TWI654569B - 生物辨識裝置 - Google Patents

Abstract

一種生物辨識裝置包括導光元件、至少一反射層、光源及影像擷取元件。導光元件包括第一表面、第二表面、外側壁、內側壁及底面。第二表面相對於第一表面設置。外側壁與第一表面連接且相對於第一表面傾斜。內側壁與第二表面連接且相對於外側壁設置。底面相對於第一表面設置且連接於外側壁與內側壁之間。至少一反射層設置於部分底面、外側壁及內側壁的至少一個上。光源設置於底面旁且用以發出光束。光束自底面進入導光元件後被至少一反射層反射，以向第一表面傳遞。

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。

本發明是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、至少一反射層、光源及影像擷取元件。導光元件包括第一表面、第二表面、外側壁、內側壁及底面。第二表面相對於第一表面設置。外側壁與第一表面連接、向第二表面所在側延伸且相對於第一表面傾斜。內側壁與第二表面連接且相對於外側壁設置。底面相對於第一表面設置且連接於外側壁與內側壁之間。至少一反射層設置於部分底面、外側壁及內側壁的至少一個上。光源設置於導光元件的底面旁且用以發出光束。光束自底面進入導光元件後被至少一反射層反射，以向第一表面傳遞。影像擷取元件相對於導光元件的第二表面設置。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，內側壁相對於第一表面傾斜。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，外側壁與內側壁之間的距離隨著遠離第一表面而增加。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，至少一反射層包括第一反射層。第一反射層設置於部分底面上的第一反射層。光束穿過另一部分的底面後被外側壁及第一反射層反射，以向第一表面傳遞。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，至少一反射層包括第二反射層。第二反射層設置於外側壁上。光束穿過另一部分的底面後被第二反射層及部分底面反射，以向第一表面傳遞。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，至少一反射層包括第一反射層及第二反射層。第一反射層設置於部分的底面上。第二反射層設置於外側壁上。光束穿過另一部分的底面後被第一反射層及第二反射層反射，以向第一表面傳遞。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，至少一反射層包括第二反射層。第二反射層設置於外側壁上。光束穿過另一部分的底面後被第二反射層及內側壁反射，以向第一表面傳遞。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，至少一反射層包括第三反射層。第三反射層設置於內側壁上。光束穿過另一部分的底面後被外側壁及第三反射層反射，以向第一表面傳遞。

在根據本發明的實施例的生物辨識裝置中，至少一反射層包括第二反射層及第三反射層。第二反射層設置於外側壁上。第三反射層設置於內側壁上。光束穿過另一部分的底面後被第二反射層及第三反射層反射，以向第一表面傳遞。

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二表面與影像擷取元件之間。

基於上述，本發明一實施例的生物辨識裝置包括導光元件、至少一反射層、光源及影像擷取元件。至少一反射層設置於導光元件的部分底面、外側壁及內側壁的至少一個上。藉由反射層的反射作用，光束耦入導光元件的工作區的效率可提升，進而增加生物辨識裝置的光利用效率。

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、至少一反射層121、122、123、光源130及影像擷取元件140。導光元件110包括第一表面112、第二表面114、外側壁116、內側壁118及底面119a、119b。第二表面114相對於第一表面112設置。外側壁116與第一表面112連接且向第二表面114所在側延伸。外側壁116相對於第一表面112傾斜。內側壁118與第二表面114連接且相對於外側壁116設置。底面119a、119b 相對於第一表面112設置且連接於外側壁116與內側壁118之間。

在本實施例中，第二表面114與內側壁118可定義導光元件110的凹槽110a。內側壁118可相對於第一表面112傾斜。凹槽110a的內徑D可隨著遠離第一表面112而增加。在本實施例中，外側壁116與內側壁118的傾斜程度可不同。舉例而言，外側壁116的傾斜程度可較內側壁118的傾斜程度大。外側壁116與內側壁118之間的距離d可隨著遠離第一表面112而增加，其中距離d是指外側壁116與內側壁118在平行於第一表面112的方向上的距離。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。

至少一反射層121、122、123設置於部分的底面119a、外側壁116及內側壁118的至少一個上。舉例而言，在本實施例中，至少一反射層121、122、123可包括第一反射層121、第二反射層122及第三反射層123。第一反射層121、第二反射層122及第三反射層123可分別設置於部分的底面119a、外側壁116及內側壁118上。然而，本發明不限於此，在另一實施例中，部分的底面119a上可設置第一反射層121，而外側壁116及內側壁118上可不設置第二反射層122及第三反射層123；在又一實施例中，部分的底面119a及外側壁116上可設置第一反射層121及第二反射層122，而內側壁118上可不設置第三反射層123；在再一實施例中，部分的底面119a及內側壁118上可設置第一反射層121及第三反射層123，而外側壁116上可不設置第二反射層122；在一實施例中，外側壁116及內側壁118上可設置第二反射層122及第三反射層123，而部分的底面119a上不可設置第一反射層121。在本實施例中，第一反射層121、第二反射層122和/或第三反射層123可爲白色反射層。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，第一反射層121、第二反射層122和/或第三反射層123也可爲其他具有反射光束作用的反射層，例如：鏡面反射層等。

光源130設置於導光元件110的底面119a、119b旁。舉例而言，在本實施例中，生物辨識裝置100可選擇性地包括支撑物192。支撑物192由底面119a、119b向光源130所在側延伸，以維持底面119a、119b與光源130之間的間隙。在本實施例中，支撑物192可與導光元件110、電路板160或光源130一體成型，或爲導光元件110、電路板160及光源130以外的構件，本發明幷不加以限制。生物辨識裝置100還可包括光學膠194。光學膠194可填入導光元件110的底面119a、119b與光源130之間的間隙，以减少光束L1、L2在入射導光元件110前的損失。需說明的是，上述的支撑物192、導光元件110的底面119a、119b及電路板160的相對關係僅是用以舉例說明光源130設置於底面119a、119b旁的一種方式。在其他實施例中，生物辨識裝置100也可不包括支撑物192，而用其他適當方式將光源130設置於導光元件110的底面119a、119b旁。舉例而言，在另一實施例中，生物辨識裝置100可不包括支撑物192，導光元件110的底面119a、119b可具有凹陷（未顯示），光源130可選擇性地配置於底面119a、119b的凹陷與電路板160圍出的空間中。在另一實施例中，生物辨識裝置100可不包括支撑物192，導光元件110的底面119a、119b可不具凹陷，電路板160可具有凹陷（未顯示），光源130可配置於電路板160的所述凹陷中，導光元件110的底面119a、119b 配置於電路板160的所述凹陷上方，而光束L1、L2也可自不具凹陷的底面119a、119b 進入導光元件110中。

光源130用以發出光束L1、L2。在本實施例中，光束L1、L2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L1、L2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130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130也可爲其他適當種類的發光元件。圖1示出二個光源130爲示例，且光源130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130的數量也可爲單個且設置在導光元件110的單側，或者光源130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。

影像擷取元件140相對於導光元件110的第二表面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L1、L2，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數組。

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的第一表面112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還包括光學膠180。透光元件170可透過光學膠180與導光元件110的第一表面112連接。在本實施例中，透光元件170、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L1、L2在透光元件170與光學膠180的交界及光學膠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、光學膠180及導光元件110的折射率也可相异。

值得注意的是，光束L1、L2自部分底面119b進入導光元件110後會被至少一反射層121、122、123反射，以向第一表面112傳遞。藉此，光束L1、L2耦入導光元件110的工作區（例如：第一表面112與第二表面114之間的區域）的效率提升，進而增加生物辨識裝置100的光利用效率。

舉例而言，在本實施例中，光束L1穿過部分的底面119b後可被外側壁116上的第二反射層122反射至部分底面119a上的第一反射層121，又第一反射層121反射光束L1，以使光束L1向第一表面112傳遞，進而爲生物辨識裝置100使用。然而，本發明不限於此，在另一實施例中，部分底面119a上可設置第一反射層121，而外側壁116上可不設置第二反射層122，此時，光束L1穿過部分的底面119b後可被外側壁116反射至第一反射層121，又第一反射層121反射光束L1，以使光束L1向第一表面112傳遞；在又一實施例中，部分底面119a上可不設置第一反射層121，而外側壁116上可設置第二反射層122，此時，光束L1穿過部分的底面119b後可被第二反射層122反射至部分的底面119a，又部分的底面119a反射光束L1，以使光束L1向第一表面112傳遞。

此外，在本實施例中，另一光束L2穿過部分的底面119b後會被第二反射層122的一處反射至第三反射層123，第三反射層123可將光束L2反射至第二反射層122的另一處，第二反射層122的另一處反射光束L2，以使光束L2向第一表面112傳遞，進而爲生物辨識裝置100使用。然而，本發明不限於此，在另一實施例中，外側壁116上可設置第二反射層122，而內側壁118上可不設置第三反射層123，此時，光束L2穿過部分的底面119b後可被第二反射層122的一處反射至內側壁118，內側壁118反射光束L2至第二反射層122的另一處，又第二反射層122的另一處反射光束L2，以使光束L2向第一表面112傳遞；在又一實施例中，外側壁116上可不設置第二反射層122，而內側壁118上可設置第三反射層123，此時，光束L2穿過部分的底面119b後可被外側壁116的一處反射至第三反射層123，又第三反射層123反射光束L2至外側壁116的另一處，又外側壁116的另一處反射光束L2，以使光束L2向第一表面112傳遞。

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的第二表面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L1或L2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、至少一反射層、光源及影像擷取元件。至少一反射層設置於導光元件的部分底面、外側壁及內側壁的至少一個上。藉由反射層的反射作用，光束耦入導光元件的工作區的效率可提升，進而增加生物辨識裝置的光利用效率。

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ㄒ辨識裝置

110‧‧‧導光元件

110a‧‧‧凹槽

112‧‧‧第一表面

114‧‧‧第二表面

116‧‧‧外側壁

118‧‧‧內側壁

119a、119b‧‧‧底面

121‧‧‧第一反射層（反射層）

122‧‧‧第二反射層（反射層）

123‧‧‧第三反射層(反射層)

130‧‧‧光源

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、194‧‧‧光學膠

192‧‧‧支撑物

D‧‧‧內徑

d‧‧‧距離

L1、L2‧‧‧光束

圖1爲本發明一實施例的生物辨識裝置的剖面示意圖。

Claims (8)

1. 一種生物辨識裝置，包括：導光元件，包括：第一表面；第二表面，相對於所述第一表面設置；外側壁，與所述第一表面連接、向所述第二表面所在側延伸且相對於所述第一表面傾斜；內側壁，與所述第二表面連接且相對於所述外側壁設置；以及底面，相對於所述第一表面設置且連接於所述外側壁與所述內側壁之間；至少一反射層，設置於部分的所述底面、所述外側壁及所述內側壁的至少一個上；光源，設置於所述導光元件的所述底面旁且用以發出光束，其中所述光束自所述底面進入所述導光元件後被所述至少一反射層反射，以向所述第一表面傳遞；以及影像擷取元件，相對於所述導光元件的所述第二表面設置，其中所述至少一反射層包括第一反射層以及第二反射層，所述第一反射層設置於所述部分的所述底面上，所述第二反射層設置於所述外側壁上，其中所述光束穿過另一部分的所述底面後被所述第二反射層及所述第一反射層反射，以向所述第一表面傳遞，其中所述第二反射層連接所述第一反射層，以使部分所述光 束由所述第二反射層反射至所述第一反射層。
2. 如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述內側壁相對於所述第一表面傾斜。
3. 如申請專利範圍第2項所述的生物辨識裝置，其中所述外側壁與所述內側壁之間的距離隨著遠離所述第一表面而增加。
4. 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二表面與所述影像擷取元件之間。
5. 一種生物辨識裝置，包括：導光元件，包括：第一表面；第二表面，相對於所述第一表面設置；外側壁，與所述第一表面連接、向所述第二表面所在側延伸且相對於所述第一表面傾斜；內側壁，與所述第二表面連接且相對於所述外側壁設置；以及底面，相對於所述第一表面設置且連接於所述外側壁與所述內側壁之間；至少一反射層，設置於部分的所述底面、所述外側壁及所述內側壁的至少一個上；光源，設置於所述導光元件的所述底面旁且用以發出光束，其中所述光束自所述底面進入所述導光元件後被所述至少一反射 層反射，以向所述第一表面傳遞；以及影像擷取元件，相對於所述導光元件的所述第二表面設置，其中所述至少一反射層包括第一反射層、第二反射層以及第三反射層，所述第一反射層設置於所述部分的所述底面上，所述第二反射層設置於所述外側壁上，所述第三反射層設置於所述內側壁上，其中所述光束穿過另一部分的所述底面後被所述第二反射層及所述第三反射層反射，以向所述第一表面傳遞，其中所述光束穿過另一部分的所述底面後被所述第二反射層及所述第一反射層反射，以向所述第一表面傳遞，其中所述第二反射層連接所述第一反射層，以使部分所述光束由所述第二反射層反射至所述第一反射層。
6. 如申請專利範圍第5項所述的生物辨識裝置，其中所述內側壁相對於所述第一表面傾斜。
7. 如申請專利範圍第6項所述的生物辨識裝置，其中所述外側壁與所述內側壁之間的距離隨著遠離所述第一表面而增加。
8. 如申請專利範圍第5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二表面與所述影像擷取元件之間。