CN210006064U - 曲面指纹辨识装置 - Google Patents

Abstract

一种曲面指纹辨识装置包括导光组件、第一反射层及第二反射层、光源及影像撷取组件。导光组件包括具有曲面的第一表面、第二表面相对于第一表面设置、外侧壁倾斜式连接于第一表面与第二表面之间、内侧壁倾斜式连接第二表面、以及底面水平连接于外侧壁与内侧壁之间。第一反射层及第二反射层分别设置于外侧壁及内侧壁上。本实用新型的功效及优点在于光源所发出的光束穿过底面后被第一反射层及第二反射层反射，以向具有曲面的第一表面传递，使得影像撷取组件可同时撷取待辨识物的底部及侧面的指纹影像。

Description

曲面指纹辨识装置

技术领域

本实用新型涉及一种指纹辨识装置，特别是有关于一种曲面指纹辨识装置。

背景技术

现今指纹辨识广泛运用于各种电子产品上，又以可携式行动装置例如是手机(Smart phone)、平板计算机(Tablet computer)最为常见。同时，目前电子产品的显示屏幕为了追求更佳的视觉体验，逐步朝向高屏占比与窄边框的发展方向，使指纹辨识模块需改而设置在显示屏幕下方，因此发展出屏下指纹辨识(Fingerprint on Display；FOD)的技术。屏下指纹辨识技术主要可分为光学式与超声波指纹辨识两种。然而，光学式屏下指纹辨识目前存在诸多问题尚需克服，例如光束穿透率低、辨识能力容易产生偏差以及制作成本较高等不利发展的难题，为本领域具有通常知识者亟需克服的课题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的一目的就是在提供一种曲面指纹辨识装置，用以解决上述习知技艺的问题。

为达前述目的，本实用新型提出一种曲面指纹辨识装置，至少包括导光组件、第一反射层及第二反射层、光源及影像撷取组件。导光组件包括：第一表面至少包括曲面，且第一表面的中央的高度低于两侧的高度；第二表面相对于第一表面设置；外侧壁连接于第一表面与第二表面之间，外侧壁相对于第一表面倾斜；内侧壁连接第二表面与底面，且相对于第一表面倾斜；以及底面相对于第一表面设置，且水平连接于外侧壁与内侧壁之间。第一反射层及第二反射层分别设置于外侧壁及内侧壁上。光源设置于导光组件的外侧壁与内侧壁之间，用以发出光束。影像撷取组件相对于导光组件的第二表面设置，其中光束穿过底面后被第一反射层及第二反射层的至少一者反射，以向具有曲面的第一表面传递，藉以同时获取待辨识物的底部及侧面的指纹影像。

其中，曲面指纹辨识装置进一步包括平凸透镜设于第二表面上，且平凸透镜的平整面接触第二表面，平凸透镜的凸面面对第一表面。

其中，曲面指纹辨识装置进一步包括第三反射层设置于一部分的底面上，光束穿过另一部分的底面后被第一反射层、第二反射层及第三反射层的至少一者反射，以向具有曲面的第一表面传递。

其中，第一表面由曲面组成。

其中，第一表面由两个圆弧面及一个平面组成，且平面连接于两个圆弧面之间。

其中，外侧壁与内侧壁之间的距离随着远离第一表面而增加或减少。

其中，曲面指纹辨识装置进一步包括至少一准直组件配置于导光组件的第二表面与影像撷取组件之间。

其中，外侧壁从第二表面延伸至第一表面的侧边且高度高于第一表面的中央的高度。

其中，导光组件由硬质材质或挠性材质组成。

其中，第一表面具有开口，且光束向第一表面的开口传递。

承上所述，依本实用新型的曲面指纹辨识装置，其可具有一或多个下述优点：

(1)导光组件具有曲面，可同时撷取待辨识物的侧边及底部的指纹影像，不仅能够节省撷取影像的时间，且藉由增加影像面积增加可供判读的指纹特征，因此可增加后续辨识的精准度。

(2)具有准直组件，藉由将发散的光束变成准直的光束，可进一步提升取像质量。

(3)导光组件具有开口，藉此可撷取开口中悬空放置的待辨识物的非平面影像。

(4)导光组件具有挠性材质，第一表面可贴住待辨识物且依据待辨识物的形状调整曲率。

现为使钧审对本实用新型的技术特征及所能达到的技术效果有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明如后。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图。

图2为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置沿图1的I-I方向所得的剖面示意图。

图3为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置沿图1的II-II方向所得的剖面示意图。

图4为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图，其中第一表面具有开口。

图5为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置沿图1的I-I方向所得的剖面示意图，其中第一表面具有开口。

图6为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置沿图1的II-II方向所得的剖面示意图，其中第一表面具有开口。

图7为本实用新型的第二实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图。

图8为本实用新型的第二实施例的曲面指纹辨识装置沿图7的I-I方向所得的剖面示意图。

图9为本实用新型的第二实施例的曲面指纹辨识装置沿图7的II-II方向所得的剖面示意图。

图10为本实用新型的第三实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图。

图11为本实用新型的第三实施例的曲面指纹辨识装置沿图10的I-I方向所得的剖面示意图。

图12为本实用新型的第三实施例的曲面指纹辨识装置沿图10的II-II方向所得的剖面示意图。

图13为本实用新型的第四实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图。

图14为本实用新型的第四实施例的曲面指纹辨识装置沿图13的I-I方向所得的剖面示意图，其中待辨识物未接触第一表面。

图15为本实用新型的第四实施例的曲面指纹辨识装置沿图13的I-I方向所得的剖面示意图，其中待辨识物已接触第一表面。

图16为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置沿图13的I-I方向所得的剖面示意图，其中导光组件的第一表面由两圆弧面及一平面组成。

具体实施方式

为利了解本实用新型的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本实用新型配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的附图，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本实用新型实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的附图的比例与配置关系解读、局限本实用新型于实际实施上的权利范围。此外，为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。且附图所示的组件的尺寸比例仅为便于解释各组件及其结构，并非用以限定。

另外，在全篇说明书与权利要求所使用的用词，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本实用新型的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本实用新型的描述上额外的引导。

关于本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

其次，在本文中如使用用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均为开放性的用语，即意指包括但不限于。

请一并参阅图1至图3，图1为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图，图2为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置沿图1的I-I方向所得的剖面示意图，图3为本实用新型的第一实施例的曲面指纹辨识装置沿图1的II-II方向所得的剖面示意图。如图1至图3所示，本实用新型的曲面指纹辨识装置100至少包括导光组件10、光源30及影像撷取组件40。导光组件10包括第一表面12、第二表面14、外侧壁16、内侧壁18及底面19a、19b。第一表面12具有曲面121，其中曲面121具有凹的物侧面，即具有正屈亮度且第一表面12的中央的高度低于两侧的高度，待辨识物20放置于第一表面12上。第二表面14相对于第一表面12设置，即第二表面14设置于第一表面12的对面且相距一段距离。当待辨识物20例如为指头时，则第一表面12的中央的深度较佳为大于或等于指头的一半高度，因此使用者可不需学习或经由他人教导，即可快速取得指头的全部指纹。外侧壁16与第一表面12连接且向第二表面14所在侧延伸。外侧壁16的一端连接于第一表面12的侧端，两者连接处的高度高于第一表面12的中央的高度，且外侧壁16相对于第一表面12倾斜。在第一实施例中，外侧壁16与内侧壁18之间的距离随着远离第一表面12而增加。内侧壁18的一端与第二表面14连接且相对于外侧壁16设置，即内侧壁18位于外侧壁16的对面且相距一段距离。内侧壁18的另一端与底面19b连接。底面19a、19b相对于第一表面12设置且水平连接于外侧壁16与内侧壁18之间，即底面19a、19b位于第一表面12的对面且相距一段距离。简言之，导光组件10的第一表面12与第二表面14构成平凹透镜，具有正屈亮度，且满足以下公式(1)

其中，为直径，tc为中心厚度，R为曲率半径，te为边缘厚度，f为焦距。举例而言，导光组件10可例如满足0.15＜R1/f＜1.5，其中R1为第一表面12的曲率半径，且f为导光组件10的焦距。值得注意的是，依据实际需求，导光组件10亦可选择性具有透镜(未绘示)，例如选自于凸透镜、凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、双凹透镜或其组合，藉以提供所需的光学路径，使得影像撷取组件40可撷取待辨识物20的影像。在其他变化例中，底面19a及底面19b例如均为水平设置，且底面19a与底面19b之间有高低落差，例如底面19a的高度高于底面19b或底面19a的高度低于底面19b。

在第一实施例中，第二表面14与内侧壁18可定义导光组件10的凹槽10a。内侧壁18可相对于第一表面12倾斜。凹槽10a的内径D可随着远离第一表面12而增加。在第一实施例中，外侧壁16与内侧壁18的倾斜程度可不同。举例而言，外侧壁16的倾斜程度可较内侧壁18的倾斜程度大，倾斜程度可依据实际需求而调整，例如外侧壁16可例如为倾斜45度(偏离第二表面12的法线)，内侧壁18可例如为倾斜30度(偏离第二表面12的法线)。外侧壁16与内侧壁18之间的距离d可随着远离第一表面12而增加，其中距离d是指外侧壁16与内侧壁18在平行于第一表面12的方向上的距离，但本实用新型不以此为限。导光组件10为透明实心，较佳为高透光度材质，且例如由硬质材质组成。详言之，在第一实施例中，导光组件10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。除此之外，导光组件10亦可改由高透光度的挠性材质组成，其中挠性材质例如为硅胶或其他适当材料。

在第一实施例中，曲面指纹辨识装置100进一步包括第一反射层21、第二反射层22及第三反射层23同时设置于外侧壁16、内侧壁18及底面19b上。在第一实施例中，第一反射层21及第二反射层22可为任何具有反射光束作用的反射材质，例如镜面反射层或金属反射层。

光源30设置于导光组件10的底面19a下方，用以发出光束。为了简洁图示，本实用新型仅以光束L1、L2举例。在第一实施例中，光束L1、L2例如是不可见光(例如：红外光)。但本实用新型不限于此，在其他变化例中，光束L1、L2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。在第一实施例中，光源30例如为发光二极管。但本实用新型不限于此，在其他变化例中，光源30也可为其他适当种类的发光组件。图2以二个光源30为示例，且光源30设置在导光组件10的相对两侧。但本实用新型不限于此，在其他变化例中，光源30的数量也可为单个且设置在导光组件10的单侧，或者光源30的数量也可为三个以上且设置在导光组件10的三个以上的侧边。

此外，在第一实施例中，曲面指纹辨识装置100进一步可选择性地包括支撑物92。支撑物92由底面19a向光源30所在侧延伸，以维持底面19a与光源30之间的间隙。在第一实施例中，支撑物92可与导光组件10、电路板60或光源30一体成型，或为导光组件10、电路板60及光源30以外的构件，例如间隙体(spacer)或阻隔物，本实用新型并不加以限制。在其他变化例中，曲面指纹辨识装置100也可不包括支撑物92，而用其他适当方式将光源30设置于导光组件10的底面19a、19b旁。举例而言，在另一变化例中，曲面指纹辨识装置100可不包括支撑物92，导光组件10的底面19a可具有凹陷(未显示)，光源30可选择性地配置于底面19a的凹陷与电路板60围出的空间中。在另一变化例中，曲面指纹辨识装置100可不包括支撑物92，导光组件10的底面19a可不具凹陷，但电路板60可具有凹陷(未显示)，光源30可配置于电路板60的凹陷中，导光组件10的底面19a配置于电路板60的所述凹陷上方，而光束L1、L2也可自不具凹陷的底面19a进入导光组件10中。

影像撷取组件40相对于导光组件10的第二表面14设置，即影像撷取组件40位于第二表面14的对面且相距一段距离。详言之，在第一实施例中，曲面指纹辨识装置100进一步包括电路板60，影像撷取组件40可配置于电路板60上且与电路板60电性连接。更进一步地说，在第一实施例中，影像撷取组件40可配置于导光组件10的凹槽10a中，即位于导光组件10的凹槽10a与电路板60所围出的空间内，但本实用新型不以此为限。影像撷取组件40具有数组排列的多个画素(pixel)区42，以接收待辨识物20所反射的光束L1、L2，进而取得待辨识物20的影像。在第一实施例中，影像撷取组件40可为电荷耦合组件(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数组。待辨识物20可为生物的生物特征，例如手指或手掌，藉以获取指纹、静脉、掌纹或组合等，然而，本实用新型不限于此。于不正常的使用情况下，待辨识物20也可能是伪造物，例如假手指。除此之外，由于影像撷取组件40处理所撷取影像的技术已相当成熟，且图像处理技术并非本实用新型的重点所在。再者，本实用新型所述技术领域中具有通常知识者依据本实用新型的揭示内容应可依据现有技术据以实施，故此处不再赘述影像撷取组件40如何撷取待辨识物20的影像以及如何利用算法辨识指纹或纪录指纹特征

值得注意的是，光束L1、L2自部分底面19a进入导光组件10后会被第一反射层21及/或第二反射层22及/或第三反射层23反射，以向第一表面12传递。藉此，可有效使得光束L1、L2进入导光组件10的工作区，其中此工作区即例如为第一表面12与第二表面14之间的区域，以提升曲面指纹辨识装置100的光利用效率。此外，如图4至图6所示，第一实施例的第一表面12进一步可选择性具有开口13，且开口13可占据部分或全部的第一表面12。换言之，当第一表面12具有开口13时，导光组件10的内部可为中空，使空气填满导光组件10的内部空间，因此使用者可例如将待辨识物20，例如手指头，悬空放入开口13中，藉以同时撷取手指头的侧边及底部的指纹的影像。

举例而言，在第一实施例中，光束L1穿过底面19a后可被外侧壁16上的第一反射层21反射至内侧壁18上的第二反射层22，然后从第二反射层22再被反射至第一反射层21，以藉由第一反射层21反射光束L1，使光束L1向第一表面12传递，进而为曲面指纹辨识装置100使用。此外，在第一实施例中，另一光束L2穿过部分的底面19a后会被第一反射层21的一处反射至第二反射层22，第二反射层22可将光束L2反射至第一反射层21的另一处，第一反射层21的另一处反射光束L2，使光束L2向第一表面12传递，进而为曲面指纹辨识装置100使用。

在第一实施例中，曲面指纹辨识装置100进一步可包括至少一准直组件(Collimator)50。准直组件50配置于导光组件10的第二表面14与影像撷取组件40之间。准直组件50可例如为单一准直组件或两个平行设置的准直组件。在第一实施例中，准直组件50可透过光学胶(未绘示)与影像撷取组件40连接，但本实用新型不以此为限。由于，采用准直组件50校正偏离光束的技术已经相当成熟，故此处不再赘述准直组件50如何校正偏离光束。值得注意的是，准直组件50具有多个透光区52。多个透光区52分别对应影像撷取组件40的多个画素区42，例如96×96、72×128或96×192数组。被待辨识物20的每一处反射的光束L1或L2可通过对应的一个透光区52传递至对应的画素区42，而不易传递至其他画素区42。藉此，曲面指纹辨识装置100的取像质量能进一步地提升。但本实用新型不限于此，在其他变化例中，曲面指纹辨识装置100也可选择性地不包括准直组件50。除此之外，在第一实施例中，导光组件10的第一表面12可例如具有单一曲面或由单一曲面组成，其中此曲面可例如为圆弧面，或者导光组件10的第一表面12也可例如由两圆弧面及一平面组成，且平面连接于两圆弧面之间，如图16所示。

请参阅图7至图9，图7为本实用新型的第二实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图，图8为本实用新型的第二实施例的曲面指纹辨识装置沿图7的I-I方向所得的剖面示意图，图9为本实用新型的第二实施例的曲面指纹辨识装置沿图7的II-II方向所得的剖面示意图。本实用新型的第二实施例大部分的技术手段与特征相同于第一实施例或其他实施例。第二实施例相较于第一实施例的技术特征在于，如图7至图9所示，导光组件10不具有底面19b及第三反射层23，且外侧壁16与内侧壁18之间的距离随着远离第一表面12而减少。换言之，光束L1穿过底面19a后可被外侧壁16上的第一反射层21反射至内侧壁18上的第二反射层22，然后再直接从第二反射层22或经由外侧壁16上的第一反射层21向第一表面12传递，进而为曲面指纹辨识装置100使用。

请参阅图10至图12，图10为本实用新型的第三实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图，图11为本实用新型的第三实施例的曲面指纹辨识装置沿图10的I-I方向所得的剖面示意图，图12为本实用新型的第三实施例的曲面指纹辨识装置沿图10的II-II方向所得的剖面示意图。本实用新型的第三实施例大部分的技术手段与特征相同于第一实施例、第二实施例或其他实施例。第三实施例相较于第一实施例、第二实施例或其他实施例的技术特征在于，如图10至图12所示，曲面指纹辨识装置100进一步具有平凸透镜15设置于第二表面14上且位于准直组件50的上方，或者以平凸透镜15取代准直组件50，且平凸透镜15的平整面接触第二表面14，平凸透镜15的凸面面对第一表面12，即上方凸(凸的物侧面)且下方平(平的像侧面)。第三实施例藉由设置平凸透镜15，可有效汇集待辨识物20所反射的光束，以提升光利用效率。其中，平凸透镜15的光学参数可随实际需求而调整，例如平凸透镜15满足以下公式(2)：

其中，

为直径，tc为中心厚度，R为曲率半径，te为边缘厚度，f为焦距。举例而言，此具有平凸透镜15的导光组件10同样例如满足0.15＜R1/f＜1.5，其中R1为第一表面12的曲率半径，且f为导光组件10的焦距。

请参阅图13至图15，图13为本实用新型的第四实施例的曲面指纹辨识装置的上视示意图，图14为本实用新型的第四实施例的曲面指纹辨识装置沿图13的I-I方向所得的剖面示意图，其中待辨识物未接触第一表面，图15为本实用新型的第四实施例的曲面指纹辨识装置沿图13的I-I方向所得的剖面示意图，其中待辨识物已接触第一表面。本实用新型的第四实施例大部分的技术手段与特征相同于第一实施例至第三实施例或其他实施例。第四实施例相较于第一实施例至第三实施例或其他实施例的技术特征在于，如图13至图15所示，导光组件10的第一表面12为透明挠性层，第二表面14及底面19a则为透明硬质层，外侧壁16为硬质层，且第一表面12、第二表面14、外侧壁16、内侧壁18及底面19a、19b所围成的空间为空气。藉此，当待辨识物20放置于导光组件10的第一表面12时，第一表面12可随着待辨识物20的形状或向下移动而进一步弯曲，亦即可改变曲率。此外，在此第四实施例中，外侧壁16进一步可选择性藉由转轴17枢接导光组件10的底面19a。因此，当第一表面12随着待辨识物20而改变曲率时，外侧壁16也会随之改变倾斜角度(即外侧壁16与底面19a的夹角)。

依据本实用新型的曲面指纹辨识装置，具有以下功效：

(1)导光组件具有曲面，可同时撷取待辨识物的侧边及底部的指纹影像，不仅能够节省撷取影像的时间，且藉由增加影像面积增加可供判读的指纹特征，因此可增加后续辨识的精准度。

(2)具有准直组件，藉由将发散的光束变成准直的光束，可进一步提升取像质量。

(3)导光组件具有开口，藉此可撷取开口中悬空放置的待辨识物的非平面影像。

(4)导光组件具有挠性材质，第一表面可贴住待辨识物且依据待辨识物的形状调整曲率。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本实用新型的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求中。

附图标记说明

10：导光组件 22：第二反射层

10a：凹槽 23：第三反射层

100：曲面指纹辨识装置 20：待辨识物

12：第一表面 30：光源

13：开口 40：影像撷取组件

121：曲面 50：准直组件

14：第二表面 52：透光区

15：平凸透镜 42：画素区

16：外侧壁 60：电路板

17：转轴 92：支撑物

18：内侧壁 D：内径

19a、19b：底面 d：距离

21：第一反射层 L1、L2：光束

Claims (10)

1.一种曲面指纹辨识装置，其特征在于，至少包括：

导光组件，包括：

第一表面，至少包括曲面，且该第一表面的中央的高度低于两侧的高度；

第二表面，相对于该第一表面设置；

外侧壁，连接于该第一表面与该第二表面之间，该外侧壁相对于该第一表面倾斜；

内侧壁，连接该第二表面且相对于该第一表面倾斜；以及

底面，相对于该第一表面设置，且水平连接于该外侧壁与该内侧壁之间；

第一反射层及第二反射层，分别设置于该外侧壁及该内侧壁上；

光源，设置于该导光组件的该外侧壁与该内侧壁之间，用以发出光束；以及

影像撷取组件，相对于该导光组件的该第二表面设置，其中该光束穿过该底面后被该第一反射层及该第二反射层的至少一者反射，以向具有该曲面的该第一表面传递，藉以同时获取待辨识物的底部及侧面的指纹。

2.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，进一步包括平凸透镜设于该第二表面上，且该平凸透镜的平整面接触该第二表面，该平凸透镜的凸面面对该第一表面。

3.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，进一步包括第三反射层设置于一部分的该底面上，该光束穿过另一部分的该底面后被该第一反射层、该第二反射层及该第三反射层的至少一者反射，以向具有该曲面的该第一表面传递。

4.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，该第一表面由该曲面组成。

5.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，该第一表面由两圆弧面及一平面组成，且该平面连接于该两圆弧面之间。

6.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，该外侧壁与该内侧壁之间的距离随着远离该第一表面而增加或减少。

7.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，进一步包括至少一准直组件配置于该导光组件的该第二表面与该影像撷取组件之间。

8.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，该外侧壁从该第二表面延伸至该第一表面的侧边且高度高于该第一表面的该中央的高度。

9.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，该导光组件由硬质材质或挠性材质组成。

10.如权利要求1所述的曲面指纹辨识装置，其特征在于，该第一表面具有开口，且该光束向该第一表面的该开口传递。

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