TW202001673A - 導光元件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種導光元件，包括：一第一表面、複數個半穿透半反射薄膜以及一第二表面。該第一表面對應一待測物體。複數個半穿透半反射薄膜設置於該導光元件內部，該等半穿透半反射薄膜彼此互相平行，且該等半穿透半反射介面與該第一表面的一延伸方向之間具有一夾角。該第二表面包括一光線導引區，該光線導引區的位置對應一光學感測器。

Description

導光元件
本發明之技術涉及指紋辨識領域，特別是指一種適用於光學指紋辨識模組的導光元件。
指紋（fingerprint）是靈長類動物指腹末端皮膚的紋路，一般也指這些紋路在物體上所留下的印痕。古今中外所有人的指紋都是獨一無二的，指紋紋路的形狀與人體基因有關，但卻無法藉由解析人體基因來重建指紋的紋路形狀。
藉由指紋具有差異性以及穩定性的特性，早在中國古代便用於身份確認，當時的人們主要用指紋來畫押，直到西方近代，1980以後警察逐漸將指紋作為辨識罪犯的方法之一。隨著科技的進步，利用各式各樣電子裝置來實現即時的身分認證需求已成為目前重要的課題，例如：網路認證、門禁認證、智慧型手機保全認證等等。
目前技術上主要可以分為電容式以及光學式之兩種方式來辨別指紋上的紋路。其中，電容式即利用半導體晶片式感測器（Semiconductor Sensor）來感測指紋，其原理係將高密度的電極陣列整合於一晶片中，當使用者進行指紋辨識時，係將手指按壓在該晶片表面，利用辨識指紋脊部、谷部與晶片上相對電極陣列之間的電容差異，以完成指紋紋路影像的擷取。電容式指紋辨識技術的優點為小型化以及薄型化，可被大量應用在手持式電子裝置上，然而其卻有成本高以及靈敏度不佳的問題。
而光學式的設計早於電容式，1970年代的光學式的指紋辨識架構係利用三稜鏡、光源以及感光元件來記錄指紋，當進行指紋辨識時，係將手指按壓於三稜鏡上，並藉由光源反射讓手指指紋的脊部顯示出來，最後，再透過感光元件來截取影像。由於光學式的指紋採集方式並非接觸晶片本身，其主要利用玻璃或是壓克力等光學元件所構成，因此，相較於電容式其結構簡單且硬體價格低廉。
本發明之主要目的係改善習知指紋辨識模組成本高、靈敏度不佳以及組裝難度較高之缺點。為了達到上述目的，本發明係採取以下之技術手段予以達成，其中，本發明提供一種導光元件，應用於一光學感測器，該導光元件為一透明立體結構，其包括：一第一表面、複數個半穿透半反射薄膜以及一第二表面。該第一表面對應一待測物體。複數個半穿透半反射薄膜，設置於該導光元件內部，該等半穿透半反射薄膜彼此互相平行，且該等半穿透半反射介面與該第一表面的一延伸方向之間具有一夾角。該第二表面包括一光線導引區，該光線導引區的位置對應該光學感測器。其中，當該光學感測器投射一入射光經由該光線導引區進入該導光元件，該入射光經由該等半穿透半反射薄膜發散至整個該第一表面，沿著該第一表面的一法線方向射出至該待測物體產生一反射光，該反射光再透過該等半穿透半反射薄膜導引至該光線導引區，並沿著該第二表面的一法線方向射出進入該光學感測器。
在本發明一實施例中，該夾角的角度介於41度至49度之間。
在本發明一實施例中，該導光元件的材質包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。
在本發明一實施例中，該第二表面更包括一光吸收層，塗佈於該光線導引區外圍。
在本發明一實施例中，該導光元件更包括一反射薄膜，設置於該等半穿透半反射薄膜的尾端，並與該等半穿透半反射薄膜互相平行。
在本發明一實施例中，該導光元件的側面上包括一光吸收層。
在本發明一實施例中，該半穿透半反射薄膜為一金屬塗層，該金屬塗層包括銀、鋁或鎳鉻合金，且該金屬塗層的厚度介於20至90埃之間。
在本發明一實施例中，該半穿透半反射薄膜為一多層介質膜。
在本發明一實施例中，該多層介質膜包括硫化鋅薄膜以及氟化鎂薄膜。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明一實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解，但須注意的是，所述內容不構成本發明的限定。
請參閱圖1及圖2所示， 其為本發明導光元件一實施例之立體示意圖以及剖面示意圖。本發明之導光元件 1可適用於智慧型裝置的光學指紋辨識模組，與一光學感測器 2搭配使用。該光學感測器 2用以發出入射訊號以及偵測該入射訊號所回傳反射訊號，其可包括一感應器 21以及一光源 22。該導光元件 1為一透明立體結構，其包括：一第一表面 11、複數個半穿透半反射薄膜 13以及一第二表面 12。
該第一表面 11對應一待測物體，該待測物體為需要辨識之物體，例如人體的手指指紋。其中，該第一表面 11與該待測物體之間可更包括該智慧型裝置的顯示元件 5、顯示面板或保護蓋板等不影響指紋辨識功能之元件。
該半穿透半反射薄膜 13設置於該導光元件 1內部，其同時具有光線穿透及反射的特性。該半穿透半反射薄膜 13彼此互相平行，且該等半穿透半反射介面與該第一表面 11的一延伸方向 91之間具有一夾角θ。該夾角θ的角度介於41度至49度之間，於本發明一實施例中，該夾角θ的角度為45度。其中，導光元件 1更包括一反射薄膜 14，設置於該等半穿透半反射薄膜 13的尾端，並與該等半穿透半反射薄膜 13互相平行。
在本發明一實施例中，該半穿透半反射薄膜 13為一金屬塗層，該金屬塗層包括銀、鋁或鎳鉻合金，且該金屬塗層的厚度介於20至90埃(Angstrom)之間。
在本發明另一實施例中，該半穿透半反射薄膜 13為一多層介質膜。於一實施例中，該多層介質膜包括硫化鋅薄膜以及氟化鎂薄膜，多層介質膜的層數可以視效果需求而決定。於本發明一實施例中，該多層介質膜為硫化鋅、氟化鎂、硫化鋅的三層膜結構。於本發明另一實施例中，該多層介質膜為硫化鋅、氟化鎂、硫化鋅、氟化鎂的四層膜結構。於本發明又一實施例中，該多層介質膜為氟化鎂、硫化鋅、氟化鎂、硫化鋅、氟化鎂的五層膜結構。
該第二表面 12包括一光線導引區 121，該光線導引區 121的位置對應該光學感測器 2，且該光學感測器 2與該第二表面 12相距一距離 H。
請同時參閱圖3所示，其為本發明導光元件一實施例之入射訊號示意圖。透過上述結構，該光源 22可投射一入射光 41經由該光線導引區 121進入該導光元件 1，由於該半穿透半反射薄膜 13的關係，一部份的該入射光 41會穿透該半穿透半反射薄膜 13達到第一表面 11，而另一部份的入射光 41會沿著該延伸方向 91反射至另一半穿透半反射薄膜上，重複半穿透半反射的進程，持續到該反射薄膜 14才全反射至該第一表面 11，使該入射光 41發散至整個該第一表面 11，並沿著該第一表面 11的一法線方向 92射出至位於該導光元件 1上方的待測物體 3。請同時參閱圖4所示，其為本發明導光元件一實施例之反射訊號示意圖。此時，該待測物體 3會基於該入射光 41產生一反射光 42，該反射光 42再經由上述的方式並基於入射角等於反射角之原理，透過該等半穿透半反射薄膜 13導引至該光線導引區 121，並沿著該第二表面 12的法線方向 92射出進入該感應器 21，而被該感應器 21感測。
在本發明一實施例中，該第二表面 12更包括一光吸收層 122，塗佈於該光線導引區 121外圍。以及，該導光元件 1的側面上包括另一光吸收層 15。本發明在該導光元件 1的第二表面 12以及側面上設置有光吸收層，可以吸收在反射光 42從待測物體 3反射至感應器 21的路程中散射之光線，避免散射之光線影響光訊號的準確度。
在本發明一實施例中，該光源 22為一紅外線光源(Infrared, IR)。紅外線具有較佳的近距離訊號傳遞用途，適合做為指紋辨識的感測訊號。
在本發明一實施例中，該導光元件 1的材質包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯等光透明材質。
請參閱圖5所示，其為本發明導光元件第二實施例之導光元件示意圖。本發明第二實施例揭示一種導光元件 1a，其結構包括複數個透明三角柱，該等透明三角柱的斜面上可先進行半穿透半反射塗佈製作半穿透半反射薄膜 13a，之後將任意兩個該透明三角柱的斜面互相組合成單一個體 10a，最後再將各個個體 10a利用黏合膠材相黏合成一柱狀結構，且位於兩端的單一個體 10a可分別設置有反射薄膜 14a以及光吸收層 15a。其中，該黏合膠材的折射率與三角柱折射率接近。透過上述方式，由光學感測器發出的光亦可由第二表面 12a的光線導引區 121a進入導光元件 1a，經過半穿透反射發散後達到待測物體，而待測物體所產生的反射光亦會經由該等半穿透半反射薄膜 13a導引至該光線導引區 121a射出至光學感測器。
在本發明第二實施例中，該第二表面 12a亦可包括一光吸收層 122a，塗佈於該光線導引區 121a外圍，用以吸收在反射光 42在反射路程中散射之光線。
透過上述之詳細說明，即可充分顯示本發明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述僅為本發明一的實施例，並非因此限制本發明的實施方式及保護範圍，對於本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發明說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護範圍內。
1,1a‧‧‧導光元件 10a‧‧‧個體 11,11a‧‧‧第一表面 12,12a‧‧‧第二表面 121,121a‧‧‧光線導引區 122,122a‧‧‧光吸收層 13,13a‧‧‧半穿透半反射薄膜 14,14a‧‧‧反射薄膜 15,15a‧‧‧光吸收層 2‧‧‧光學感測器 21‧‧‧感應器 22‧‧‧光源 3‧‧‧待測物體 41‧‧‧入射光 42‧‧‧反射光 5‧‧‧顯示元件 91‧‧‧延伸方向 92‧‧‧法線方向 θ‧‧‧夾角 H‧‧‧距離
圖1為本發明導光元件一實施例之立體示意圖。 圖2為本發明導光元件一實施例之剖面示意圖。 圖3為本發明導光元件一實施例之入射訊號示意圖。 圖4為本發明導光元件一實施例之反射訊號示意圖。 圖5為本發明導光元件第二實施例之結構示意圖。
1‧‧‧導光元件
11‧‧‧第一表面
12‧‧‧第二表面
121‧‧‧光線導引區
122‧‧‧光吸收層
13‧‧‧半穿透半反射薄膜
14‧‧‧反射薄膜
15‧‧‧光吸收層
2‧‧‧光學感測器
21‧‧‧感應器
22‧‧‧光源
5‧‧‧顯示元件
91‧‧‧延伸方向
92‧‧‧法線方向
θ‧‧‧夾角

Claims (10)

  1. 一種導光元件，包括： 一第一表面，對應一待測物體； 複數個半穿透半反射薄膜，設置於該導光元件內部，該等半穿透半反射薄膜彼此互相平行，且該等半穿透半反射介面與該第一表面的一延伸方向之間具有一夾角；以及 一第二表面，包括一光線導引區，該光線導引區的位置對應一光學感測器，該光學感測器用以發出入射訊號以及偵測該入射訊號所回傳的反射訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中該夾角的角度介於41度至49度之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中該導光元件的材質包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中該第二表面更包括一光吸收層，塗佈於該光線導引區外圍。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中該導光元件更包括一反射薄膜，設置於該等半穿透半反射薄膜的尾端，並與該等半穿透半反射薄膜互相平行。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中該導光元件的側面上包括一光吸收層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中該半穿透半反射薄膜為一金屬塗層，該金屬塗層包括銀、鋁或鎳鉻合金，且該金屬塗層的厚度介於20至90埃之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的導光元件，其中該半穿透半反射薄膜為一多層介質膜。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的導光元件，其中該多層介質膜包括硫化鋅薄膜以及氟化鎂薄膜。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項任一項所述的導光元件，其中，該光學感測器與該導光元件的第二表面相距一距離，當該光學感測器投射一入射光經由該光線導引區進入該導光元件，該入射光經由該等半穿透半反射薄膜發散至整個該第一表面，沿著該第一表面的一法線方向射出至該待測物體產生一反射光，該反射光再透過該等半穿透半反射薄膜導引至該光線導引區，並沿著該第二表面的一法線方向射出進入該光學感測器。
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