TWI597512B - 指紋感測模組 - Google Patents

Description

指紋感測模組

本發明是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種指紋感測模組。

在以往的身份辨識技術中，指紋辨識的方法例如是利用將手指按壓墨水後轉印到紙張上形成指紋圖形，接著再利用光學掃描輸入電腦作建檔或比對。上述的指紋辨識方法具有無法即時處理的缺點，也無法符合現今社會中對於即時身份認證的需求。因此，電子指紋感應裝置成為了目前科技發展的主流之一。

現有的電子指紋感測裝置例如是藉由光源發出光束來照射手指表面，進而再藉由光學感測元件來感測自手指表面反射的光束。由於手指表面上的一點會將光束反射至感測元件的多個位置，因此感測元件上的一個位置會同時接收到多個手指表面的位置的影像，進而使感測元件感測到模糊的影像，同時也讓感測元件容易誤判。

本發明提供一種指紋感測模組，其可以更準確的量測待測者的指紋影像。

本發明的實施例的指紋感測模組適於感測一待測者的手指的指紋。上述的指紋感測模組包括感測元件、光學蓋板以及配置於光學蓋板及感測元件之間的光學準直層。感測元件包括一感測面，且光學準直層覆蓋感測面。光學準直層包括多個遮光區以及多個透光區，每個透光區由部分這些遮光區包圍。光學蓋板配置於光學準直層上，且光學蓋板適於接觸待測者的手指，且光學蓋板適於自待測者的手指傳遞一感測光束至光學準直層，這些遮光區適於遮蔽部分感測光束，另一部分感測光束適於經由這些透光區傳遞至感測面。

在本發明的一實施例中，上述的感測元件更包括多個感測單元，這些感測單元排列於感測面，每個透光區對應於這些感測單元的其中之一。

在本發明的一實施例中，上述的光學蓋板的材質的折射率與這些透光區的材質的折射率相同。

在本發明的一實施例中，上述的這些遮光區及這些透光區沿著一第一方向及一第二方向在感測面上交替排列，第一方向垂直於第二方向，且第一方向與第二方向均垂直於感測面的法向量。

在本發明的一實施例中，上述的這些透光區在第一方向上的寬度小於等於該些感測單元在該第一方向上的寬度，該些透光區在該第二方向上的寬度小於等於該些感測單元在該第二方向上的寬度。

在本發明的一實施例中，上述的光學蓋板更包括一連接面以及一接觸面。接觸面適於接觸待測者的手指，連接面連接光學準直層，感測面連接光學準直層，且接觸面、連接面及感測面互相平行。

在本發明的一實施例中，上述的光學準直層及光學蓋板符合，其中h₁ 和h₂ 各自為光學蓋板以及光學準直層在平行於感測面的法向量的方向上的高度。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組更包括至少一發光單元，發光單元適於往待測者的手指的表面發出感測光束。

在本發明的一實施例中，上述的光學準直層更包括多個沿著感測面的法線方向堆疊的光學準直片，每個光學準直片包括多個透光部以及多個遮光部。每個透光部位於這些透光區的其中之一，每個遮光部位於這些遮光區的其中之一。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組更包括多個遮光片，該些遮光片配置於該些光學準值片遠離該光學蓋板的一側的該些遮光部上。

在本發明的一實施例中，上述的光學準直層的這些遮光區適於吸收感測光束。

基於上述，本發明的實施例的指紋感測模組因為具有光學準直層配置於光學蓋板和感測元件之間，因此當待測者的手指放置於光學蓋板上時，感測元件可以更準確的感測待測者的指紋影像。

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依照本發明的第一實施例的一種指紋感測模組的示意圖以及局部放大示意圖。請參照圖1，指紋感測模組100適於感測待測者50的手指的指紋60，且指紋感測模組100包括感測元件110、光學蓋板130以及配置於光學蓋板130及感測元件110之間的光學準直層120。感測元件110包括感測面111，且光學準直層120覆蓋感測面111。換句話說，在本實施例的指紋感測模組100中，一光束適於自光學蓋板130往感測元件110傳遞，且上述光束需經過光學準直層120方能傳遞至感測元件110。

本實施例的光學準直層120包括多個遮光區122以及多個透光區124，且每個透光區124由部分這些遮光區122包圍，亦即每個透光區124的四周都有多個遮光區122相鄰。

本實施例的光學蓋板130配置於光學準直層120上，且光學蓋板130適於接觸待測者50的手指，進而讓待測者50的指紋60可以按壓於光學蓋板130上。

本實施例的光學蓋板130適於自待測者50的手指傳遞感測光束L₁ 、L₂ 及L₃ 至光學準直層120，且光學準直層120的這些遮光區122適於遮蔽部分感測光束（此處以感測光束L₂ 為例），另一部分感測光束（此處以感測光束L₁ 及L₃ 為例）適於經由這些透光區124傳遞至感測面111。

在本實施例的指紋感測模組100中，由於光學準直層120的每個透光區124都有被遮光區122包圍，因此包圍透光區124的遮光區122可以控制其所包圍的透光區124下的部分感測面111所接收的感測光束，並避免來自指紋60的其他地方的散射光束傳遞至上述的透光區124下的部分感測面111。換句話說，若感測光束以過大的入射角進入本實施例的光學準直層120，則光學準直層120的遮光區122會遮擋上述入射角過大的感測光束，進而使感測元件110可以更精確得接收來自指紋60的不同位置的影像，並提昇指紋感測模組100的感測精度。進一步來說，待測者50的指紋60具有多個波峰62，本實施例的指紋感測模組100可以讓每個透光區124下的感測面111接收到來自兩個以下的指紋60的波峰62的感測光束L₁ 、L₃ ，進而讓感測元件110可以感測到一個可以輕易辨析的指紋影像或指紋資訊。

具體來說，請參照圖1中的局部放大示意圖，本實施例的感測元件110包括多個感測單元112，這些感測單元112排列於感測面111，每個透光區124對應於這些感測單元112的其中之一。換句話說，本實施例的透光區124覆蓋於這些感測單元112上，進而讓感測單元112可以經透光區124接收感測光束。另一方面，遮光區122可以避免感測單元112接收到來自較遠區域的指紋60的感測光束，進而確保感測單元112可以接受到來自其正上方的鄰近區域的指紋的感測光束，進而使指紋感測模組100可以精確的感測待測者50的指紋60的影像訊號。

請參照圖1，詳細來說，本實施例的指紋感測模組100更包括發光單元140，發光單元140適於往待測者50的手指的表面（亦即指紋60）發出感測光束。本實施例的發光單元140例如適於往待測者50的指紋60發出波長位於可見光波段或不可見光波段的感測光束，而感測元件110適於接收波長與感測光束的波長相同或相近的光束。

進一步來說，本實施例的光學準直層120的遮光區122適於吸收感測光束，亦即遮光區122適於吸收波長與感測光束波長相同或相近的光束，進而讓指紋感測模組100可以提供準確的指紋感測。

具體來說，上述實施例中的感測元件110例如是感光耦合元件（Charged-Coupled Device, CCD）或互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS）等圖像感測器，而感光單元112例如是上述圖像感測器的感測畫素，但本發明不限於此。在其他實施例中，這些感光單元112更可以緊密排列於光學準直層120所覆蓋的感測面111，亦即本發明的實施例的光學準直層120可以與各種圖像感測器搭配，並提供良好的指紋感測效果。

圖2依照本發明的第一實施例的一種指紋感測模組的俯視示意圖，其中為了清楚說明本實施例的各元件位置及相對關係，省略繪示了指紋感測模組的光學蓋板。請參照圖2，在本發明的第一實施例中，光學準直層120的這些遮光區122及這些透光區124沿著第一方向d1、及第二方向d2在感測面111上交替排列，第一方向d1垂直於第二方向d2，且第一方向d1與第二方向d2均垂直於感測面111的法向量。換句話說，本實施例的每個透光區124在第一方向d1上均位於兩個遮光區122之間，且每個透光區124在第二方向d2上均位於兩個遮光區122之間，因此這些遮光區122和這些透光區124以棋盤式的排列方式排列。由於本實施例的光學準直層120的每個透光區124都被四個遮光區122包圍，因此可以讓感測光束更準確地自指紋60傳遞至感測面111，進而提供良好的指紋感測效果。

請參照圖2，本實施例的發光單元140例如配置於光學準直層120、光學蓋板130和感光元件110的兩側，但本發明不限於此。在其他實施例中，發光單元140更可以配置於光學準直層120、光學蓋板130和感光元件110的角落、四周、或上述的組合。

另一方面，本實施例的光學蓋板130的材質的折射率與光學準直層120的這些透光區124的材質的折射率相同，因此這些透光區124可以在光學準直層120和感測元件110之間提供良好地光學傳遞效果。

請參照圖2，本實施例的這些透光區124在第一方向d1上的寬度W1小於等於感測單元112在第一方向d1上的寬度，且這些透光區124在第二方向d2上的寬度W2小於等於感測單元112在第二方向d2上的寬度。請再一併參照圖1，因此，本實施例的指紋感測模組100的光學準直層120可以良好地與待測者50的指紋60寬度批配。進一步來說，本實施例的相鄰二遮光區122之間的節距實質上相同於感測元件110的感測單元112欲解析的距離R_es （亦即所欲感測的指紋中相鄰二波峰之間的寬度），且本實施例的指紋感測模組100符合，其中h₁ 為光學蓋板130在平行於感測面111的法向量的方向上的高度，h₂ 為光學準直層120在平行於感測面111的法向量的方向上的高度，W為每個透光區124在垂直於感測面111的法向量的方向上的最小寬度。因此，本實施例的光學準直層120的遮光區122可以提供良好地遮光效果，避免大角度的散射光形成雜訊，進而提昇指紋感測模組100的感測精度。

另一方面，本實施例的光學準直層120符合：，其中h₁ 和h₂ 各自為光學蓋板110以及光學準直層120在平行於感測面111的法向量的方向上的高度。因此，本實施例的指紋感測模組100的光學準直層120中的透光區124的大小可以良好地與所欲偵測的指紋60寬度批配，進而提供良好的指紋檢測效果。

請參照圖1，在本實施例中，光學蓋板130更包括連接面131以及接觸面133。接觸面133適於接觸待測者50的手指，連接面131連接光學準直層120，光學準直層120與感測元件110的感測面111連接，且接觸面133、連接面131及感測面111互相平行。因此，光學準直層120的這些遮光區122和透光區124沿著垂直於感測面111的法向量的方向交替排列於感測面111及連接面131之間，因此可以讓感測面111上所感測到的感測光束準確對應到接觸面133上的指紋60。

本發明的實施例的遮光區並不限於上述實施例中的光學準直層120的遮光區122的配置方式。圖3是依照本發明的第二實施例的一種指紋感測模組的局部放大示意圖。請參照圖3，本發明的第二實施例的指紋感測模組100A大致類似於上述第一實施例的指紋感測模組100，惟不同之處在於光學準直層120A更包括多個沿著感測面111的法線方向堆疊的光學準直片126A，每個光學準直片126A包括多個透光部128A以及多個遮光部127A。每個透光部128A位於這些透光區的其中之一，每個遮光部127A位於這些遮光區的其中之一。換句話說，本實施例的光學準直片120A的遮光區是由這些光學準直片126A的遮光部127A堆疊而成，而透光區是由這些光學準直片126A的透光部128A堆疊而成。

因此，本發明的第二實施例的光學準直層120A不但可以提昇指紋感測模組100A感測指紋的精確度，光學準直層120A更可以藉由堆疊多個光學準直片126A來形成在感測元件110的感測面111上，進而降低指紋感測模組100A的製作難度。

圖4是依照本發明的其他實施例的一種指紋感測模組的局部放大示意圖。本發明的實施例中可以形成指紋感測模組的光學準直層的這些光學準直片並不限於上述指紋感測模組100A的光學準直片126A。請參照圖4，在本發明的其他實施例中，更可以在多個透光片128B上印刷遮光層127B，進而形成多個光學準直片126B，進而堆疊成具有多個透光區及遮光區的光學準直層120B在感測元件110的感測面111上來形成指紋感測模組100B。因此，本實施例的光學準直層120B不但可以提昇指紋感測模組100B的感測精度，更可以藉由堆疊多個光學準直片126B來形成在感測元件110的感測面111上，進而降低指紋感測模組100B的製作難度。

本發明的實施例的指紋辨識模組中的多個光學準直片上並不限於上述的印刷遮光層127B，更可以是由多個遮光片配置於光學準直片遠離光學蓋板的一側的遮光部上而成，本發明並不限於此。

綜上所述，本發明的實施例的指紋感測模組因為具有光學準直層配置於光學蓋板和感測元件之間，且光學準直層具有多個透光區以及包圍透光區的遮光區，因此當待測者的手指放置於光學蓋板上時，來自待測者的手指表面的感測光束會部分被遮光區遮蔽，進而使感測元件可以更準確的感測待測者的手指表面上不同位置的指紋影像。

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。

h1、h2‧‧‧高度
L₁、L₂、L₃‧‧‧光束
R_es‧‧‧節距
W、W1、W2‧‧‧寬度
50‧‧‧待測者
60‧‧‧指紋
62‧‧‧波峰
100‧‧‧指紋感測模組
100A、100B‧‧‧指紋感測模組
110‧‧‧感測元件
111‧‧‧感測面
112‧‧‧感測單元
120‧‧‧光學準直層
120A、120B‧‧‧光學準直層
122‧‧‧遮光區
124‧‧‧透光區
126A、126B‧‧‧光學準直片
127A‧‧‧遮光部
127B‧‧‧遮光層
128A‧‧‧透光部
128B‧‧‧透光片
130‧‧‧光學蓋板
140‧‧‧發光單元

圖1依照本發明的第一實施例的一種指紋感測模組的示意圖以及局部放大示意圖。 圖2依照本發明的第一實施例的一種指紋感測模組的俯視示意圖。 圖3是依照本發明的第二實施例的一種指紋感測模組的局部放大示意圖。 圖4是依照本發明的其他實施例的一種指紋感測模組的局部放大示意圖。

L1、L2、L3‧‧‧光束

W‧‧‧寬度

50‧‧‧待測者

60‧‧‧指紋

62‧‧‧波峰

100‧‧‧指紋感測模組

110‧‧‧感測元件

111‧‧‧感測面

112‧‧‧感測單元

120‧‧‧光學準直層

122‧‧‧遮光區

124‧‧‧透光區

130‧‧‧光學蓋板

131‧‧‧連接面

133‧‧‧接觸面

140‧‧‧發光單元

R_es‧‧‧節距

h1、h2‧‧‧高度

Claims (8)

1. 一種指紋感測模組，適於感測一待測者的手指的指紋，該指紋感測模組包括：一感測元件，包括一感測面；一光學準直層，覆蓋該感測面，該光學準直層包括多個遮光區以及多個透光區，每個該透光區由部分該些遮光區包圍，其中該些遮光區及該些透光區沿著一第一方向及一第二方向在該感測面上交替排列，該第一方向垂直於該第二方向，且該第一方向與該第二方向均垂直於該感測面的法向量；以及一光學蓋板，配置於該光學準直層上，該光學準直層配置於該光學蓋板及該感測元件之間，且該光學蓋板適於接觸該待測者的手指，其中該光學蓋板適於自該待測者的手指傳遞一感測光束至該光學準直層，該些遮光區適於遮蔽部分該感測光束，另一部分該感測光束適於經由該些透光區傳遞至該感測面，其中該感測元件更包括多個感測單元，該些感測單元排列於該感測面，該些透光區在該第一方向上的寬度小於等於該些感測單元在該第一方向上的寬度，該些透光區在該第二方向上的寬度小於等於該些感測單元在該第二方向上的寬度。
2. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測模組，其中該感測元件更包括多個感測單元，該些感測單元排列於該感測面，每個該透光區對應於該些感測單元的其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測模組，其中該光學蓋板更包括一連接面以及一接觸面，該接觸面適於接觸該待測者的手指，該連接面連接該光學準直層，該感測面連接該光學準直層，且該接觸面、該連接面及該感測面互相平行。
4. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測模組，其中該光學準直層及該光學蓋板符合： h ₂ h ₁，其中h ₁ 和h ₂ 各自為該光學蓋板以及該光學準直層在平行於該感測面的法向量的方向上的高度。
5. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測模組，更包括至少一發光單元，該發光單元適於往該待測者的手指的表面發出該感測光束。
6. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測模組，其中該光學準直層更包括多個光學準直片，每個該光學準直片包括多個透光部以及多個遮光部，每個該透光部位於該些透光區的其中之一，每個該遮光部位於該些遮光區的其中之一，且該些光學準直片沿著該感測面的法線方向堆疊。
7. 如申請專利範圍第6項所述的指紋感測模組，更包括多個遮光片，該些遮光片配置於該些光學準直片遠離該光學蓋板的一側的該些遮光部上。
8. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測模組，其中該光學準直層的該些遮光區適於吸收該感測光束。