(Optical Clear Adhesive；OCA)，但本发明不以此为限。在其它实施例中，第一黏着层AD1与第二黏着层AD2的材料是其它适当材料，及/或第一黏着层AD1与第二黏着层AD2的材料也可以不相同。
在本实施例中，检测装置100G更可包括透光元件130，设置于导光元件160的上表面160a上，其中透光元件130具有供手指按压的表面133。在本实施例中，手指的指纹F置放于透光元件130的表面133上，发光元件140发出感测光束L，依序经过反射元件150的反射、穿过导光元件160、穿过透光元件130的表面133抵达手指的指纹F的所在位置。
图19为本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。图20为图19的检测装置的反射元件与空间滤波元件的上视示意图。参照图19，检测装置100H与前述的检测装置100G类似，两者相同或相似处，请参照前述说明，于此便不再重述。检测装置100H与检测装置100G的主要差异在于：检测装置100H中的反射元件150为反射式绕射元件150d。反射式绕射元件150d可包括透光膜150d1以及设置于透光膜150d1上的反射图案层150d2。在本实施例中，透光膜150d1可以设置于反射图案层150d2与空间滤波元件120之间，但本发明不以此为限。在其它实施例中，透光膜150d1也可以设置于导光元件160与反射图案层150d2之间。
在本实施例中，空间滤波元件120的透光部122在方向X上排列，每一透光部在方向X上具有宽度W3，反射式绕射元件150d的每一透光部152在方向X上具有宽度W5，而W5≤W3。举例而言，感测光束L的波长为λ，而(0.01)λ≤W5≤(100)λ；亦即，反射式绕射元件150d的透光部152的尺寸与感测光束L的波长是可相比的(comparable)，而感测光束L经过反射式绕射元件150d的透光部152时会产生绕射。
请参照图17及图19，检测装置100G及检测装置100H均包括各自的表面电浆共振(Surface Plasmon Resonance)层SPR。检测装置100G及检测装置100H之表面电浆共振层SPR的功能与前述检测装置100之表面电浆共振层SPR的功能相同，于此便不再重述。
请参见图19及图20，在本实施例中，反射式绕射元件150d的多个透光部152可以是多个微孔u，其中透光部152具有的宽度W5，宽度W5即微孔u的直径。微孔u重叠于于空间滤波元件120的透光部122以及空间滤波元件120的遮光部124，但本发明不以此为限。在其它实施例中，反射式绕射元件150d的透光部152，也可以是宽度W5与感测光束L的波长λ接近的狭缝结构，其中狭缝结构不限定只具有单一宽度W5，多个狭缝结构的设置方向也不限制为互相平行；多个狭缝结构可以具有不同宽度，多个狭缝结构可互相平行或交错设置。
在本实施例中，感测光束L在反射式绕射元件150d的表面产生绕射现象，并以反射式绕射的方式传递至手指的指纹F。指纹辨识装置100H具有与前述之指纹辨识装置100G类似的功效及优点，于此便不再重述。
图21为本发明一实施例的检测装置的反射元件与空间滤波元件的上视示意图。请参照图20及图21，图21的反射式绕射元件150d’与图20的反射式绕射元件150d的差异在于：图21的反射式绕射元件150d’的反射部154为多个反射微点u’，而图21的反射式绕射元件150d’的透光部152’为多个反射微点u’之间的透光部。图21的反射式绕射元件150d’具有与图20的反射式绕射元件150d相同或相似的功能，图21的反射式绕射元件150d’可用以取代图19之反射式绕射元件150d，以此方式构成的检测装置也在本发明所欲保护的范畴内。
图22为本发明另一实施例的指纹辨识装置的剖面示意图。本实施例之检测装置100I与前述之检测装置100D类似，两者的差异在于：空间滤波元件120I具有多个光通道LC5以及多个光通道LC6。多个光通道LC5相平行且在斜向方向d5上延伸，其中斜向方向d5与表面133的法线方向N具有夹角θ1，而0°<θ1<90°。多个光通道LC6在斜向方向d6上延伸，斜向方向d6与表面133的法线方向N具有夹角θ2，而0°<θ2<90°。斜向方向d5与斜向方向d6交错。光通道LC5及光通道LC6可以是互相交叉而互相连通。检测装置100I具有与前述之检测装置100D类似的功效及优点，于此便不再重述。
在本实施例中，35°<θ1<85°，35°<θ2<85°，θ1与θ2可不相同，但本发明不以此为限。在本实施例中，感测元件110包括具有多个像素区PR的透光载板110S以及配置于透光载板110S之多个像素区PR的多个光电转换结构110C。举例而言，感测元件110可以是玻璃基底的传感器(Glass Based Sensor)。
在本实施例中，光通道LC5是在不平行于表面133之法线方向N的方向(即斜向方向d5)上延伸，且光通道LC6也是在不平行于表面133之法线方向N的方向(即斜向方向d6)上延伸。然而，本发明不限于此，于另一实施例中，光通道LC5与光通道LC6的一者可在平行于表面133之法线方向N的方向上延伸，而光通道LC5与光通道LC6的另一者可在不平行于表面133之法线方向N的方向上延伸。简言之，于另一实施例中，光通道LC5与光通道LC6的一者可以是直向配置，光通道LC5与光通道LC6的另一者可以是斜向配置，其中直向配置的光通道例如是配置在非指纹辨识区(或称，非可视区)。
图23是本发明一实施例的检测装置的剖面示意图。请参见图23，检测装置100J包括导光元件160、感测元件110、表面电浆共振层SPR及空间滤波元件120。导光元件160具有顶面162与相对于顶面112的底面164。在本实施例中，导光元件160例如是光学胶层。然而，本发明不限于此，在另一实施例中，导光元件160也可以是透光基板，其材料可以是选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，Polymethylmethacrylate)、聚碳酸酯(PC，Polycarbonate)或其它适当的透光材质。在本实施例中，检测装置100可包括发光元件140，用以发出感测光束L。在本实施例中，发光元件140可埋入导光元件160(例如：光学胶层)中。然而，本发明不限于此，在另一实施例中，发光元件140也可配置于导光元件160外。在本实施例中，发光元件140可为发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)，但本发明不限于此，在其它实施例中，发光元件140也可以其它适当种类的发光元件。
感测元件110配置于导光元件160的底面164旁。举例而言，在本实施例中，感测元件110例如是电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互补式金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，感测元件110也可为其它适当种类的影像传感器。
表面电浆共振层SPR配置于导光元件160的顶面162上，且用以接收生物高聚物BP。在本实施例中，检测装置100J也可以选择性地包括盖板170，位于导光元件110的顶面162上方，且具有供手指F可按压的按压面172上。在本实施例中，表面电浆共振层SPR也可配置于盖板170的按压面172上。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，也可省略盖板170，而将表面电浆共振层SPR直接设置于导光元件160的顶面162上。
在本实施例中，生物高聚物(Biopolymers)BP可以是汗水、唾液、血液、是尿液、细菌、病毒或其它欲检测的生物高聚物。图24示出入射至表面电浆共振层130之光束L的入射角θi(亦可视为反射角)及其反射率的关系。请参照图23及图24，当发光元件140发出的感测光束L传递至表面电浆共振层SPR时，感测光束L会在表面电浆共振层SPR的表面SPRa发生全内反射(Total Internal Reflection，TIR)，而在光疏介质(例如是环境介质)形成消逝波(Evanescent Wave)，在光密介质(例如是表面电浆共振层SPR)形成表面电浆波(SurfacePlasma Wave)。此时，消逝波与表面电浆波相遇会产生共振。当消逝波与表面电浆波发生共振时，入射至表面电浆共振层SPR的感测光束L的大部分能量被表面电浆波所吸收，因而被表面电浆共振层SPR的反射的感测光束L在特定方向上的强度将大幅地减弱，此时的特定角度称为共振角γ(Resonant Angle)。
在本实施例中，共振角γ与表面电浆共振层SPR之表面SPRa的折射率变化有关，亦即，与附着于表面电浆共振层SPR之表面SPRa的生物高聚物BP的性质(例如：介电常数)有关。透过分析形成于感测元件110上的反射的感测光束L的分布，能推知上述共振角γ为何，进而推知附着于表面电浆共振层SPR之表面SPRa的生物高聚物BP种类为何。此外，在本实施例中，表面电浆共振层SPR的表面SPRa可选择性地为表面改质层，以使生物高聚物BP能更容易附着在表面电浆共振层SPR上，进而提升检测灵敏度。
空间滤波元件120配置于导光元件160的底面164与感测元件110之间。空间滤波元件120具有多个第一光通道LC1及多个第二光通道LC2，分别对应感测元件110的多个像素区PR3及多个像素区PR4。多个第一光通道LC1在第一斜向方向d1延伸，多个第四光通道144在第二斜向方向d2上延伸，第一斜向方向d1与第二斜向方向d2交错。亦即，导光元件160的顶面162的法线方向N与第一光通道LC1的延伸方向(即第一斜向方向d1)具有夹角α，导光元件160的顶面162的法线方向N与第二光通道LC2的延伸方向(即第二斜向方向d2)具有夹角β，而夹角α不等于夹角β。
值得注意的是，夹角β对应表面电浆共振层SPR的共振角γ。也就是说，第二光通道LC2具有适当的倾斜角度(即夹角β)，以使具有共振角γ的部分反射的感测光束L易通过第二光通道LC2而传递至对应第二光通道LC2的像素区PR2。在本实施例中，藉由侦测传递至对应第二光通道LC2之像素区PR2的部分反射的感测光束L与传递至对应第一光通道LC1之像素区PR1的部分反射的感测光束L的强度差异的变化，便能得知表面电浆共振层SPR之表面SPRa上是否有欲检测之生物高聚物BP。举例而言，若传递至对应第二光通道LC2之像素区PR2的部分反射的感测光束L的强度变小，而传递至对应第一光通道LC1之像素区PR1的部分反射的感测光束L与传递至对应第二光通道LC2之像素区PR2的部分反射的感测光束L的强度差异变大，便能得知表面电浆共振层SPR之表面SPRa上有欲检测之种类的生物高聚物BP。简言之，由于空间滤波元件120的第二光通道LC2的倾斜角度(即夹角β)对应于表面电浆共振层SPR的共振角γ，因此，检测装置100J能简易地侦测出表面电浆共振层SPR的表面SPRa上是否有欲检测之种类的生物高聚物BP。
在本实施例中，多个第一光通道LC1与多个第二光通道LC2可交替排列于感测元件110上。多个第一光通道LC1与多个第二光通道LC2彼此分离而不互相连通。然而，本发明不以此为限，在其它实施例中，第一光通道LC1与第二光通道LC2也可以是相连通的。
在本实施例中，夹角α的范围可介于0°到90°之间，即第一光通道LC1的延伸方向(即第一斜向方向d1)可不平行于顶面162的法线方向N。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，第一光通道LC1的延伸方向(即第一斜向方向d1)也可平行于顶面162的法线方向N。在本实施例中，夹角β的范围可介于0°到90°之间，即第二光通道LC2的延伸方向(即第二斜向方向d2)可不平行于顶面162的法线方向N。举例而言，在本实施例中，夹角α及β可满足：α＜β。然而，本发明不以此为限，由于第一光通道LC1是用以让被生物特征(例如：指纹)反射的部分感测光束L通过，因此夹角α可根据被生物特征(例如：指纹)反射之大部分感测光束L的反射角度的范围来决定；由于第二光通道LC2是用以让被表面电浆共振层SPR反射且具共振角γ的部分感测光束L通过，因此夹角β可根据欲检测之生物高聚物BP的性质及表面电浆共振层SPR的共振角γ来决定；夹角β不一定要大于夹角α。
在本实施例中，检测装置100J还可进一步包括第一反射元件R1，设置于导光元件160的底面164。感测光束L被表面电浆共振层SPR及第一反射元件R1反射后传递至感测元件110。亦即，表面电浆共振层SPR除了用以感测生物高聚物BP外，表面电浆共振层SPR还可用以反射具有共振角γ以外之角度的感测光束L，以增加感测光束L能照射生物特征(例如：手指F)的面积。在本实施例中，第一反射元件R1与表面电浆共振层SPR在法线方向N部分重叠，然而，本发明不以此为限。
图25是本发明另一实施例检测装置的剖面示意图。图25的检测装置100K与图23的检测装置100J类似，相同的技术特征在此不多加赘述，其差别在于，第一反射元件R1包括多个第一反射部R1-1，间隔排列于导光元件160的底面164上；检测装置100K还包括第二反射元件R2，设置于导光元件160的顶面162上，且与表面电浆共振层SPR间隔排列。感测光束L被表面电浆共振层SPR、第一反射元件R1及第二反射元件R2反射后传递至感测元件110。在图25的实施例中，第二反射元件R2为单一个反射图案。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，第二反射元件R2也可包括多个第二反射部(未绘示)，间隔排列于导光元件160的顶面162上。
图26是本发明又一实施例的检测装置的剖面示意图。图26的检测装置100L与图23的检测装置100J类似，相同的技术特征在此不多加赘述，其差别在于，空间滤波元件120还具有多个第三光通道LC3及多个第四光通道LC4，分别对应感测元件110的多个像素区PR3及多个像素区PR4。多个第三光通道LC3在第三斜向方向d3延伸，多个第四光通道LC4在第四斜向方向d4上延伸，第三斜向方向d3与第四斜向方向d4交错。亦即，导光元件160的顶面162的法线方向N与第三光通道LC3的延伸方向(即第三斜向方向d3)具有夹角β2，导光元件160的顶面162的法线方向N与第四光通道LC4的延伸方向(即第四斜向方向d4)具有夹角β3，而夹角β2不等于β3。在本实施例中，第一光通道LC1、第二光通道LC2、第三光通道LC3及第四光通道LC4依序排列于感测元件110上。然而，本发明不以此为限，在其它实施例中，第一光通道LC1、第二光通道LC2、第三光通道LC3及第四光通道LC4排列的次序也可依实际情况作调整。
在本实施例中，夹角β2及β3可位于夹角α及夹角β之间，即满足α＜β2,β3＜β，且夹角α、β、β2及β3的角度大小可渐增，即满足α＜β2<β3＜β。然而，本发明不以此为限。在本实施例中，除空间滤波元件120具有多个第一光通道LC1、多个第二光通道LC2、多个第三光通道LC3及多个第四光通道LC4外，空间滤波元件120还可具有多个不同于夹角α、β、β2及β3的光通道，例如具有第五光通道(未绘示)、第六光通道(未绘示)等不同夹角的光通道，不同夹角的光通量的数量可适应性增加。
值得注意的是，由于表面电浆共振层SPR的共振角γ会因为不同种类的生物高聚物BP而改变，因此，在空间滤波元件120设置多个不同夹角α、β、β2及β3的光通道，可分别对应于多个种类的生物高聚物BP所产生的共振角γ，因此，检测装置100L能侦测出不只一种的生物高聚物BP，使检测装置100B的适用范围更具多样性。
综上所述，本发明一实施例的检测装置包括导光元件、感测元件、表面电浆共振层以及空间滤波元件。空间滤波元件设置多个第三光通道以及与第四光通道，其中第三光通道沿着第一斜向方向延伸、第四光通道沿着第二斜向方向延伸，且第三斜向方向与第四斜向方向交错，第四斜向方向与导光元件的顶面的法线方向具有夹角β，夹角β对应表面电浆共振层的共振角γ。多个第三光通道用以让被生物特征反射的感测光束通过，进而使感测元件取得生物特征的影像。多个第四光通道用以让被表面电浆共振层反射的感测光束通过，进而判断表面电浆共振层上是否有欲检测种类之生物高聚物。本发明一实施例的检测装置兼具生物特征辨识及生物检测的多重功能。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (28)

1.一种检测装置，用以感测一生物高聚物，其特征在于，所述检测装置包括：
一感测元件，具有一感测面；
一空间滤波元件，设置于所述感测面上，且包括多个空间滤波片，其中每一空间滤波片包括：
一透光层；以及
一空间滤波层，设置于所述透光层上，具有多个透光部及多个遮光部，每一所述透光部被所述遮光部所包围，其中所述空间滤波片的所述透光层与所述空间滤波片的所述空间滤波层在所述感测面的法线方向上交替堆栈；
一透光元件，配置于所述空间滤波元件上，所述空间滤波元件配置于所述透光元件与所述感测元件之间；以及
一表面电浆共振层，设置于所述透光元件上，且用以接收所述生物高聚物，所述透光元件配置于所述表面电浆共振层与所述空间滤波元件之间。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，其中多个所述遮光部及多个所述透光部沿着一第一方向及一第二方向在所述感测面上交替排列，所述第一方向垂直于所述第二方向，且所述第一方向与所述第二方向均垂直于所述感测面的所述法线方向。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，其中所述空间滤波层的所述透光部暴露出所述感测元件的多个感测单元，每一所述空间滤波层的所述透光部的间距为S，所述透光部的每一个的宽度为W，且0.3W<S，所述空间滤波元件中的一第一空间滤波元件的透光层的厚度为T1，所述空间滤波元件中的一第二空间滤波的透光层的厚度为T2，所述检测装置满足：
4.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，更满足：
5.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，更满足：
6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，其中所述空间滤波层包括一第一空间滤波层、一第二空间滤波层以及一第三空间滤波层，所述第一空间滤波层、所述第二空间滤波层以及所述第三空间滤波层彼此重叠，所述第一空间滤波层的多个透光部包括多个第一透光部，所述第二空间滤波层的多个透光部包括多个第二透光部，所述第三空间滤波层的多个透光部包括多个第三透光部，且所述空间滤波元件满足：
所述第三透光部的尺寸大于或等于所述第二透光部的尺寸，且所述第二透光部的尺寸大于所述第一透光部的尺寸；或
所述第三透光部的尺寸大于所述第二透光部的尺寸，且所述第二透光部的尺寸大于或等于所述第一透光部的尺寸。
7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述第三透光部的尺寸大于所述第二透光部的尺寸，所述第二透光部的尺寸大于所述第一透光部的尺寸，且所述第一空间滤波层、所述第二空间滤波层以及所述第三空间滤波层从所述感测元件朝所述透光元件排列或从所述透光元件朝所述感测元件排列。
8.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，其中所述空间滤波层对应所述感测元件的同一感测单元的所述透光部沿着一斜向方向排列，所述斜向方向与所述透光元件的一表面的法线方向具有一夹角θ，而0°<θ<90°。
9.如权利要求8所述的检测装置，其特征在于，其中所述空间滤波层的所述透光部以一间距P排列，所述空间滤波层的至少一透光部具有一直径K，所述透光层具有一厚度H，所述直径K、所述间距P及所述厚度H满足：
10.如权利要求8所述的检测装置，其特征在于，其中所述空间滤波元件的所述空间滤波层中最靠近所述感测元件的一个空间滤波层的多个透光部分别与所述感测元件的多个感测单元对齐，而所述空间滤波元件的其它空间滤波层的多个透光部不与所述感测元件的所述感测单元对齐。
11.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，更包括：
一导光元件，位于所述感测元件上；
至少一发光元件，设置于所述导光元件旁，且用以发出一光束；以及
一反射元件，位于所述导光元件与所述空间滤波元件之间，其中所述反射元件具有多个透光部，所述空间滤波元件的每一所述透光部与所述反射元件的至少一所述透光部重叠；
所述光束依序被一手指的一指纹漫射、穿过所述导光元件、穿过所述反射元件的至少一所述透光部且穿过所述空间滤波元件的每一所述透光部，以传递至所述感测元件。
12.如权利要求11所述的检测装置，其特征在于，其中所述反射元件具有至少一反射部，而所述反射元件的至少一所述反射部设置于所述空间滤波元件的所述遮光部上。
13.如权利要求11所述的检测装置，其特征在于，其中所述反射元件的所述透光部为一反射层的多个孔洞，而所述反射层的所述孔洞分别与所述空间滤波元件的多个透光部重叠。
14.如权利要求11所述的检测装置，其特征在于，其中所述反射元件为一反射式绕射元件。
15.如权利要求14所述的检测装置，其特征在于，其中所述空间滤波元件的所述透光部在一方向上排列，每一所述透光部在所述方向上具有一宽度W3，所述反射式绕射元件的每一所述透光部在所述方向上具有一宽度W5，而W5≤W3。
16.如权利要求14所述的检测装置，其特征在于，其中所述反射式绕射元件包括：
一透光膜；以及
一反射图案层，设置于所述透光膜上。
17.如权利要求1至16项中任一项所述的检测装置，其特征在于，其中在所述感测面的所述法线方向上交替堆栈的所述空间滤波层的所述透光部形成多个光通道，部分所述光通道彼此不相平行。
18.一种检测装置，其特征在于，包括：
一导光元件，具有一顶面与相对于所述顶面的一底面；
一感测元件，配置于所述导光元件的所述底面旁；
一表面电浆共振层，配置于所述导光元件的所述顶面上，且用以接收一生物高聚物；以及
一空间滤波元件，配置于所述导光元件的所述底面与所述感测元件之间，其中所述空间滤波元件具有多个第一光通道及多个第二光通道，所述第一光通道在一第一斜向方向上延伸，所述第二光通道在一第二斜向方向上延伸，所述第一斜向方向与所述第二斜向方向交错，所述导光元件的所述顶面的法线方向与所述第二斜向方向具有一夹角β，且所述夹角β对应所述表面电浆共振层的一共振角γ。
19.如权利要求18所述的检测装置，其特征在于，其中所述第一光通道与所述第二光通道交替排列。
20.如权利要求18所述的检测装置，其特征在于，其中所述导光元件的所述顶面的所述法线方向与所述第一斜向方向具有一夹角α。
21.如权利要求20所述的检测装置，其特征在于，其中所述夹角α及所述夹角β满足：α＜β。
22.如权利要求18所述的检测装置，其特征在于，还包括：
一第一反射元件，设置于所述导光元件的所述底面上，其中一光束被所述表面电浆共振层及所述第一反射元件反射后传递至所述感测元件。
23.如权利要求22所述的检测装置，其特征在于，其中所述第一反射元件包括：多个第一反射部，间隔排列于所述导光元件的所述底面上。
24.如权利要求22所述的检测装置，其特征在于，还包括：
一第二反射元件，设置于所述导光元件的所述顶面上，且与所述表面电浆共振层间隔排列，其中所述光束被所述表面电浆共振层、所述第一反射元件及第二反射元件反射后传递至所述感测元件。
25.如权利要求22所述的检测装置，其特征在于，其中所述光束被所述表面电浆共振层反射后，传递至所述第一反射元件。
26.如权利要求18所述的检测装置，其特征在于，其中所述空间滤波元件还具有多个第三光通道及多个第四光通道，所述第三光通道在一第三斜向方向上延伸，所述第四光通道在一第四斜向方向上延伸，所述第三斜向方向与所述第四斜向方向交错，所述导光元件的所述顶面的所述法线方向与所述第三斜向方向具有一夹角β2，所述导光元件的所述顶面的所述法线方向与所述第四斜向方向具有一夹角β3，所述夹角β2及所述夹角β3满足：α＜β2,β3＜β。
27.如权利要求26所述的检测装置，其特征在于，其中所述第一光通道、所述第二光通道、所述第三光通道及所述第四光通道依序排列于所述感测元件上。
28.如权利要求27所述的检测装置，其特征在于，其中所述夹角β2及所述夹角β3满足：α＜β2＜β3＜β。
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