TW202219825A - 取像裝置 - Google Patents

Abstract

一種取像裝置，其包括透光蓋板、設置於所述透光蓋板之下的光源、設置於所述透光蓋板之下的感光單元以及設置於所述透光蓋板之下的透光元件，其中所述光源用於發射光束至所述透光元件以產生感測光束投射至所述透光蓋板，且所述透光元件用於用於改變所述感測光束之投射角度、投射位置以及照光均勻度。

Description

取像裝置

本發明相關於一種用於獲取生物特徵影像的取像裝置，且特別是一種能夠設置於透光蓋板（例如，顯示面板、觸控顯示面板或指壓板）下的取像裝置。

指紋辨識裝置有分電容式與光學式，電容式的指紋辨識裝置主要透過多個觸碰點的電容變化來記錄指紋特徵，而光學式的指紋辨識裝置則是直接地獲取指紋影像來記錄指紋特徵。電容式的指紋辨識裝置容易受到濕氣或其他電子雜訊影響，而有誤判問題。再者，採用電容式之指紋辨識裝置的電子裝置（如智慧型手機或平板）若有貼設保護貼或鋼化玻璃之類的物品，則可能導致電容式的指紋辨識裝置無法辨識出指紋。

光學式的指紋辨識裝置雖可以解決因貼設保護貼或鋼化玻璃而無法辨識指紋的技術問題，但是現有光學式的指紋辨識裝置中的取像裝置則仍有對於乾手指和戶外下雨環境底下造成指紋取像品質不佳無法辨識，或藉由明暗條紋仿造類似指紋的假指紋造成誤闖等問題。

基於前述目的的至少其中之一者，本發明提供一種取像裝置，其包括透光蓋板、設置於所述透光蓋板之下的光源、設置於所述透光蓋板之下的感光單元以及設置於所述蓋板之下的透光元件，其中所述光源用於發射光束通過透光元件以產生感測光束至所述蓋板，且所述透光元件用於改變所述感測光束之波長、投射角度、投射位置以及照光均勻度。

於其中一個實施例，所述透光元件為一多面體，且至少一面具有吸光材料構成的調光圖案，光束通過所述透光元件以產生感測光束至所述透光蓋板，而欲辨識之手指置於所述透光蓋板上，感測光束經反射後產生信號光束，被所述感光單元接收。

於其中一個實施例，調光圖案面積大於所述透光元件表面積1%。

於其中一個實施例，所述調光圖案可為多邊形、圓形、弧形、橢圓形等圖形。

於其中一個實施例，所述吸光材料的吸收率大於60%。

於其中一個實施例，所述之取像裝置，更包括濾光片，設置於所述感光單元之上與所述蓋板之下；濾光片有過濾特定波長的作用，且其中所述感測光束經透光蓋板反射產生信號光束，所述信號光束通過所述濾光層而為感光單元吸收。

於其中一個實施例，所述透光蓋板附有吸光材料，可輔助調光。

於其中一個實施例，所述透光蓋板可為玻璃面板，或顯示面板。

於其中一個實施例，所述感測光束之波長不同於所述顯示面板之波長。

簡言之，本發明提供了多個不同的取像裝置，利用透光元件設計，可有效改變照光均勻度、投射角度和投射位置，以改善乾手指和戶外下雨環境水下指紋辨識體驗和2D假指紋的仿偽功能。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，配合所附圖示，做詳細說明如下。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後。

本發明實施例提供多個取像裝置，其係用於獲取生物特徵影像，例如，手指血糖影像、手指血氧影像、手指指紋影像與手指靜脈影像等，以藉此讓後端的控制電路得以根據生物特徵影像識別使用者或判讀使用者的生理狀況。所述取像裝置經過設計出特定的透光元件後，可以改善乾手指和戶外下雨環境水下手指影像辨識體驗和2D假指紋的仿偽。

於其中幾個實施例中，因指紋對不同波長光的反射率不一樣，可藉由改變感測光束波長為異於顯示面板波長或異於其他光源波長搭配光線照射位置設計，來達成指紋仿偽的目的。

首先，請參照圖1，取像裝置100包括感光單元110、透光元件120、透光蓋板130、光源140以及基板SUB，而欲辨識之手指F置於所述透光蓋板130上。透光元件120位於光源140與感光單元110之間，光源140發出光束L1穿過透光元件120的一側而形成感測光束L2，感測光束L2進入透光蓋板130經反射形成信號光束L3，而為感光單元110吸收。

在一般取像裝置的設計上，為達成照光均勻性的目的，光源140及感光單元110位於基板SUB的位置常因產品機構設計，手指F感測位置而隨之改變。換言之，基板SUB需重新佈局（Layout），造成開發時程和成本上的浪費。而利用透光元件120設計，可有效改變感測光束L2的照光均勻度、投射角度和投射位置，不需重新改變光源140或感光單元110位置，因此基板SUB不用重新佈局而避免造成開發時程和成本上的浪費，並且改善乾手指和戶外下雨環境水下指紋辨識體驗和2D假指紋的仿偽。

於一實施例中，透光元件120可改變感測光束L2波長，因指紋對不同波長光的反射率不一樣，藉由改變感測光束L2波長為異於顯示面板波長搭配感測光束L2投射位置設計，可以達成指紋仿偽的目的。

於一實施例中，感光單元110可以是準直器（Collimator）感光模組、光學鏡頭感光模組（Lens Module）、互補式金氧半導體（CMOS）感光模組或光感測器（Photodiode）等任何可感光成像的模組。透光蓋板130可以是玻璃面板（Cover Glass），或顯示面板如液晶面板（LCD）、主動矩陣有機發光面板（AMOLED）、被動矩陣有機發光面板（PMOLED）、迷你發光二極體面板（Mini LED）、微發光二極體面板（Micro LED）等任何透光蓋板。基板SUB可以是印刷電路板（PCB），或軟式印刷電路板（FPC）。

請參照圖2A至圖2C，此為透光元件實施例說明。於此實施例說明中，光源140發出光束經透光元件120投射於透光蓋板130之投射面131上。另外，透光元件120為一多面體，且在圖2B及圖2C實施例中，一面具有吸光材料構成的調光圖案121，而調光圖案121的面積大於透光元件120之表面積的1%。於圖2A中，透光元件120不具有調光圖案，故投射面光照分佈132為光束原來的圓形。於圖2B中，透光元件120具有一小圓點調光圖案121，由於調光圖案為吸光材料所構成，故投射面光照分佈132為環形。於圖2C中，調光圖案121遮蔽了透光元件120其中一面的一半面積，由於調光圖案為吸光材料所構成，故投射面光照分佈132為半圓形。因此藉由吸光材料所構成的調光圖案121，可以改變投射面照光分佈132的光形、角度和位置。而調光圖案121為吸光材料所構成，在一實施中，其光線吸收率＞60%。

請參照圖3A至圖3P，此為透光元件實施例說明。調光元件120可藉由各式各樣的調光圖案121達到較佳的照光均勻度、投射角度和投射位置，調光圖案121可為多邊形、圓形、弧形、橢圓形等。除此之外，藉由投射不同的光照分佈圖形，經由欲感測辨識的物體所反射回來的信號光束會有光線圖形扭曲現象。舉例來說，當投射直線條紋的感測光束到手指上，由於手指是立體圓弧形，所以反射回來的信號光束變成圓弧形條紋，經由感光單元吸收後，就可以利用圓弧形條紋反推手指的立體結構，實現3D立體感測。

在一實施例的模擬可證明在不同軸向下可辨識指紋條紋至100um，在細指紋時有很好的對比度與解析度，可以改善乾手指、戶外下雨環境水下指紋辨識體驗。且可經由調整感測光束波長和經由透光元件改變投射面光照分佈的光形、角度和位置，因指紋對不同色光的反射率不同，可以達到仿偽之目的。

請參照圖4，取像裝置100包括感光單元110、透光元件120、透光蓋板130、光源140、第一光學元件150以及基板SUB，而欲辨識之手指置於所述透光蓋板130上。透光元件120位於光源140與感光單元110之間，光源140發出光束L1穿過透光元件120的一側而形成感測光束L2，感測光束L2進入透光蓋板130經反射形成信號光束L3，信號光束L3通過第一光學元件150而為感光單元110吸收。第一光學元件150可以是濾光片，如此在感光單元110上方的第一光學元件150有過濾特定波長的作用，信號光束L3通過所述第一光學元件150而為感光單元110吸收，達到過濾波長的效果。

在一實施例中，透光蓋板130為顯示面板，可以設計光源140的波長不同於顯示面板發光的波長，而第一光學元件150可以過濾其他波長只讓光源140的波長通過而為感光單元110吸收。

在另一實施例中，第一光學元件150可以是偏光片，如此在感光單元110上方的第一光學元件片150有過濾特定偏振方向的作用，信號光束L3通過所述第一光學元件150而為感光單元110吸收，達到過濾偏振方向的效果。

請參照圖5，取像裝置100包括感光單元110、透光元件120、第二光學元件122、透光蓋板130、光源140、第一光學元件150以及基板SUB，而欲辨識之手指置於所述透光蓋板130上。透光元件120位於光源140與感光單元110之間，光源140發出光束L1穿過第二光學元件122及透光元件120而形成感測光束L2。第一光學元件可以是濾光片而第二光學元件122可以是濾光層，如此在透光元件120的其中一面的第二光學元件122有過濾特定波長的作用。感測光束L2進入透光蓋板130經反射形成信號光束L3，信號光束L3通過第一光學元件150而為感光單元110吸收。在感光單元110上方的第一光學元件150有過濾特定波長的作用，信號光束L3通過所述濾光片150而為感光單元110吸收，達到過濾波長的效果。

在一實施例中，透光蓋板130為顯示面板，第二光學元件122可以過濾顯示面板發光的波長，在感光單元110上方的第一光學元件150也是過濾顯示面板發光的波長，如此感光單元110吸收到的光波長等同感測光束L2的光波長，因此可以避免其他光束的干擾。在一實施例中第二光學元件122和透光元件120是分開的物件。在另一實施例中第二光學元件122和透光元件120貼合在一起。在另一實施例中第二光學元件122是透光元件120中的一結構層。

在另一實施例中，透光蓋板130為顯示面板，第一光學元件150可以是偏光片而第二光學元件122可以是偏光層，如此第二光學元件122可以過濾顯示面板發光的偏振方向，在感光單元110上方的第一光學元件150也是過濾顯示面板發光的偏振方向，如此感光單元110吸收到的光偏振方向等同感測光束L2的光偏振方向，因此可以避免其他光束的干擾。

在另一實施例中，第二光學元件122係位於透光蓋板130與透光元件120之間，如圖6所示。光源140發出光束L1穿過透光元件120及第二光學元件122而形成感測光束L2。

在另一實施例中，透光蓋板附有吸光材料，具有輔助調光的作用在

在另一實施例中，光源、感光單元以及透光元件等可以藉由貼合等方式固定在透光蓋板上增加穩固性。

總體來說，本發明提供了多個不同實施例的取像裝置，藉由透光元件元件來改變感測光束之投射角度、投射位置、照光均勻度以及波長，從而提升取像品質。所述取像裝置的結構複雜度不高，且易於實現，甚至可以作為電子裝置的一部分，或整合至液晶顯示裝置以形成內嵌式液晶顯示裝置，以符合現有電子裝置輕薄短小的優勢。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，上述實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與前述實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。

100:取像裝置 110:感光單元 120:透光元件 121:調光圖案 122:第二光學元件 130:透光蓋板 131:投射面 132:投射面光照分佈 140:光源 150:第一光學元件 L1:光束 L2:感測光束 L3:信號光束 F:手指 SUB:基板

圖1是本發明一實施例之取像裝置示意圖。

圖2A至圖2C是本發明取像裝置之透光元件實施例示意圖。

圖3A至圖3P是本發明取像裝置之透光元件實施例示意圖。

圖4是本發明一實施例之取像裝置示意圖。

圖5是本發明一實施例之取像裝置示意圖。

圖6是本發明一實施例之取像裝置示意圖。

100:取像裝置

110:感光單元

120:透光元件

130:透光蓋板

140:光源

L1:光束

L2:感測光束

L3:信號光束

F:手指

SUB:基板

Claims (15)

1. 一種取像裝置，包括： 一透光蓋板； 一光源，設置於所述透光蓋板之下； 一感光單元，設置於所述透光蓋板之下；以及 一透光元件，設置於所述透光蓋板之下； 其中所述光源用於發射光束，所述光束通過所述透光元件以產生感測光束投射至所述透光蓋板，且所述透光元件用於改變所述感測光束之投射角度、投射位置以及照光均勻度。
2. 如請求項1所述之取像裝置，其中所述透光元件為一多面體，且至少一面具有吸光材料構成的調光圖案。
3. 如請求項2所述之取像裝置，其中所述調光圖案面積大於所述透光元件表面積1%。
4. 如請求項2所述之取像裝置，其中所述調光圖案可為多邊形、圓形、弧形、橢圓形等圖形。
5. 如請求項2所述之取像裝置，其中所述吸光材料吸收率大於60%。
6. 如請求項1所述之取像裝置，其中所述透光蓋板附有吸光材料。
7. 如請求項1所述之取像裝置，其中所述透光蓋板可為玻璃面板，或顯示面板。
8. 如請求項7所述之取像裝置，其中所述感測光束之波長不同於所述顯示面板之波長。
9. 如請求項1所述之取像裝置，更包括： 一濾光片，設置於所述感光單元之上與所述透光蓋板之下； 其中所述感測光束經透光蓋板反射產生信號光束，且所述信號光束通過所述濾光片而為感光單元吸收。
10. 如請求項9所述之取像裝置，更包括： 一濾光層，設置於所述透光元件與所述光源之間； 其中所述光束經過所述濾光層與所述透光元件而產生所述感測光束。
11. 如請求項9所述之取像裝置，更包括： 一濾光層，設置於所述透光元件與所述透光蓋板之間； 其中所述光束經過所述透光元件與所述濾光層而產生所述感測光束
12. 如請求項1所述之取像裝置，其中所述感光單元為準直器感光模組、光學鏡頭感光模組、互補式金氧半導體感光模組或光感測器。
13. 如請求項1所述之取像裝置，更包括： 一偏光片，設置於所述感光單元之上與所述透光蓋板之下； 其中所述感測光束經透光蓋板反射產生信號光束，且所述信號光束通過所述偏光片而為感光單元吸收。
14. 如請求項13所述之取像裝置，更包括： 一偏光層，設置於所述透光元件與所述光源之間； 其中所述光束經過所述偏光層與所述透光元件而產生所述感測光束。
15. 如請求項13所述之取像裝置，更包括： 一偏光層，設置於所述透光元件與所述透光蓋板之間； 其中所述光束經過所述透光元件與所述偏光層而產生所述感測光束。

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