CN212229653U - 指纹感测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种指纹感测装置，其适于感测用户的指纹，包括影像传感器、光源以及光导板。影像传感器设置于光导板的第一侧，光源设置于光导板的第二侧。第一侧相对于第二侧。光导板包括多个光纤元件，其中各光纤元件包括邻近于指纹的指纹端与邻近影像传感器的感测端。光纤元件的纤核的截面积由指纹端至感测端递减。本实用新型的指纹感测装置可在较薄的体积下兼具有良好的光学质量。

Description

指纹感测装置
技术领域
本实用新型涉及一种指纹感测装置。
背景技术
随着生物辨识技术逐渐成熟，许多不同的生物特征用来辨识用户的身分。由于指纹辨识技术的辨识率与准确率优良，其应用层面最广，其中因光学式指纹辨识在成本上具有优势，故为现阶段指纹辨识技术的主流。
现有的光学式指纹辨识技术的原理是藉由光源投射出光线，光线藉由光导引元件传递至指纹，手指上的指纹反射光线以再一次地藉由光导引元件传递回传感器，传感器再依据反射光线感测指纹图样并与系统内部的存储的指纹影像比对，藉此达到辨识的功能。
然而，现有光学式指纹辨识技术仍无法在较薄的体积下达良好的影像对比度、指纹影像亮度与指纹分辨率等，因此如何解决上述问题便成为了本领域的技术人员努力的方向之一。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种指纹感测装置，其可在较薄的体积下兼具有良好的光学质量。
根据本实用新型的实施例提供一种指纹感测装置，其适于感测用户的指纹，包括影像传感器、光源以及光导板。影像传感器设置于光导板的第一侧，光源设置于光导板的第二侧。第一侧相对于第二侧。光导板包括多个光纤元件，其中各光纤元件包括邻近于指纹的指纹端与邻近影像传感器的感测端。光纤元件的纤核的截面积由指纹端至感测端递减。
在本实用新型的实施例的指纹感测装置中，由于光导板内光纤元件的纤核截面积由指纹端至感测端递减，故由感测端出射的光束的光集中程度较高，因此影像传感器感测到的指纹影像质量良好，且指纹感测装置具有较小的体积，符合现行电子装置微型化的趋势。
附图说明
包含附图以便进一步理解本实用新型，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本实用新型的实施例，并与描述一起用于解释本实用新型的原理。
图1为本实用新型一实施例的指纹辨识装置的示意图。
图2A为图1中光导板在指纹端的上视示意图。
图2B为图1中光导板在感测端的上视示意图。
图3为图1中光纤元件的纤核的外观示意图
图4A为一比较实施例的光纤元件在指纹端与感测端的上视示意图、剖面示意图以及相应的光学模拟图。
图4B为本实用新型的一实施例的光纤元件在指纹端与感测端的上视示意图、剖面示意图以及相应的光学模拟图。
图5A为本实用新型另一实施例的光导板在指纹端的上视局部示意图。
图5B为图5A的光导板在感测端的上视局部示意图。
图6为图5A中光纤元件的纤核的外观示意图。
附图标号说明
100：指纹辨识装置；
110：影像传感器；
120：光源；
130、130a：光导板；
132、132’：光纤元件
132a、132a’、132aa：纤核；
132b、132b’、132ba：包覆部；
140：透光盖板；
A1、A2：截面；
C1、C2：形状中心；
D’、D1、D2：间距；
E1：指纹端；
E2：感测端；
IB：光束；
P1、P2：位置；
RB：反射光束；
OB：手指；
S：侧表面；
S1：第一侧；
S2：第二侧；
W’、W1a、W2a、Wb1、Wb2：宽度
具体实施方式
现将详细地参考本实用新型的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
图1为本实用新型一实施例的指纹辨识装置的示意图。图2A为图1中光导板在指纹端的上视示意图。图2B为图1中光导板在感测端的上视示意图。图3为图1中光纤元件的纤核的外观示意图。
请参照图1，在本实施例中，指纹辨识装置100包括影像传感器110、光源120、光导板130与透光盖板140，其适于感测用户的指纹。于以下的段落中会详细地说明上述各元件與各元件之间的配置关系。
影像传感器110为可将光讯号转换成电讯号的电子元件，藉此将来自物体的影像光束转换成影像数据。于本实施例中，影像传感器110的种类例如是薄膜晶体管影像传感器或其他合适的影像传感器，本实用新型并不以此为限。影像传感器110设置于光导板130的第一侧S1(例如是下侧)。
光源120为可发出光束的光电元件。于本实施例中，光源120可为显示面板。于其他的实施例中，光源120亦可为发光二极管、有机发光二极管或其他合适的发光元件，本实用新型并不以此为限。光源120设置于光导板130 的第二侧S2(例如是上侧)，且光源120设置于透光盖板140与光导板130之间。
光导板130为由多个光纤元件132所组成的板状元件，其中光束适于于光纤元件132内传递。请参照图1、图2A至图2B與图3，各光纤元件132 包括纤核132a与包覆部132b，其中包覆部132b包覆纤核132a，换言之，包覆部132b的内表面与纤核132a的外表面共形。纤核132a的折射率大于包覆部132b的折射率。各光纤元件132包括邻近于指纹的指纹端E1与邻近影像传感器110的感测端E2。请参照图2A与图2B，这些光纤元件132以阵列的方式排列，并与影像传感器110的各像素单元(未示出)对应。在指纹端E1与感测端E2中，两相邻的光纤元件132之间分别设有间距D1、D2，其中间距 D1的大小例如是3微米，而间距D2的大小例如是4微米，应注意的是，上述的数值仅为举例，本实用新型并不以此为限。
纤核132a具有在指纹端E1的截面A1与在感测端E2的截面A2以及与截面A1、A2相连的侧表面S，其中侧表面S例如是倾斜的表面。纤核132a 在指纹端E1的截面A1的形状中心C1对位于纤核132a在感测端E2的截面 A2的形状中心C2。由图2A与图2B可看出：纤核132a在指纹端E1的截面 A1面积大于纤核132a在感测端E2的截面A2面积。详细来说，请参照图2A，于本实施例中，纤核132a在指纹端E1的截面A1形状为正方形，且其宽度 W1a例如是8微米，即纤核132a在指纹端E1的截面A1面积例如是64平方微米。请参照图2B，纤核132a在感测端E2的截面A2形状为正方形，且其宽度W2a例如是6微米，即纤核132a在感测端E2的截面A2面积例如是64 平方微米。由图1与图3可看出：从指纹端E1往感测端E2的方向上，纤核 132a的面积是递减的，纤核132a的形状为截头方锥体。应注意的是，上述的数值仅为举例，本实用新型并不以此为限。
另一方面，包覆部132b在指纹端E1的截面形状为中空的正方形，且其宽度Wb1例如是9微米，即包覆部132b在指纹端E1的截面积例如是17平方微米。包覆部132b在感测端E2的截面形状为中空的正方形，且其宽度 Wb2例如是7微米，即包覆部132b在指纹端E1的截面积例如是13平方微米。由图1可看出：从指纹端E1往感测端E2的方向上，包覆部132b的面积是递减的。应注意的是，上述的数值仅为举例，本实用新型并不以此为限。
此外，于光导板130中，从指纹端E1至所述感测端E2的方向上，所述光纤元件132的长度L的范围落在4微米至10微米的范围内，本实用新型并不以此为限。
透光盖板140系为可使光束穿透的光学元件，其材料例如是玻璃，并提供上述元件保护功能。透光盖板140设置于光导板130的第二侧S2。
于以下的段落中会详细地说明本实施例的光学效果。
当用户的手指OB碰触透光盖板140时，光源120发出光束IB，光束IB 穿透透光盖板140传递至手指OB上的指纹，指纹反射光束IB以形成反射光束RB，其中反射光束RB带有指纹的图像信息。反射光束RB再由指纹端E1 进入光纤元件132的纤核132a，并在纤核132a内进行一至多次的全反射后，并由感测端E2离开纤核132a，以传递至影像传感器110。影像传感器110接收反射光束RB后将光讯号转换成电讯号，以感测指纹图案，并与系统内部的存储的指纹影像比对，藉此达到辨识的功能。
图4A为一比较实施例的光纤元件在指纹端与感测端的上视示意图、剖面示意图以及相应的光学模拟图。图4B为本实用新型的一实施例的光纤元件在指纹端与感测端的上视示意图、剖面示意图以及相应的光学模拟图。
于此处具体说明比较实施例的光纤元件132’与本实施例的光纤元件132 的差异，其主要差异在于：请参照图4A，光纤元件132’包括纤核132a’与包覆部132b’。纤核132a’的形状为长方柱体，包覆部132b’的形状为中空的长方柱体。纤核132a’在指纹端E1、感测端E2的截面形状皆为正方形，且其宽度W’例如皆为6微米。包覆部132b’在指纹端E1、感测端E2的宽度W”例如皆为7微米。包覆部132b’在指纹端E1、感测端E2的截面形状皆为中空的正方形，且其宽度W’例如皆为6微米。两相邻的光纤元件130’的间距D’例如为3微米。应注意的是，上述的数值仅为举例，本实用新型并不以此为限。
请先参照图4A，在比较实施例中，经计算可知其光效率约为5.5％，在位置P1的影像对比度为21.22％，而在位置P2的影像对比度为20.7％。请再参照图4B，在本实施例中，经计算可知其光效率约为8.71％，在位置P1的影像对比度为22.47％，而在位置P2的影像对比度为22％。由此可知，相较于比较实施例的纤核13a的设计，由于本实施例的光纤元件132的纤核132a 截面积由指纹端E1至感测端E2递减，故由感测端E2出射的反射光束RB 的光集中程度较高，因此影像传感器110感测到的指纹影像光效率良好，且指纹感测装置100具有较小的体积，符合现行电子装置微型化的趋势。
值得一提的是，若由非来自手指OB的杂散光束传递至纤核132a内时，由于纤核132a的侧表面S为倾斜的，杂散光束可藉由侧表面反射而由指纹端 E1出射于光纤元件132，可降低杂散光的光串扰(optical cross talk)现象，因此影像传感器110感测到的指纹影像对比度良好,进而提升指纹分辨率。
图5A为本实用新型另一实施例的光导板在指纹端的上视局部示意图。图5B为图5A的光导板在感测端的上视局部示意图。图6为图5A中光纤元件的外观示意图。
请参照图5A至图5B、图6，上述图中的光導板130a類似於圖1、圖2A 至圖2B及圖3的光導板130，其主要差異在於：光导板130a的纤核132aa 的形状为截头圆锥体，包覆部132ba的形状为中空的截头圆锥体。
值得一提的是，只要纤核的截面积符合由指纹端E1至感测端E2递减的条件，都在本实用新型的范畴之内，本实用新型并不以此为限。
综上所述，在本实用新型的实施例的指纹感测装置中，由于光导板内光纤元件的纤核截面积由指纹端至感测端递减，故由感测端出射的光束的光集中程度较高，因此影像传感器感测到的指纹影像质量良好，且指纹感测装置具有较小的体积，符合现行电子装置微型化的趋势。此外，由于纤核的侧表面为斜面，当杂散光束入射于纤核时，杂散光束可在斜面进行多次反射后而由指纹端出射，避免位于感测端的影像传感器接收到杂散光束，因此指纹感测装置具有良好的影像对比度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种指纹感测装置，适于感测用户的指纹，其特征在于，包括：
影像传感器；
光源；以及
光导板，其中所述影像传感器设置于所述光导板的第一侧，所述光源设置于所述光导板的第二侧，所述第一侧相对于所述第二侧，其中所述光导板包括多个光纤元件，其中各所述光纤元件包括邻近于所述指纹的指纹端与邻近所述影像传感器的感测端，其中所述光纤元件的纤核的截面积由所述指纹端至所述感测端递减。
2.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述光纤元件的所述纤核形状为截头方锥体。
3.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述光纤元件的所述纤核形状为截头圆锥体。
4.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，从所述指纹端至所述感测端的方向上，所述光纤元件的长度的范围落在4微米至10微米的范围内。
5.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，其中所述纤核在所述指纹端的截面的形状中心对位于所述纤核在所述感测端的截面的形状中心。
6.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述影像传感器的种类为薄膜晶体管影像传感器。
7.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述光源包括显示面板。
8.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述光源用以发出光束，其中所述光束传递至所述指纹，所述指纹反射所述光束以形成反射光束，所述反射光束再由所述指纹端进入所述光纤元件，并由所述感测端离开所述光纤元件，以传递至所述影像传感器。
9.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，更包括透光盖板，设置于所述光源上方。
10.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述多个光纤元件以阵列方式排列。
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