TWI639959B

TWI639959B - 生物辨識裝置

Info

Publication number: TWI639959B
Application number: TW106102589A
Authority: TW
Inventors: 王炯翰
Original assignee: 敦捷光電股份有限公司
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2018-11-01
Also published as: CN108241828A; WO2018113101A1; TW201824075A

Abstract

一種生物辨識裝置包括導光元件、用以發出光束的光源以及影像擷取元件。導光元件包括頂面、相對於頂面設置的底面、連接於頂面與底面之間的入光面、相對於頂面設置的第一內表面以及相對於入光面設置且連接所述第一內表面與底面之間的第二內表面。第二內表面相對於頂面及入光面傾斜。光束自入光面進入導光元件且被第二內表面反射向頂面。影像擷取元件相對於第一內表面設置。

Description

生物辨識裝置

本發明是有關於一種光電裝置，且特別是有關於一種生物辨識裝置。

生物辨識的種類包括臉部、聲音、虹膜、視網膜、靜脈和指紋辨識等。由於每個人的指紋都是獨一無二的，且指紋不易隨著年齡或身體健康狀况而變化，因此指紋辨識裝置已成爲目前最普及的一種生物辨識裝置。依照感測方式的不同，指紋辨識裝置可分爲光學式與電容式。電容式指紋辨識裝置組裝於電子産品（例如：手機、平板電腦）時，電容式指紋辨識裝置上方多設有透光元件（cover lens），而電容式指紋辨識裝置的感測效果會受到透光元件的影響。因此，光學式指紋辨識裝置也倍受重視。

光學式指紋辨識裝置包括光源、導光元件及影像擷取元件。光源用以發出光束，以照射按壓指紋辨識裝置的手指。手指的指紋是由多條不規則的凸紋與凹紋所組成。被凸紋與凹紋反射的光束會在影像擷取元件的接收面上形成爲明暗交錯的指紋影像。影像擷取元件可將指紋影像轉換爲對應的影像訊號，並將影像訊號輸入至處理單元。處理單元可利用演算法計算對應於指紋的影像訊號，以進行用戶的身份辨識。然而，在習知的指紋辨識裝置中，光源發出的光束耦入導光元件的效率不佳，造成指紋辨識裝置的光利用率低。

本發明提供一種生物辨識裝置。

根據本發明的實施例，生物辨識裝置包括導光元件、光源、第一光學膠以及影像擷取元件。導光元件包括頂面、底面、入光面、第一內表面以及第二內表面。底面相對於頂面設置。入光面連接於頂面與底面之間。第一內表面相對於頂面設置。第二內表面相對於入光面設置且連接於第一內表面與底面之間。特別是，第二內表面相對於頂面及入光面傾斜。光源設置於入光面旁。光源與入光面之間存在間隙。第一光學膠填入所述間隙。光源用以發出光束。光束通過第一光學膠而傳遞至入光面，光束自入光面進入導光元件且被第二內表面反射向頂面。影像擷取元件相對於導光元件的第一內表面設置。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，第一內表面與第二內表面定義導光元件的凹槽，且凹槽的內徑隨著遠離頂面而漸增。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，導光元件還包括第三內表面。第三內表面相對於入光面設置且連接於第二內表面與底面之間。第一內表面、第二內表面及第三內表面定義凹槽。第二內表面與和頂面平行的參考平面夾有第一角度，第三內表面相對於頂面及入光面傾斜且與所述參考平面夾有第二角度，其中第二角度大於第一角度。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，第一內表面與第二內表面定義導光元件的凹槽，而影像擷取元件設置於導光元件的凹槽中。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，第一光學膠的折射率與導光元件的折射率相同。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，生物辨識裝置還包括透光元件。透光元件配置於導光元件的頂面上。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，生物辨識裝置還包括第二光學膠。導光元件透過第二光學膠與透光元件連接。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，生物辨識裝置還包括準直元件。準直元件配置於導光元件的第一內表面與影像擷取元件之間。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，生物辨識裝置用以辨識待辨識物，而待辨識物包括指紋、掌紋、靜脈或其組合。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，光源發出的光束包括可見光、不可見光或其組合。

基於上述，本發明一實施例的生物辨識裝置包括導光元件、光源、光學膠及影像擷取元件。導光元件具有頂面、底面、入光面、第一內表面及第二內表面。底面相對於頂面設置。入光面連接於頂面與底面之間。第一內表面相對於頂面設置。第二內表面相對於入光面設置且連接於第一內表面與底面之間。特別是，第二內表面相對於頂面及入光面傾斜。第二內表面能將更多的光束反射向導光元件的頂面，進而照射待辨識物。藉此，生物辨識裝置的光利用效率能提升。

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。

現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於附圖中。只要有可能，相同元件符號在附圖和描述中用來表示相同或相似部分。

圖1爲本發明一實施例的生物辨識裝置的剖面示意圖。請參照圖1，生物辨識裝置100包括導光元件110、光源120、第一光學膠130及影像擷取元件140。導光元件110具有頂面111、底面112、入光面113、第一內表面114及第二內表面115。底面112相對於頂面111設置。入光面113連接於頂面111與底面112之間。第一內表面114相對於頂面111設置。第二內表面115相對於入光面113設置且連接於第一內表面114與底面112之間。特別是，第二內表面115相對於頂面111及入光面113傾斜。在本實施例中，頂面111與底面112可相平行，入光面113與頂面111可相垂直，但本發明不以此爲限。第一內表面114與第二內表面115定義導光元件110的凹槽110a，且凹槽110a的內徑d隨著遠離頂面111而漸增。在本實施例中，導光元件110還具有第三內表面116。第三內表面116相對於入光面113設置且連接於第二內表面115與底面112之間。第一內表面114、第二內表面115及第三內表面116共同定義凹槽110a。第三內表面116相對於頂面111及入光面113傾斜。更進一步地說，第三內表面116與和頂面111平行的參考平面夾有第二角度θ2，第二內表面115與和頂面111平行的參考平面夾有第一角度θ1，而第二角度θ2可大於第一角度θ1，但本發明不以此爲限。在本實施例中，導光元件110的材質可爲玻璃、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或其他適當材料。

光源120設置於導光元件110的入光面113旁。光源120用以發出光束L。在本實施例中，光束L例如是不可見光（例如：紅外光）。但本發明不限於此，在其他實施例中，光束L也可以是可見光（例如：紅光、藍光、綠光或其組合）或可見光與不可見光的組合。在本實施例中，光源120例如爲發光二極管。但本發明不限於此，在其他實施例中，光源120也可爲其他適當種類的發光元件。圖1示出二個光源120爲示例，且光源120設置在導光元件110的相對兩側。但本發明不限於此，在其他實施例中，光源120的數量也可爲單個且設置在導光元件110的單側，或者光源120的數量也可爲三個以上且設置在導光元件110的三個以上的側邊。

光源120與導光元件110的入光面113之間存在間隙G。第一光學膠130填入間隙G。光源120發出的光束L通過第一光學膠130而傳遞至入光面113，光束L自入光面113進入導光元件110且被第二內表面115反射向頂面111。藉此，更多的光束L可在導光元件110中傳遞幷照射待辨識物10，進而提升生物辨識裝置100的光利用效率。在本實施例中，第一光學膠130與導光元件110的折射率可相同或相近，以减少光束L在第一光學膠130與導光元件110的交界的反射，以提升生物辨識裝置100的光利用效率和/或取像品質。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，第一光學膠130與導光元件110的折射率也可相異。

影像擷取元件140相對於導光元件110的第一內表面114設置。詳言之，在本實施例中，生物辨識裝置100還包括電路板160，影像擷取元件140可配置於電路板160上且與電路板160電性連接。更進一步地說，在本實施例中，影像擷取元件140可配置於導光元件110的凹槽110a中，而位於導光元件110的凹槽110a與電路板160所圍出的空間內，但本發明不以此爲限。影像擷取元件140具有數組排列的多個像素（pixel）區142，以接收被待辨識物10反射的光束L，進而取得待辨識物10的影像。在本實施例中，影像擷取元件140可爲電荷耦合元件（charge-coupled device；CCD）、互補金屬氧化物半導體（complementary metal oxide semiconductor；CMOS）或其他適當種類的圖像傳感器。

在本實施例中，生物辨識裝置100還包括透光元件170。透光元件170配置於導光元件110的頂面111上。透光元件170具有背向導光元件110的按壓面172。按壓面172供待辨識物10按壓。在本實施例中，於正常的使用情况下，待辨識物10可爲生物的生物特徵，例如：指紋、靜脈、掌紋或上述至少二個的組合等。然而，本發明不限於此，於不正常的使用情况下，待辨識物10也可能是僞造物，例如：假手指。在本實施例中，生物辨識裝置100還包括第二光學膠180。透光元件170可透過第二光學膠180與導光元件110的頂面111連接。在本實施例中，透光元件170、第二光學膠180及導光元件110的折射率可相同或相近，以减少光束L在透光元件170與第二光學膠180的交界及第二光學膠180與導光元件110的交界的反射，以提升生物辨識裝置100的光利用效率和/或取像品質。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，透光元件170、第二光學膠180及導光元件110的折射率也可相異。

在本實施例中，生物辨識裝置100還可包括準直元件150。準直元件150配置於導光元件110的第一內表面114與影像擷取元件140之間。在本實施例中，準直元件150可透過光學膠（未顯示）與影像擷取元件140連接，但本發明不以此爲限。值得注意的是，準直元件150具有多個透光區152。多個透光區152分別對應影像擷取元件140的多個像素區142。被待辨識物10的每一處反射的光束L可通過對應的一個透光區152傳遞至對應的像素區142，而不易傳遞至其他像素區142。藉此，生物辨識裝置100的取像品質能進一步地提升。但本發明不限於此，在其他實施例中，生物辨識裝置100也可選擇性地不包括準直元件150。

綜上所述，本發明一實施例的生物辨識裝置包括導光元件、光源、光學膠及影像擷取元件。導光元件具有頂面、底面、入光面、第一內表面及第二內表面。底面相對於頂面設置。入光面連接於頂面與底面之間。第一內表面相對於頂面設置。第二內表面相對於入光面設置且連接於第一內表面與底面之間。特別是，第二內表面相對於頂面及入光面傾斜。第二內表面能將更多的光束反射向導光元件的頂面，進而照射待辨識物。藉此，生物辨識裝置的光利用效率能提升。

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。

10：待辨識物 100：生物辨識裝置 110：導光元件 110a：凹槽 111：頂面 112：底面 113：入光面 114：第一內表面 115：第二內表面 116：第三內表面 120：光源 130：第一光學膠 140：影像擷取元件 142：像素區 150：準直元件 152：透光區 160：電路板 170：透光元件 172：按壓面 180：第二光學膠 d：內徑 G：間隙 L：光束 θ1：第一角度 θ2：第二角度

圖1爲本發明一實施例的生物辨識裝置的剖面示意圖。

Claims

一種生物辨識裝置，包括：導光元件，包括：頂面；底面，相對於所述頂面設置；入光面，連接於所述頂面與所述底面之間；第一內表面，相對於所述頂面設置；以及第二內表面，相對於所述入光面設置且連接於所述第一內表面與所述底面之間，其中所述第二內表面相對於所述頂面及所述入光面傾斜；光源，設置於所述入光面旁，其中所述光源用以發出光束，所述光束自所述入光面進入所述導光元件且被所述第二內表面反射向所述頂面；以及影像擷取元件，相對於所述導光元件的所述第一內表面設置。
如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述光源與所述入光面之間存在間隙，所述生物辨識裝置還包括：第一光學膠，填入所述間隙，其中所述光束通過所述第一光學膠而傳遞至所述入光面。
如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述第一內表面與所述第二內表面定義所述導光元件的凹槽，且所述凹槽的內徑隨著遠離所述頂面而漸增。
如申請專利範圍第3項所述的生物辨識裝置，其中所述導光元件還包括：第三內表面，相對於所述入光面設置且連接於所述第二內表面與所述底面之間，其中所述第一內表面、所述第二內表面及所述第三內表面定義所述凹槽，所述第二內表面與和所述頂面平行的參考平面夾有第一角度，所述第三內表面相對於所述頂面及所述入光面傾斜且與所述參考平面夾有第二角度，其中所述第二角度大於所述第一角度。
如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述第一內表面與所述第二內表面定義所述導光元件的凹槽，而所述影像擷取元件設置於所述導光元件的所述凹槽中。
如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述光源與所述入光面之間存在間隙，所述生物辨識裝置還包括：第一光學膠，填入所述間隙，其中所述光束通過所述第一光學膠而傳遞至所述入光面，所述第一光學膠的折射率與所述導光元件的折射率相同。
如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，還包括：透光元件，配置於所述導光元件的所述頂面上。
如申請專利範圍第7項所述的生物辨識裝置，還包括：第二光學膠，其中所述導光元件透過所述第二光學膠與所述透光元件連接。
如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，還包括：準直元件，配置於所述導光元件的所述第一內表面與所述影像擷取元件之間。
如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述生物辨識裝置用以辨識待辨識物，而所述待辨識物包括指紋、掌紋、靜脈或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述光源發出的所述光束包括可見光、不可見光或其組合。