TW201629521A - 光學裝置 - Google Patents

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陳毅修
朱敏慧
林廷勇
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Abstract

一種光學裝置，包含影像擷取單元、至少一個發光元件和導光元件。導光元件界定影像擷取單元所配置的基板上方的空間。導光元件包含中心部分和周圍部分。中心部分配置在空間上方，並且具有相對遠離影像擷取單元的第一表面以及與第一表面相反並且相對接近影像擷取單元的第二表面。周圍部分連接到中心部分並且包圍空間。周圍部分包含反射面。反射面連接到第一表面並且相對於第一表面的平面朝向影像擷取單元以一定角度傾斜。反射面適於執行全反射。

Description

光學裝置
本發明是有關於一種光學裝置。
光學指紋採集裝置已廣泛應用於指紋採集和識別，指紋採集是基於在光學感測器上形成手指表面的光學成像。傳統的光學指紋採集裝置使用棱鏡，由使用者的手指直接接觸，光源和光學感測器分別位於不同側。利用全內反射（total internal reflection）和受抑全內反射（frustrated total internal reflection，FTIR）的現象，指紋的脊線-谷線圖案可以產生強反差指紋影像。
然而，利用棱鏡的光學裝置的體積相對較大。具體來說，光學裝置的厚度必須大於棱鏡的高度。由於棱鏡必須足夠大以接觸整個手指，因此棱鏡的所需總體體積限制棱鏡的高度的最小值。由於光學指紋採集裝置的厚度受限於大於棱鏡的高度，所以光學裝置的所得總體體積相對較大。因此，在安裝空間受限的電子裝置中無法便利地安裝利用棱鏡的光學裝置。再者，安裝光學裝置會使電子裝置加厚，使用傳統光學裝置將不利於電子裝置的外觀輕薄化。
本發明的光學裝置包含影像擷取單元、至少一個發光元件和導光元件。導光元件界定影像擷取單元所配置的基板上方的空間。導光元件包含中心部分和周圍部分。中心部分配置在所述空間上方，並且具有相對遠離影像擷取單元的第一表面以及與第一表面相反並且相對接近影像擷取單元的第二表面。周圍部分連接到中心部分並且包圍所述空間。周圍部分包含反射面。反射面連接到第一表面並且相對於第一表面的平面朝向影像擷取單元以一定角度傾斜。反射面適於執行全反射。
在本發明的一實施例中，上述的周圍部分包含圍住所述空間並連接到中心部分的第二表面的內部周圍表面，以及作為反射面的外部周圍表面。
在本發明的一實施例中，上述的周圍部分包含圍住所述空間並連接到中心部分的第二表面的內部周圍表面，以及具有形成鈍角的至少兩個表面的外部周圍表面。至少兩個表面中的一個表面是反射面。
在本發明的一實施例中，上述的周圍部分包含圍住所述空間並且具有形成鈍角的至少兩個表面的內部周圍表面。至少兩個表面中的一個表面連接到中心部分的第二表面。周圍部分還包含具有形成鈍角的至少兩個表面的外部周圍表面，其中至少兩個表面中的一個表面是反射面。
在本發明的一實施例中，上述的反射面適於將從至少一個發光元件發射的光束全反射到中心部分的第一表面。
在本發明的一實施例中，上述的反射面朝向影像擷取單元傾斜以相對於第一表面形成鈍角。
在本發明的一實施例中，上述的導光元件的周圍部分定義出圍住至少一個發光元件的至少一個容納空間。
在本發明的一實施例中，上述的導光元件的周圍部分進一步包含一表面作為至少一個發光元件的光束的入射面。
在本發明的一實施例中，上述的反射面塗覆有金屬以全反射光束。
在本發明的一實施例中，上述的周圍部分包含圍住所述空間並且連接到中心部分的第二表面的內部周圍表面，並且內部周圍表面塗覆有金屬以全反射光束。
在本發明的一實施例中，上述的影像擷取單元用來接收當物體觸摸光學裝置使第一表面處的全內反射受到抑制時由物體散射的光束，以產生物體的影像。
在本發明的一實施例中，上述的導光元件對光束透光。
在本發明的一實施例中，上述光學裝置更包括微結構層。微結構層配置在所述第一表面上方。微結構層適於散射光束。
在本發明的一實施例中，上述包括微結構層的光學裝置的影像擷取單元用來接收當物體觸摸所述光學裝置使所述微結構層散射的光束，以產生所述物體的影像。
基於上述，在本發明的範例實施例中，導光元件包圍影像擷取單元並且在導光元件內可形成內全反射。由於導光元件較薄，因此光學裝置可以相對較薄，從而允許便利地在安裝空間受限的裝置中進行安裝。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細參考本發明的當前優選實施例，其實例在附圖中說明。如果可能，相同的參考標號在圖式和描述中用於代表相同或相似部分。
圖1是根據本發明的實施例的光學裝置的三維示意圖。圖2是圖1的光學裝置的底視圖。圖3是圖1的光學裝置沿線A-A'截取的截面示意圖。圖4是接觸手指的圖3的光學裝置的截面示意圖。請參考圖1到圖4，光學裝置100包含影像擷取單元130、至少一個發光元件142和導光元件120。導光元件120界定影像擷取單元130所在的基板110上方的空間S。導光元件120包含中心部分180和周圍部分170。中心部分180配置在空間S上方，並且包含相對遠離影像擷取單元130的第一表面S1以及與第一表面S1相反且相對接近影像擷取單元130的第二表面S2。也就是說，相比第一表面S1，第二表面S2更接近影像擷取單元130。周圍部分170連接到中心部分180並且包圍空間S。周圍部分170包含圍住空間S的內部周圍表面S4和外部周圍表面S5。外部周圍表面S5包含反射面S3和外部表面S6。反射面S3連接到第一表面S1並且相對於第一表面S1的平面P朝向影像擷取單元130以角度θ1 傾斜。反射面S3適於執行全反射。反射面S3和外部表面S6形成鈍角θ2 ，並且反射面S3和第一表面S1形成一鈍角。外部表面S6相對於基板110大體上是垂直的。內部周圍表面S4連接到中心部分180的第二表面S2。內部周圍表面S4連接到第二表面S2的角度可以是大體上垂直的。也就是說，導光元件120在基板110上方所限定的空間S的橫截面形狀可以是（例如）矩形的。空間S的三維形狀是（例如）長方體。然而，本發明不限於此，並且可以根據設計要求調整角度且空間S的形狀可以不同，並且空間S的三維形狀可以是（例如）圓拱形、梯形棱鏡，或任何其它合適的形狀。周圍部分170還包含外部周圍表面S5。外部周圍表面S5包含形成鈍角θ2 的至少兩個表面。也就是說，外部周圍表面S5包含外部表面S6和反射面S3，所述表面形成鈍角θ2 。
周圍部分170進一步包含圍住至少一個發光元件142的至少一個表面S7。也就是說，周圍部分170與基板110一起界定至少一個容納空間140。容納空間140由至少一個表面S7和基板110界定。容納空間140用來圍住發光元件142。表面S7是至少一個發光元件142的光束進入導光元件120的入射面。
在本實施例中，在圖3中繪示兩個容納空間140，並且所述容納空間140具有正方形形狀的橫截面。然而，本發明不限於此。可以根據使用者的要求調整容納空間140的數目和光源142的數目。此外，容納空間140的橫截面可以是任何合適的形狀，例如圓拱形或矩形。另外，容納空間140也可以定形為圍繞光源142緊密地配合且接觸使得作為光入射面之表面S7接觸光源142。
發光元件142配置在基板110上並且發射多個光束。反射面S3適於將從至少一個發光元件142發射的光束反射或全反射到中心部分180的第一表面S1。例如，光束L經由反射面S3反射或全反射到中心部分180的第一表面S1。因此，反射面S3可以是適於在導光元件120內全反射光束L的全反射面。反射面S3相對於第一表面S1的平面P朝向影像擷取單元130以角度θ1 傾斜。在本實施例中，第一表面的平面P平行於X軸方向。因此，光束L在導光元件120內可以形成全內反射（total internal reflection），簡稱全反射。角度θ1 小於90度並且（例如）在40度與50度之間，使得反射面S3為全反射面。然而，本發明不限於此。需注意的是，發光元件142發射的可以是非理想平行光束，角度θ1 的配置（同理可說是反射面S3和第一表面S1形成的鈍角的配置）是為了使不同路徑的入射光束行進至反射面S3後，有大部分的入射光束可以全反射至第一表面S1（同時，少部分入射光束會有反射光至第一表面S1亦有折射光至光學裝置外），或者，角度θ1 的配置雖不能使大部分的入射光束全反射至第一表面S1，但是可以使反射至第一表面S1的反射光的比例顯著大於逸出光學裝置外的折射光的比例亦可。可以根據使用者的要求調整角度θ1 。反射面S3可以塗覆有金屬以增加發光元件142發射的光束經反射面S3反射進入導光元件120的中心部分180的比例，進而增加導光元件120內的光量以提高影像擷取單元130擷取的影像的亮度和對比。
在本實施例中，第一表面S1與第二表面S2之間的厚度H1（例如）在0.2 mm與0.8 mm之間。然而，本發明不限於此。第一表面S1與第二表面S2之間設置的厚度H1很可能需要盡可能薄以保持光學裝置100較薄。然而，更大厚度使得來自發光元件142的光束的更多光進入中心部分，即第一表面S1與第二表面S2之間。另外，厚度H1必須足夠厚使得當使用者按壓第一表面S1時導光元件120不會斷裂。因此，可以根據使用者的要求調整第一表面S1與第二表面S2之間的厚度H1。
在本實施例中，圍繞導光元件120的附近材料通常是空氣。具體來說，導光元件120與影像擷取單元130之間的空間中通常是空氣，並且光學裝置在未被碰觸時，第一表面S1之外通常也是空氣。空氣的折射率近似於1，導光元件120的折射率依材料而不同，例如玻璃的折射率是從1.4到2，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的折射率是1.49，聚碳酸酯（PC）的折射率是1.58，樹脂的折射率是1.65, 藍寶石（sapphire）的折射率是1.77。然而，本發明不限於上述材料。導光元件120還對光束L透光。也就是說，從發光元件142發射的光束能夠通過導光元件120。當第一表面S1未被手指接觸時，第一表面S1外的介質是空氣，此時從發光元件142發射的大部分光束例如光束L，藉由反射面S3反射或全反射至第一表面S1之後，可在導光元件120內形成全內反射。詳細來說，入射至第一表面S1的光束在全反射至第二表面S2後，於第二表面S2也全反射至第一表面S1，即在第一表面S1與第二表面S2之間全反射；另一方面，當光束入射至第一表面S1或至第二表面S2的入射角度不致於發生全反射時，會發生折射(Refraction)由第一表面S1逸出光學裝置外，或在第一表面S1反射(Reflection)至第二表面S2後再折射進入影像擷取單元130。
光線行進遇到兩個不同材料的界面時，若兩個介面的折射率的差異越大，則光線反射的比例（反射率）越高。舉例來說，相較於空氣的折射率，手指的折射率更接近導光元件120的折射率（也就是差異較小），因此，光線在導光元件120中行進至與空氣接觸的表面時的反射率，大於光線在導光元件120中行進至與手指（紋峰）接觸的表面時的反射率。請參考圖4，當第一表面S1未被手指接觸時，進入導光元件120的中心部分180的大部分光束可以在第一表面S1與第二表面S2之間形成全反射（僅有一少部分折射光逸出光學裝置外或進入影像擷取單元130）。當手指F接觸第一表面S1時，光束L在中心部分180內相對於接觸位置處（即：指紋峰部，ridge）發生反射及折射，此時一部分的光束L通過第一表面S1折射進入手指F，其中一部分光被手指吸收並且另一部分光由手指F散射，由於有上述折射光進入手指，導致有機會進入影像擷取單元130的反射光相對較少；另一方面，指紋谷部（valley）未實際接觸第一表面S1，指紋谷部與第一表面S1之間有空氣間隙，因此相對應的位置仍可形成全反射以及非全反射但反射率相對較大（因為導光元件120與空氣二者的折射率差異較大），使得第一表面S1的指紋谷部處有相對較多的光線可以反射至第二表面S2並且折射進入影像擷取單元130。藉此，影像擷取單元130可以產生指紋峰部較暗並且指紋谷部較亮的指紋影像。在本實施例中，接觸光學裝置的第一表面S1的物體是手指F，物體的影像是手指F的指紋，然而本發明不限於此。物體可以是除手指外的任何其它物體，並且影像可以是可接觸第一表面S1的任何合適物體的影像。
此外，內部周圍表面S4可以塗覆有金屬以進一步增加發光元件142發射的所有光束進入導光元件120的比例，換言之是增加導光元件120中的光量，藉此增加影像擷取單元130接收的光量。另外，外部周圍表面S5的外部表面S6和反射面S3也可以塗覆有金屬以進一步增加反射進入導光元件120的中心部分180的光束。
此外，在本實施例中，中心部分180可以是耐刮材料，如圖3中所示。也就是說，中心部分180的材料可以是合適的耐刮材料。在本實施例中，分開地形成中心部分180和周圍部分170以包含耐刮材料作為中心部分的材料。因此，保護導光元件120以免受到刮擦。耐刮材料是（例如）藍寶石，但是本發明不限於此。可以根據使用者的要求選擇所使用的耐刮材料。光束L可以通過以耐刮材料形成的中心部分180。當手指F接觸第一表面S1時，光束L在中心部分180內相對於指紋峰部發生反射及折射，此時一部分的光束L通過中心部分180的耐刮材料進入手指F，一部分光被手指吸收並且一部分光由手指F散射，而對於未實際接觸第一表面S1的指紋谷部與第一表面S1之間有空氣間隙，光束在相對應位置仍可形成全反射以及非全反射但反射率相對較大，使得第一表面S1的指紋谷部處有相對較多的光線可以反射至第二表面S2並且折射進入影像擷取單元130。藉此，影像擷取單元130產生指紋峰部較暗並且指紋谷部較亮的指紋影像。在圖3和圖4中，周圍部分170和中心部分180以不同線條繪示，表示材料不相同，然而，本發明不限於此。中心部分180的材料不限於耐刮材料，並且可以是與周圍部分170相同的材料。另外，周圍部分170也可以由與中心部分180相同的耐刮材料構成。也就是說，根據使用者的要求，中心部分180和周圍部分170的材料可以相同或不同，並且可以是耐刮材料或不耐刮材料。
在本實施例中，從基板到中心部分180的第二表面S2的高度H2大於影像擷取單元130加上其配合的鏡頭（未繪於圖中）的高度。
圖2是圖1的光學裝置的底視圖。請參考圖2，圖2是未繪示基板110和影像擷取單元130的情況下的光學裝置100的底視圖，可以視為導光元件120的底視圖。圖2繪示發光元件142和容納空間140的佈置。在本實施例中，發光元件142的數目是十二個。然而，本發明不限於此。可以根據使用者調整發光元件142的數目和容納空間140的數目。另外，可以根據使用者調整在導光元件120的每一側上的發光元件142的間距和佈置。在本實施例中，發光元件142是發光二極體。然而，本發明不限於此。
如圖2中所示，容納空間140的數目等於發光元件142的數目。然而，本發明不限於此。於另一實施例中，導光元件120可以包含延伸穿過導光元件120的所有側面的僅一個容納空間140。一個容納空間140可以容納光學裝置100的所有發光元件142。其可根據設計要求調整容納空間140的數目。
圖1是光學裝置的三維示意圖。在本實施例中，導光元件120相對於第一表面S1的中軸線C可旋轉地對稱，例如圖2中所描繪的正方形形狀的導光元件120具有90度的旋轉對稱性。然而，本發明不限於此，並且導光元件可以是具有或不具有旋轉對稱性的任何形狀。
圖5是根據本發明的實施例的光學裝置的三維示意圖。圖6是圖5的光學裝置的底視圖。圖7是圖5的光學裝置沿線B-B'截取的截面示意圖。請參考圖5到圖7，圖5到圖7的實施例類似於圖1到圖4的實施例。類似元件將使用如圖1到圖4的實施例中的類似參考標號。類似元件的描述將不重複並且可以參考圖1到圖4的描述。如圖7中所示，光學裝置200包含基板210、發光元件242、導光元件220以及影像擷取單元230。導光元件220包含中心部分280和周圍部分270。容納空間240由周圍部分270的表面S7（作為發光元件242的光束的入射面）和基板210界定。光學裝置200進一步包含配置在中心部分280的第一表面S1上的耐刮層290，用來保護導光元件220以免受到刮擦。耐刮層290的材料是（例如）藍寶石。耐刮層290也可以使用任意其它類型的耐刮材料。在手指F紋峰接觸耐刮層290時，光束L通過中心部分280並通過耐刮層290進入手指，一部分光被手指吸收並且一部分光由手指F散射，另一方面手指紋谷未實際接觸耐刮層290，因此可以有相對較多的光線反射至第二表面S2並且折射進入影像擷取單元230。此外，容納空間240的截面形狀具有圓拱形狀。然而，容納空間240的截面形狀可以是任何其它合適的形狀，例如正方形或矩形。另外，容納空間240也可以定形為圍繞光源242緊密地配合且接觸使得光入射面S7接觸光源242。
此外，在本實施例中，周圍部分270包含具有至少兩個表面S8、S9的內部周圍表面，至少兩個表面S8和S9形成鈍角θ3 。在本實施例中，表面S9連接到中心部分280的第二表面S2。也就是說，在本實施例中，空間S的截面形狀是梯形和矩形的組合。光學裝置200的厚度和高度的描述可以參考圖1到圖4的描述，不在此重複。另外，發光元件242和容納空間240的佈置可以參考圖1到圖4的描述，如數目和配置可以根據使用者的要求進行調整。
請參考圖5，在本實施例中，導光元件220相對於第一表面S1的中軸線C可旋轉地對稱。具體來說，導光元件220具有圓柱形形狀，並且具有360度的旋轉對稱性。在其它實施例中，導光元件220的形狀可以是（例如）具有類似於圖1和圖2的90度的旋轉對稱性的正方形，或具有180度的旋轉對稱性的矩形。然而，本發明不限於此，並且導光元件可以是具有或不具有旋轉對稱性的任何形狀。
請參考圖6，圖6是未繪示圖7的基板210和影像擷取單元230的情況下的光學裝置200的底視圖。圖6繪示發光元件242和容納空間240的佈置。在本實施例中，發光元件242的數目是八個。然而，本發明不限於此。可以根據使用者調整發光元件242的數目和容納空間240的數目。另外，可以根據使用者調整圍繞導光元件220的發光元件242的間距和佈置。在本實施例中，發光元件242是發光二極體。然而，本發明不限於此。
如圖6中所示，容納空間240的數目是一個，並且所有發光元件242容納於容納空間240中。然而，本發明不限於此。可以增大並調整容納空間240的大小以容納一個或多個發光元件242。類似於圖3，容納空間240的數目也可以是與發光元件242相同的數目。可以根據設計要求調整容納空間240的數目。
圖8是根據本發明的又一實施例的光學裝置的截面示意圖。請參考圖8，圖8的實施例類似於圖1的實施例。類似元件將使用如圖1的實施例中的類似參考標號。類似元件的描述將不重複並且可以參考圖1的描述。如圖8中所示，光學裝置300包含基板310、發光元件342、導光元件320以及影像擷取單元330。導光元件320包含彼此連接的中心部分380和周圍部分370。容納空間340由周圍部分370的表面S7和基板310界定。容納空間340的截面形狀的描述類似於容納空間140，並且在此將不重複相同的描述。
此外，在本實施例中，周圍部分370包含連接到中心部分380的第二表面S2以界定空間S的內部周圍表面S4。在本實施例中，空間S的截面形狀界定為圓拱形。也就是說，內部周圍表面S4與第二表面S2之間的連接形成界定空間S的橫截面的圓拱形狀。導光元件320的三維形狀可以類似於如圖1或圖5中所示的三維形狀，但不限於此。也就是說，導光元件320可以具有或不具有不同類型的旋轉對稱性。導光元件320的三維形狀可以是根據設計要求的任何合適的形狀。
圖9是根據本發明的又一實施例的光學裝置的截面示意圖。請參考圖9，圖9的實施例類似於圖1的實施例。類似元件將使用如圖1的實施例中的類似參考標號。類似元件的描述將不重複並且可以參考圖1的描述。如圖9中所示，光學裝置400包含基板410、發光元件442、導光元件420以及影像擷取單元430。導光元件420界定影像擷取單元430所在的基板410上方的空間S。導光元件420包含彼此連接的中心部分480和周圍部分470。
在本實施例中，周圍部分470包含連接到中心部分480的第二表面S2的內部周圍表面S4。周圍部分470還包含連接到中心部分的第一表面S1的外部周圍表面S10。在本實施例中，外部周圍表面S10朝向影像擷取單元430傾斜以與基板410形成一角度θ1 。類似地，內部周圍表面S4朝向影像擷取單元430傾斜與基板形成一定角度。在本實施例中，內部周圍表面S4和外部周圍表面S10平行於彼此，使得由內部周圍表面S4和外部周圍表面S10形成的對應角度彼此相等。然而，本發明不限於此，並且內部周圍表面S4和外部周圍表面S10並非必須平行於彼此。此外，外部周圍表面S10是適於全內反射光束L的反射面。
周圍部分470進一步包含圍住至少一個發光元件442的至少一個表面S7。也就是說，周圍部分470與基板410一起界定至少一個容納空間440。容納空間440的截面形狀的描述類似於容納空間240，並且在此相同的描述將不重複。
在本實施例中，空間S的橫截面的形狀界定為梯形。也就是說，內部周圍表面S4與第二表面S2之間的連接形成界定空間S的橫截面的梯形形狀。導光元件420的三維形狀可以類似於如圖1或圖5中所示的三維形狀，但不限於此。導光元件420的三維形狀可以是根據設計要求的任何合適的形狀。導光元件420的三維形狀可以類似於如圖4或圖6中所示的三維形狀，但不限於此。也就是說，導光元件420可以具有或不具有不同類型的旋轉對稱性。導光元件420的三維形狀可以是根據設計要求的任何合適的形狀。
在圖8和圖9的實施例中，當手指接觸光學裝置的第一表面S1時發生反射及折射使影像擷取單元能夠接收反射及折射的光束進而產生所述物體的影像。相同的描述可以參考圖1到圖4的描述，不在此重複。
請參考圖10，圖10是根據本發明又一實施例的光學裝置500的截面示意圖，並且圖10繪示手指碰觸的狀態。圖10的實施例中類似於圖1至圖4實施例的元件不再重複描述。如圖10中所示，光學裝置500包含基板510、發光元件542、導光元件520以及影像擷取單元530。導光元件520界定影像擷取單元530所在的基板510上方的空間S。導光元件520包含彼此連接的中心部分580和周圍部分570。和圖1至圖4所示光學裝置100的不同之處在於，光學裝置500包含有微結構層（Microstructure）590設置於第一表面S1上方。微結構層590的目的是增加光線散射，可以使用具有微粒（Particle）的材料來製作，或者不論材料為何，製成粗糙非平滑面也能增加光線散射。
當光學裝置500的第一表面S1未被碰觸時，光束除了進入導光元件520也會進入微結構層590，光束被微結構層590散射進入導光元件520。當手指F接觸第一表面S1上方的微結構層590時，光束從指紋峰部折射進入手指，被手指吸收了大部分；另一方面，指紋谷部未實際接觸微結構層590，光束仍由微結構層590散射以及導光元件520折射進入影像擷取單元530，並且受益於微結構層590，指紋谷部有機會反射較多的光量至影像擷取單元530。據此，影像擷取單元530產生指紋峰部較暗並且指紋谷部較亮的指紋影像，並且影像的對比相較於光學裝置100產生的影像對比更佳。
於本發明的其他實施例中，圖10的光學裝置500可以有類似圖1至圖9的變化特徵，不另贅述。
綜上所述，導光元件包圍影像擷取單元並且在導光元件內反射光束。由於導光元件較薄，因此光學裝置可以相對較薄，從而允許便利地在安裝空間受限的裝置中進行安裝。因此，由於光學裝置不會增加電子裝置的厚度，所以安裝光學裝置的電子裝置可以相對較薄。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500‧‧‧光學裝置
110、210、310、410、510‧‧‧基板
120、220、320、420、520‧‧‧導光元件
130、230、330、430、530‧‧‧影像擷取單元
140、240、340、440、540‧‧‧容納空間
142、242、342、442、542‧‧‧發光元件
170、270、370、470、570‧‧‧周圍部分
180、280、380、480、580‧‧‧中心部分
290‧‧‧耐刮層
590‧‧‧微結構層
C‧‧‧中軸線
F‧‧‧手指
H1‧‧‧厚度
H2‧‧‧高度
L‧‧‧光束
P‧‧‧平面
S‧‧‧空間
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧反射面
S4‧‧‧內部周圍表面
S5、S10‧‧‧外部周圍表面
S6‧‧‧外部表面
S7、S8、S9‧‧‧表面
θ1、θ2、θ3‧‧‧角度
X、Y、Z‧‧‧座標軸
圖1是根據本發明的實施例的光學裝置的三維示意圖。 圖2是圖1的光學裝置的底視圖。 圖3是圖1的光學裝置沿線A-A'截取的截面示意圖。 圖4是接觸手指的圖3的光學裝置的截面示意圖。 圖5是根據本發明的實施例的光學裝置的三維示意圖。 圖6是圖5的光學裝置的底視圖。 圖7是圖5的光學裝置沿線B-B'截取的截面示意圖。 圖8是根據本發明的又一實施例的光學裝置的截面示意圖。 圖9是根據本發明的又一實施例的光學裝置的截面示意圖。 圖10是根據本發明的又一實施例的光學裝置的截面示意圖。
100‧‧‧光學裝置
110‧‧‧基板
120‧‧‧導光元件
130‧‧‧影像擷取單元
140‧‧‧容納空間
142‧‧‧發光元件
170‧‧‧周圍部分
180‧‧‧中心部分
H1‧‧‧厚度
H2‧‧‧高度
L‧‧‧光束
P‧‧‧平面
S‧‧‧空間
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧反射面
S4‧‧‧內部周圍表面
S5、S10‧‧‧外部周圍表面
S6‧‧‧外部表面
S7‧‧‧表面
θ1、θ2‧‧‧角度
X、Y、Z‧‧‧座標軸

Claims (13)

  1. 一種光學裝置，其包括： 影像擷取單元； 至少一個發光元件；以及 導光元件，所述導光元件界定所述影像擷取單元所配置的基板上方的空間，其中所述導光元件包括： 中心部分，所述中心部分配置在所述空間上方，其包括相對遠離所述影像擷取單元的第一表面以及與所述第一表面相反以及相對接近所述影像擷取單元的第二表面；以及 周圍部分，所述周圍部分連接到所述中心部分以及包圍所述空間，其中所述周圍部分包括反射面，所述反射面連接到所述第一表面以及相對於所述第一表面的平面朝向所述影像擷取單元以一定角度傾斜，其中所述反射面適於執行全反射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述周圍部分包括：內部周圍表面，其圍住所述空間並且連接到所述中心部分的所述第二表面；以及外部周圍表面，其作為所述反射面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述周圍部分包括：內部周圍表面，其圍住所述空間並且連接到所述中心部分的所述第二表面；以及外部周圍表面，其包括形成鈍角的至少兩個表面，其中所述至少兩個表面中的一個表面是所述反射面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述周圍部分包括：內部周圍表面，其圍住所述空間並且包括形成鈍角的至少兩個表面，其中所述至少兩個表面中的一個表面連接到所述中心部分的所述第二表面；外部周圍表面，其包括形成鈍角的至少兩個表面，其中所述至少兩個表面中的一個表面是所述反射面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述反射面適於將從所述至少一個發光元件發射的光束全反射到所述中心部分的所述第一表面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述反射面朝向所述影像擷取單元傾斜以相對於所述第一表面形成鈍角。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述導光元件的所述周圍部分定義出圍住所述至少一個發光元件的至少一個容納空間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述導光元件的所述周圍部分進一步包括一表面作為至少一個發光元件的所述光束的入射面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述反射面塗覆有金屬以全反射所述光束。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述周圍部分包括圍住所述空間以及連接到所述中心部分的所述第二表面的內部周圍表面，所述內部周圍表面塗覆有金屬以全反射所述光束。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述影像擷取單元用來接收當物體觸摸所述光學裝置使所述第一表面處的全內反射受到抑制時由該物體散射的光束，以產生所述物體的影像。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中所述導光元件對所述光束透光。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，更包括一微結構層，配置在所述第一表面上方，其中所述微結構層適於散射光束。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI648677B (zh) * 2016-12-23 2019-01-21 敦捷光電股份有限公司 生物特徵辨識裝置

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108734074B (zh) * 2017-04-18 2022-02-18 金佶科技股份有限公司 指纹识别方法以及指纹识别装置
US9911877B2 (en) * 2016-01-14 2018-03-06 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Electronic device, package structure and method of manufacturing the same
US20180113022A1 (en) * 2016-10-20 2018-04-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Integrated circuit for sensor applications
CN108241828A (zh) * 2016-12-23 2018-07-03 创智能科技股份有限公司 生物辨识装置
CN108241831A (zh) * 2016-12-23 2018-07-03 创智能科技股份有限公司 生物辨识装置
CN108241832A (zh) * 2016-12-23 2018-07-03 创智能科技股份有限公司 生物辨识装置
CN107195597A (zh) * 2017-03-27 2017-09-22 敦捷光电股份有限公司 光学式指纹感测封装结构及其制造方法
CN107038434B (zh) * 2017-05-12 2020-04-21 Oppo广东移动通信有限公司 显示装置和移动终端
CN107247922B (zh) * 2017-05-12 2020-04-03 Oppo广东移动通信有限公司 显示装置和移动终端
KR102044518B1 (ko) * 2017-06-13 2019-11-13 주식회사 아모센스 센서 패키지용 윈도우 커버 및 이를 구비한 센서 패키지
US11156796B2 (en) * 2017-09-11 2021-10-26 Pixart Imaging Inc. Optical sensor package module
CN110487515A (zh) * 2019-08-31 2019-11-22 深圳阜时科技有限公司 一种光学检测装置及电子设备
CN114600241A (zh) * 2019-10-30 2022-06-07 京瓷株式会社 安装基板、电子装置及电子模块
WO2021097719A1 (zh) * 2019-11-20 2021-05-27 深圳市汇顶科技股份有限公司 屏下指纹识别装置及系统、导光板组件和液晶显示屏幕

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003233805A (ja) * 2001-12-04 2003-08-22 Canon Inc 画像入力装置
EP1805581A1 (en) * 2004-08-20 2007-07-11 Crucialtec Co., Ltd. Ultra thin optical joystick and personal portable device having ultra thin optical joystick
JP4902768B2 (ja) * 2010-05-11 2012-03-21 シャープ株式会社 光ポインティング装置およびそれを備えた電子機器
KR200462271Y1 (ko) * 2010-10-28 2012-09-03 징이 테크놀러지 아이엔씨. 광학 지문 인식 시스템
CN104919787B (zh) * 2012-12-06 2017-09-26 三菱电机株式会社 图像读取装置
CN203606813U (zh) * 2013-10-30 2014-05-21 李娜 基于全反射光波技术实现的触摸屏及采用该触摸屏的触摸显示装置
US10732771B2 (en) * 2014-11-12 2020-08-04 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Fingerprint sensors having in-pixel optical sensors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI648677B (zh) * 2016-12-23 2019-01-21 敦捷光電股份有限公司 生物特徵辨識裝置

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