TWI594194B - 指紋辨識裝置及其製造方法 - Google Patents

Description

指紋辨識裝置及其製造方法

本發明是有關於一種光電裝置，且特別是有關於一種指紋辨識裝置。

指紋辨識裝置可區分為光學式、電容式、超音波式及熱感式。以光學式的指紋辨識裝置為例，習知的指紋辨識裝置包括光組件及影像擷取元件。光組件用以傳輸光束。光組件例如為透鏡、稜鏡等。影像擷取元件用以擷取指紋的影像。影像擷取元件例如為電荷耦合元件（charge-coupled device；CCD）、互補金屬氧化物半導體元件（complementary metal oxide semiconductor；CMOS）等。

光學式指紋辨識的原理如下。手指的指紋是由多條不規則的波峰與波谷所組成。當手指按壓指紋辨識裝置時，波峰接觸指紋辨識裝置，而波谷不接觸指紋辨識裝置。波峰會直接將光束反射至影像擷取元件，進而形成亮區。同時間，照射至波谷的光束會在波谷內進行多次反射，之後才傳遞至影像擷取元件，進而形成暗區。藉此，對應指紋的波峰與波谷的光束於影像擷取元件的光接收面上形成為明暗交錯的條紋圖案，進而使影像擷取元件取得指紋影像。利用演算法計算對應指紋影像的資訊，便可進行指紋辨識。

然而，在組裝指紋辨識裝置的過程中，必須精確調整光組件與影像擷取元件之間的相對位置，以引導光束傳遞至手指，並使傳遞至手指的光束反射至影像擷取元件。習知的指紋辨識裝置不但在組裝上複雜且困難，組裝的成本也偏高。此外，習知的指紋辨識系統的發光元件為點光源，如未經光學處理擴散點光源發出的光束，容易導致照射到手指的光束分佈不均，從而產生指紋影像模糊的問題，造成指紋辨識的困難。

本發明提供一種指紋辨識裝置，性能佳。

本發明提供一種指紋辨識裝置的製造方法，可簡易地組裝指紋辨識裝置。

本發明的指紋辨識裝置，包括影像擷取元件、至少一發光元件及導光元件。影像擷取元件具有光接收面。至少一發光元件配置於影像擷取元件旁。導光元件遮蔽至少一發光元件且具有開口。導光元件的開口暴露影像擷取元件的光接收面。導光元件的開口是由導光元件的側壁所定義。導光元件的側壁相對於影像擷取元件的光接收面傾斜。

本發明的指紋辨識裝置的製造方法，包括下列步驟：提供電路板，並將影像擷取元件及至少一發光元件設置於電路板上且與電路板電性連接，其中影像擷取元件具有光接收面；提供導光元件，設置於電路板上並遮蔽至少一發光元件，導光元件具有開口，所述開口暴露影像擷取元件的光接收面；以及提供反射元件，壓制於導光元件上並與電路板相互固定。

在本發明的一實施例中，上述的指紋辨識裝置用以供手指按壓：至少一發光元件用以發出光束：至少部份的光束被導光元件的側壁折射，以向手指傳遞。

在本發明的一實施例中，上述的導光元件的側壁與影像擷取元件的光接收面夾有鈍角。

在本發明的一實施例中，上述的導光元件具有相對的頂面與底面。導光元件之部份的底面抵靠影像擷取元件。導光元件的側壁連接於頂面與底面之間。

在本發明的一實施例中，上述的指紋辨識裝置可進一步包括反射元件。反射元件覆蓋部份的導光元件，遮蔽至少一發光元件，且至少暴露導光元件的側壁與影像擷取元件的光接收面。

在本發明的一實施例中，上述的至少一發光元件用以發出光束，部份的光束被反射元件反射，以向導光元件的側壁傳遞。

在本發明的一實施例中，上述的指紋辨識裝置可進一步包括電路板。影像擷取元件及至少一發光元件配置於電路板上且與電路板電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的指紋辨識裝置更包括膠材。膠材包覆至少一發光元件。導光元件覆蓋膠材。

在本發明的一實施例中，上述的指紋辨識裝置更包括保護層。保護層覆蓋影像擷取元件的光接收面。

在本發明的一實施例中，上述的保護層為塗料層或透光壓板。

在本發明的一實施例中，上述的指紋辨識裝置的製造方法，更包括：提供保護層，覆蓋影像擷取元件的光接收面。

基於上述，本發明一實施例的指紋辨識裝置利用傾斜之導光元件的側壁引導光束向導光元件之開口的中央傳遞。藉此，使用者的手指可被充足的光束均勻地照射，進而使影像擷取元件取得清晰的指紋影像，利於指紋辨識。

另外，在本發明一實施例之指紋辨識裝置的製造方法中，發光元件設置於電路板上並配置於影像擷取元件旁，再將導光元件及反射元件依序覆蓋並固定於電路板上，即可完成指紋辨識裝置。藉此，可降低指紋辨識裝置的組裝難度並降低組裝成本。

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。

圖1為本發明一實施例之指紋辨識裝置的上視示意圖。圖2為圖1之指紋辨識裝置的立體示意圖。圖3為根據圖1的剖線A-A’所繪的指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖4為根據圖1的剖線B-B’所繪的指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參照圖1、圖2、圖3及圖4，指紋辨識裝置100包括影像擷取元件110、至少一發光元件120以及導光元件130。影像擷取元件110具有光接收面110a。手指F按壓指紋辨識裝置100時，影像擷取元件110的光接收面110a與手指F的指紋重疊。至少一發光元件120配置於影像擷取元件110旁。舉例而言，在本實施例中，二個發光元件120可分別配置於影像擷取元件110的相對兩側。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，發光元件120的數量及其設置位置均可視實際需求做其他適當設計。

在本實施例中，指紋辨識裝置100可進一步包括電路板140。影像擷取元件110及發光元件120配置於電路板140上且與電路板140電性連接。詳言之，在本實施例中，影像擷取元件110可利用導線（未繪示）與電路板140電性連接，發光元件120可利用另一導線（未繪示）與電路板140電性連接。換言之，影像擷取元件110與發光元件120可利用打線（wire bonding）的方式與電路板140電性連接。但本發明不限於此，在其他實施例中，影像擷取元件110與發光元件120也可利用其他適當方式與電路板140電性連接。

在本實施例中，指紋辨識裝置100可選擇性地包括膠材150。膠材150透光且包覆發光元件120以及上述多條導線（未繪示）。導光元件130覆蓋膠材150。更進一步地說，導光元件130可利用膠材150固定在電路板140上，但本發明不以此為限。膠材150能保護發光元件120以及上述多條導線，以提升指紋辨識裝置100的信賴性。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，指紋辨識裝置100也可不包括膠材150。

導光元件130遮蔽發光元件120且具有開口130a。導光元件130的開口130a暴露影像擷取元件110的光接收面110a。導光元件130的開口130a是由導光元件130的側壁130b所定義。詳言之，在本實施例中，導光元件130具有相對的頂面130c與底面130d，頂面130c實質上可與電路板140平行，而部份的底面130d可抵靠影像擷取元件110的光接收面110a。導光元件130的側壁130b連接於頂面130c與底面130d之間。側壁130b與頂面130c之交界即開口130a的邊緣。值得注意的是，導光元件130的側壁130b相對於影像擷取元件110的光接收面110a傾斜。更進一步地說，導光元件130的側壁130b是由影像擷取元件110的上方朝向發光元件120的上方傾斜。導光元件130的側壁130b與影像擷取元件110的光接收面110a於導光元件130的材質外夾有鈍角θ1。

發光元件120用以發出光束L、L’。在本實施例中，光束L、L’例如為非可見光。然而，本發明不限於此，在其他實施中，光束L、L’也可為可見光，或者為可見光與不可見光的組合。發光元件120發出的光束L、L’射入導光元件130並於導光元件130的內部傳導。藉此，導光元件130能產生亮光，以作為光接收面110a周圍的光源。值得注意的是，導光元件130的側壁130b會折射光束L、L’，以使光束L、L’向手指F傳遞。換言之，導光元件130除了可將光束L、L’分散至光接收面110a的周圍外，利用傾斜的側壁130b，導光元件130更可引導光束L、L’向開口130a的中央傳遞。藉此，手指F可被充足的光束L、L’均勻照射，進而使影像擷取元件110取得清晰的指紋影像。

在本實施例中，指紋辨識裝置100可進一步包括反射元件160。反射元件160覆蓋部份的導光元件130，遮蔽發光元件120，且至少暴露導光元件130的側壁130b與影像擷取元件110的光接收面110a。舉例而言，反射元件160可為與導光元件130對應的一個框體，反射元件160配置於導光元件130上且覆蓋導光元件130的頂面130c與側壁130e。側壁130e位於側壁130b的對向，且連接於頂面130c與底面130d之間。反射元件160可壓制於導光元件130上，且反射元件160可選擇性地與電路板140相互固定，以防止導光元件130從電路板140上脫離。值得一提的是，除了固定導光元件130的功能外，反射元件160更可將未直接向傾斜之側壁130b傳遞的光束L’反射至導光元件130的側壁130b。藉此，更多的光束L’可照射手指F，進而提升指紋影像的品質。在本實施例中，反射元件160的材質例如為金屬，但本發明不以此為限，在其他實施例中，反射元件160的材質也可選用其他適當的反光材料。

在本實施例中，指紋辨識裝置100還可包括保護層170。保護層170覆蓋影像擷取元件110的光接收面110a。在本實施例中，保護層170可為塗料層。換言之，可利用至少一種塗料以塗層（Coating）方式形成於影像擷取元件110的光接收面110a，待所述塗料硬化後便可形成保護層170。保護層170具有耐磨性，以防止影像擷取元件110的光接收面110a刮傷。

圖5為本發明一實施例之指紋辨識裝置的製造方法的流程示意圖。請參照圖4及圖5，首先，進行步驟S110：提供電路板140，並將具有光接收面110a的影像擷取元件110及至少一發光元件120設置於電路板140上，且令影像擷取元件110及至少一發光元件120與電路板140電性連接。舉例而言，在本實施例中，影像擷取元件110可利用導線（未繪示）與電路板140電性連接，發光元件120可利用另一導線（未繪示）與電路板140電性連接。接著，可選擇性令膠材150包覆發光元件120以及上述多條導線。

接著，進行步驟S120：提供導光元件130。導光元件130設置於電路板140上並遮蔽發光元件120。導光元件130具有開口130a。開口130a暴露影像擷取元件110的光接收面110a。接著，可提供保護層170，以覆蓋影像擷取元件110的光接收面110a。然後，進行步驟S130：提供反射元件160。反射元件160壓制於導光元件130上並與電路板140相互固定。於此，便完成了指紋辨識裝置100。值得一提的是，在上述之指紋辨識裝置100的製造方法中，將發光元件120設置於電路板140上並配置於影像擷取元件110旁，再將導光元件130及反射元件160依序覆蓋並固定於電路板140上，即可完成指紋辨識裝置100。藉此，可降低指紋辨識裝置100的組裝難度及組裝成本。

圖6為本發明一實施例之指紋辨識裝置的上視示意圖。圖7為圖6之指紋辨識裝置的立體示意圖。圖8為根據圖6的剖線A-A’所繪的指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖9為根據圖6的剖線B-B’所繪的指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參照圖6、圖7、圖8及圖9，指紋辨識裝置100A與前述的指紋辨識裝置100類似，因此相同或相對應的元件以相同或相對應的標號表示。指紋辨識裝置100A與前述的指紋辨識裝置100的主要差異在於，指紋辨識裝置100A的保護層170A與指紋辨識裝置100的保護層170不同。以下主要說明此差異，兩者相同處還請參照前述說明，於此便不再重述。

請參照圖6、圖7、圖8及圖9，指紋辨識裝置100A包括具有光接收面110a的影像擷取元件110、至少一發光元件120以及導光元件130。至少一發光元件120配置於影像擷取元件110旁。導光元件130遮蔽發光元件120且具有開口130a。導光元件130的開口130a暴露影像擷取元件110的光接收面110a。導光元件130的開口130a是由導光元件130的側壁130b所定義，而導光元件130的側壁130b相對於影像擷取元件110的光接收面110a傾斜。

與指紋辨識裝置100不同的是，在本實施例中，保護層170A為透光壓板。透光壓板覆蓋於影像擷取元件110的光接收面110a上，以防止影像擷取元件110的光接收面110a刮傷。手指F按壓指紋辨識裝置100A時，手指F可與透光壓板（即保護層170A）接觸，而光束L可穿過保護層170A並傳遞至手指F，進而使影像擷取元件110取得指紋影像。

請參照圖5，指紋辨識裝置100A也可利用圖5之指紋辨識裝置的製造方法製造。請參照圖5及圖9，首先，進行步驟S110：提供電路板140，並將的影像擷取元件110及至少一發光元件120設置於電路板140上，且令影像擷取元件110及至少一發光元件120與電路板140電性連接。接著，進行步驟S120：提供導光元件130。導光元件130設置於電路板140上並遮蔽發光元件120。導光元件130具有開口130a。開口130a暴露影像擷取元件110的光接收面110a。接著，可選擇性地提供保護層170A，以覆蓋影像擷取元件110的光接收面110a。詳言之，保護層170A（即透光壓板）可架設在導光元件130上，而保護層170A、光接收面110a與導光元件130的側壁130b可圍出一個空間。接著，進行步驟S130：提供反射元件160。反射元件160壓制於導光元件130上並與電路板140相互固定。於此，便完成了指紋辨識裝置100A。指紋辨識裝置100A及其製造方法具有與指紋辨識裝置100類似的功效與優點，於此便不再重述。

綜上所述，本發明一實施例的指紋辨識裝置包括具有光接收面的影像擷取元件、至少一發光元件以及導光元件。至少一發光元件配置於影像擷取元件旁。導光元件遮蔽發光元件且具有開口。導光元件的開口暴露影像擷取元件的光接收面。導光元件的開口是由導光元件的側壁所定義。特別是，導光元件的側壁相對於影像擷取元件的光接收面傾斜。導光元件除了可將發光元件發出的光束分散至光接收面的周圍外，更利用傾斜的側壁引導光束向導光元件之開口的中央傳遞。藉此，使用者的手指可被充足的光束均勻地照射，進而使影像擷取元件取得清晰的指紋影像。

另外，在本發明一實施例之指紋辨識裝置的製造方法中，發光元件設置於電路板上並配置於影像擷取元件旁，再將導光元件及反射元件依序覆蓋並固定於電路板上，即可完成指紋辨識裝置。藉此，可降低指紋辨識裝置的組裝難度並降低組裝成本。

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、100A‧‧‧指紋辨識裝置 110‧‧‧影像擷取元件 110a‧‧‧光接收面 120‧‧‧發光元件 130‧‧‧導光元件 130a‧‧‧開口 130b、130e‧‧‧側壁 130c‧‧‧頂面 130d‧‧‧底面 140‧‧‧電路板 150‧‧‧膠材 160‧‧‧反射元件 170、170A‧‧‧保護層 A-A’、B-B’‧‧‧剖線 L、L’‧‧‧ 光束 F‧‧‧手指 θ1‧‧‧鈍角

圖1為本發明一實施例之指紋辨識裝置的上視示意圖。 圖2為圖1之指紋辨識裝置的立體示意圖。 圖3為根據圖1的剖線A-A’所繪的指紋辨識裝置的剖面示意圖。 圖4為根據圖1的剖線B-B’所繪的指紋辨識裝置的剖面示意圖。 圖5為本發明一實施例之指紋辨識裝置的製造方法的流程示意圖。 圖6為本發明一實施例之指紋辨識裝置的上視示意圖。 圖7為圖6之指紋辨識裝置的立體示意圖。 圖8為根據圖6的剖線A-A’所繪的指紋辨識裝置的剖面示意圖。 圖9為根據圖6的剖線B-B’所繪的指紋辨識裝置的剖面示意圖。

100‧‧‧指紋辨識裝置

110‧‧‧影像擷取元件

110a‧‧‧光接收面

120‧‧‧發光元件

130‧‧‧導光元件

130a‧‧‧開口

130b、130e‧‧‧側壁

130c‧‧‧頂面

130d‧‧‧底面

140‧‧‧電路板

150‧‧‧膠材

160‧‧‧反射元件

170‧‧‧保護層

B-B’‧‧‧剖線

L、L’‧‧‧光束

F‧‧‧手指

θ 1‧‧‧鈍角

Claims (14)

1. 一種指紋辨識裝置，包括： 一影像擷取元件，具有一光接收面； 至少一發光元件，配置於該影像擷取元件旁；以及 一導光元件，遮蔽該至少一發光元件且具有一開口，其中該導光元件的該開口暴露該影像擷取元件的該光接收面，該導光元件的該開口是由該導光元件的一側壁所定義，而該導光元件的該側壁相對於該影像擷取元件的該光接收面傾斜。
2. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，其中該指紋辨識裝置用以供一手指按壓，該至少一發光元件用以發出一光束，至少部份的該光束被該導光元件的該側壁折射，以向該手指傳遞。
3. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，其中該導光元件的該側壁與該影像擷取元件的該光接收面夾有一鈍角。
4. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，其中該導光元件具有相對的一頂面與一底面，該導光元件之部份的該底面抵靠該影像擷取元件，而該導光元件的該側壁連接於該頂面與該底面之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，更包括： 一反射元件，覆蓋部份的該導光元件，遮蔽該至少一發光元件，且至少暴露該導光元件的該側壁與該影像擷取元件的該光接收面。
6. 如申請專利範圍第5項所述的指紋辨識裝置，其中該至少一發光元件用以發出一光束，部份的該光束被該反射元件反射，以向該導光元件的該側壁傳遞。
7. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，更包括： 一電路板，該影像擷取元件以及該至少一發光元件配置於該電路板上且與該電路板電性連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，更包括： 一膠材，包覆該至少一發光元件，該導光元件覆蓋該膠材。
9. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，更包括： 一保護層，覆蓋該影像擷取元件的該光接收面。
10. 如申請專利範圍第9項所述的指紋辨識裝置，其中該保護層為一塗料層或一透光壓板。
11. 一種指紋辨識裝置的製造方法，包括： 提供一電路板，並將一影像擷取元件及至少一發光元件設置於該電路板上且與該電路板電性連接，其中該影像擷取元件具有一光接收面； 提供一導光元件，設置於該電路板上並遮蔽該至少一發光元件，該導光元件具有一開口，該開口暴露該影像擷取元件的該光接收面；以及 提供一反射元件，壓制於該導光元件上並與該電路板相互固定。
12. 如申請專利範圍第11項所述的指紋辨識裝置的製造方法，更包括： 提供一保護層，覆蓋該影像擷取元件的該光接收面。
13. 如申請專利範圍第12項所述的指紋辨識裝置的製造方法，其中該保護層為一塗料層或一透光壓板。
14. 如申請專利範圍第11項所述的指紋辨識裝置的製造方法，該導光元件的該開口是由該導光元件的一側壁所定義，而該導光元件的該側壁相對於該影像擷取元件的該光接收面傾斜。