TWI659367B - 電子裝置及其影像擷取模組 - Google Patents

Abstract

本發明為一種電子裝置及其影像擷取模組，其係於電子裝置上界定有一可視區及一非可視區，其中顯示模組設於可視區下方而影像擷取模組設於非可視區下方，影像擷取模組具有導光元件、集光元件及指紋影像擷取單元，導光元件用以將可視區上之指紋辨識區的反射光導引至集光元件，集光元件再將所述反射光收集至指紋影像擷取單元，以供後續指紋辨識之用，如此則僅須於非可視區下方留有設置影像擷取模組之空間即可，面積較大的指紋辨識區仍可設於可視區上，則可達成設置供辨識指紋之影像擷取模組於電子裝置中的目的。

Description

電子裝置及其影像擷取模組

本發明為一種電子裝置及其影像擷取模組，尤指一種用來擷取指紋影像之影像擷取模組及其所應用之電子裝置。

可攜式電子裝置已成為現代人的日常生活用品之一，儲存在可攜式電子裝置中的資訊越來越多，如聯絡資訊、照片、通聯訊息、或其他個人資訊等，若可攜式電子裝置遺失或遭他人盜取，將造成使用者喪失隱私資訊，故可攜式電子裝置的加密方式逐漸受到重視，傳統的加密方式為設定用戶密碼，然而，除了密碼容易遺忘之外，也容易遭有心人士破解，因此，生物辨識技術便應運而生，採用每個人獨一無二的生理或行為特徵，來辨識使用者身份，方能確保安全性，其中指紋辨識係為最廣泛使用的生物辨識技術。傳統的電容式指紋辨識受限於其感測距離及結構不易縮減等問題，故光學式指紋辨識逐漸成為主流技術。

有鑑於此，本發明係針對光學式指紋辨識加以研發，進而推出適用於現今可攜式電子裝置之光學式指紋辨識裝置的影像擷取模組。

為了達到上述之發明目的，本發明所採用的技術手段為創作一種電子裝置，其界定有一可視區及一非可視區，該電子裝置包括： 一保護層，其對應於該可視區內界定有一指紋辨識區； 一顯示模組，其對應設置於該可視區下方；及 一影像擷取模組，其對應設置於該非可視區下方並設於該顯示模組之一側，該影像擷取模組包含有一導光元件、一集光元件及一指紋影像擷取單元，該導光元件設置於該保護層與該集光元件之間，該集光元件設置於該導光元件與該指紋影像擷取單元之間，該指紋影像擷取單元經由該導光元件與該集光元件獲得該指紋辨識區上之手指的指紋影像。

本發明的優點在於，對於具有較大顯示螢幕的可攜式電子裝置而言（例如全屏式行動電話），其相對於顯示模組的可視區較大而非可視區相對較小，僅須於非可視區下方留有設置影像擷取模組之空間即可，而指紋辨識區仍設於可視區上，並透過導光元件和集光元件來將指紋辨識區上之反射光導引且收集至該指紋影像擷取單元，來順利收集指紋影像，進而達成設置光學式指紋辨識裝置於可攜式電子裝置中的目的。

以下配合圖式及本發明之實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。

請參閱圖1及圖2所示，本發明之電子裝置界定有一可視區11及一非可視區12，該可視區11係對應為顯示影像之區域，而該非可視區12係對應為不顯示影像之區域，例如埋設電子元件或邊框所佔之區域，該電子裝置包含有一保護層10、一顯示模組20及至少一影像擷取模組30。

前述之保護層10對應於該可視區11之範圍內界定有一指紋辨識區111，其中該指紋辨識區111鄰接該可視區11之邊界。

前述之顯示模組20對應設置於該可視區11下方，其用以顯示影像，使用者係透過該可視區11可觀看到其所顯示的影像。

請參閱圖2所示，前述之影像擷取模組30對應設置於該非可視區12下方且設於該顯示模組20之一側，該影像擷取模組30相對應鄰接於該指紋辨識區111。請進一步參閱圖3所示，該影像擷取模組30包含有一導光元件31、一集光元件32、及一指紋影像擷取單元33，該導光元件31設置於該保護層10與該集光元件32之間，該集光元件32設置於該導光元件31與該指紋影像擷取單元33之間，該導光元件31用以將來自該指紋辨識區111之反射光導引至該集光元件32，該集光元件32再將所述反射光收集至該指紋影像擷取單元33，以供其擷取指紋影像資訊並進行後續的指紋辨識處理。在一實施例中，所述導光元件31的折射率大於所述保護層10的折射率。

請參閱圖2所示，在一實施例中，該保護層10之下表面相對於該非可視區11處，塗布有油墨層13，該油墨層13用以容許預定波長之光線通過。在一實施例中，相對於該非可視區11下方主要係埋設電子元件或作為走線區域，故所述油墨層13係用以遮蔽該非可視區11下方的電子元件或走線，以提昇美觀度，但由於該指紋識別區111的反射光須穿透該保護層10並傳遞至下方的影像擷取模組30，因此該油墨層13容許預定波長之光線通過，以供所述反射光通過該保護層10而抵達該影像擷取模組30，一般而言係容許非可見光通過，例如：紅外光，以同時達到遮蔽電子元件或邊框但又能讓反射光通過的效果，但並不以此為限，亦可依需求選擇容許讓預定波長之可見光通過該保護層10，來達到前述指紋影像偵測之目的。在一實施例中，該油墨層13對應該影像擷取模組30之區域容許預定波長之光線通過，而該油墨層13之其餘區域為不透光。

請參閱圖3所示，在一實施例中，所述影像擷取模組30進一步包含有一不透光的殼體34，該導光元件31為一稜鏡、該集光元件32為一針孔，所述指紋影像擷取單元33設於該殼體34之內部空間340中，該殼體34自與該保護層10接觸之頂面處內凹成形有一容置槽342，該稜鏡設於該容置槽342中，該針孔貫穿該容置槽342之壁面，使該內部空間340經由該針孔與該容置槽342相連通。

請再參閱圖3、圖4A及圖4B所示，當該顯示模組20的光穿透該保護層10抵達位於該指紋辨識區111上之使用者的指紋40並加以反射而形成反射光50時，該反射光50經過該導光元件31（稜鏡）之折射而導引至該集光元件32（針孔），並由該集光元件32（針孔）將該反射光50收集至該指紋影像取單元33上。所述不透光的殼體34係用以防止非所欲收集的光線（例如:環境光）進入該殼體34中而干擾到該指紋影像擷取單元33所擷取的影像資訊。

請參閱圖5所示，在一實施例中，所述影像擷取模組30A包含有一導光元件31A、一集光元件32A、一指紋影像擷取單元33A及一不透光的殼體34A。其中，該導光元件31A為一透鏡，本實施例選擇為一凸透鏡，且凸出之曲面朝向該指紋影像擷取單元33A，但透鏡之種類並不因此受限，也能依需求選擇其他種類之透鏡；該集光元件32A為一光圈，所述指紋影像擷取單元33A設於該殼體34A之內部空間340A中，該殼體34A自與該保護層10接觸之頂面處內凹成形有一容置槽342A，該透鏡設於該容置槽342A中，該光圈貫穿該容置槽342A之壁面，使該內部空間340A經由該針孔與該容置槽342A相連通。本實施例主要係利用該透鏡改變經由使用者指紋反射回來之該反射光路徑，使其折射通過該光圈後，再利用該光圈將該反射光收集至該指紋影像擷取單元33A上。

請參閱圖6所示，在一實施例中，所述影像擷取模組30B包含有一導光元件31B、一集光元件32B、一指紋影像擷取單元33B及一不透光的殼體34B，其中該導光元件31B為一稜鏡、該集光元件32B為一光罩（mask），所述指紋影像擷取單元33B設於該殼體34B之內部空間340B，該殼體34B自與該保護層10接觸之頂面處內凹成形有一穿孔343B，且該穿孔343B連通該內部空間340B，該稜鏡設於該穿孔343B中，該光罩覆蓋於該指紋影像擷取單元33B之頂面。本實施例主要係利用該稜鏡改變經由使用者指紋反射回來之該反射光的路徑朝向該光罩，再利用該光罩將該反射光收集至該指紋影像擷取單元33B上，所述光罩係為其上具有經過編碼之多數個透孔321B，該指紋影擷取單元33B上收集穿過透孔321B的反射光所構成之影像，透過對應該光罩之編碼的演算法解構該影像而獲得所偵測到的指紋影像，該方法一般稱為無透鏡成像（Lensless imaging），如2016年9月發表於期刊IEEE Signal Processing Magazine （Volume: 33, Issue 5）之「Lensless Imaging: A computational renaissance」文章中所述之原理，在此不加以贅述。

請參閱圖7所示，在一實施例中，所述影像擷取模組30C包含有一導光元件31C、一集光元件32C、一指紋影像擷取單元33C及一不透光的殼體34C，該導光元件31C為一繞射元件、該集光元件32C為一針孔，所述指紋影像擷取單元33C設於該殼體34C之內部空間340C中，該繞射元件設置於該保護層10之下表面且相對位於該非可視區12處，其中該繞射元件可額外貼設於該保護層10之下表面，或者直接一體成形於該保護層10之下表面。該針孔貫穿該殼體34C之壁面。本實施例主要係藉由繞射原理，將通過該繞射元件的反射光導引至該針孔，再利用該針孔將該反射光收集至該指紋影像擷取單元33C上。所述繞射元件可為光柵、二元波帶片（binary zone plates）、光子篩（photon sieves）、菲涅耳透鏡（Fresnel）、正弦波帶片（sinusoidal zone plates）等，但不以此為限。

請參閱圖8所示，在一實施例中，所述影像擷取模組30D包含有一導光元件31D、一集光元件32D、一指紋影像擷取單元33D及一不透光的殼體34D，該導光元件31D為一稜鏡，該稜鏡設置於該殼體34D的穿孔343D，該集光元件32D為一繞射元件，該繞射元件設置於該稜鏡朝向該指紋影像擷取單元33D之表面上，所述指紋影像擷取單元33D設於該殼體34D之內部空間340D中。本實施例主要係利用該稜鏡改變經由使用者指紋反射回來之該反射光的路徑朝向該繞射元件後，再藉由繞射原理透過該繞射元件將該反射光收集至該指紋影像擷取單元33D上。所述繞射元件可為光柵、二元波帶片（binary zone plates）、光子篩（photon sieves）、菲涅耳透鏡（Fresnel）、正弦波帶片（sinusoidal zone plates）等，但不以此為限。

請參閱圖9所示，在一實施例中，所述影像擷取模組30E包含有一導光元件31E、一集光元件32E、一指紋影像擷取單元33E及一不透光的殼體34E，該導光元件31E為一第一繞射元件、該集光元件32E為一第二繞射元件，所述指紋影像擷取單元33E設於該殼體34E之內部空間340E中，該第一繞射元件設置於該保護層10之下表面且相對位於該非可視區12處，其中該第一繞射元件可額外貼設於該保護層10之下表面，或者直接一體成形於該保護層10之下表面，該第二繞射元件設於該殼體34E的穿孔343E中。本實施例主要係藉由繞射原理，將通過該第一繞射元件的反射光導引至該第二繞射元件，再透過該第二繞射元件將該反射光收集至該指紋影像擷取單元33E上。所述第一及第二繞射元件可分別為光柵、二元波帶片（binary zone plates）、光子篩（photon sieves）、菲涅耳透鏡（Fresnel）、正弦波帶片（sinusoidal zone plates）等，但不以此為限。

如圖3、圖5至圖9所示之各實施例，本發明之導光元件31可為稜鏡、透鏡、繞射元件等用以改變使用者指紋所反射回來之反射光的路徑之元件，本發明之集光元件32可為針孔、光圈、光罩、繞射元件等用以將該反射光收集至該指紋影像擷取單元33上的元件，所述導光元件31及所述集光元件32的選擇與組合係不以上述實施例所揭露之組合為限。

由於前述指紋辨識區111之面積大小係對應於該影像擷取模組30可接收之反射光的來源區域，故請參閱圖10所示，在一實施例中，本發明可包含有多個影像擷取模組30，該多個影像擷取模組30沿著該可視區11之邊界排列設置於該非可視區12的範圍內，且對應位於該顯示模組20的同一側，以相對增加該指紋辨識區111之面積。或者，如圖11所示，在另一實施例中，本發明亦可藉由增加該影像擷取模組30的寬度，其中相對應增加該導光元件31的體積或數量、集光元件32的面積或數量等等 ，以同樣相對增加該指紋辨識區111之面積，以所述導光元件31為稜鏡而集光元件32為針孔為例，可藉由加大稜鏡的長度，並增加針孔的數量來達成如圖11之實施態樣。

綜上所述，本發明係透過設置於該非可視區12下方的影像擷取模組30來收集對應位於該指紋辨識區111上方之指紋的反射光，以供後續指紋影像辨識之用，則僅須於該非可視區12下方留有設置該至少一影像擷取模組30之空間即可，而所佔面積較大的指紋辨識區111仍設於該可視區11上，並透過該導光元件31和該集光元件32來將從該指紋辨識區111經指紋反射過來之反射光導引且收集至該指紋影像擷取單元33，來順利收集指紋影像。再者，本發明之模組化的影像擷取模組30係便於設置，且由於該影像擷取模組30係設置在該非可視區12來擷取指紋之反射光，故無須更動現有的該顯示模組20的結構亦可達成辨識指紋影像的功能。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而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，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10‧‧‧保護層

11‧‧‧可視區

111‧‧‧指紋辨識區

12‧‧‧非可視區

13‧‧‧油墨層

20‧‧‧顯示模組

30、30A、30B、30C、30D、30E‧‧‧影像擷取模組

34、34A、34B、34C、34D、34E‧‧‧殼體

342、342A、342C‧‧‧容置槽

343B、343D、343E‧‧‧穿孔

31、31A、31B、31C、31D、31E‧‧‧導光元件

32、32A、32B、32C、32D、32E‧‧‧集光元件

33、33A、33B、33C、33D、33E‧‧‧指紋影像擷取單元

34、34A、34B、34C、34D、34E‧‧‧內部空間

40‧‧‧指紋

50‧‧‧反射光

圖1為本發明之前視示意圖。 圖2為本發明之側視放大示意圖。 圖3為本發明之影像擷取模組第一實施例之側視放大示意圖。 圖4A為本發明之側視實施狀態示意圖。 圖4B為本發明之側視實施狀態放大示意圖。 圖5為本發明之影像擷取模組第二實施例之側視放大示意圖。 圖6為本發明之影像擷取模組第三實施例之側視放大示意圖。 圖7為本發明之影像擷取模組第四實施例之側視放大示意圖。 圖8為本發明之影像擷取模組第五實施例之側視放大示意圖。 圖9為本發明之影像擷取模組第六實施例之側視放大示意圖。 圖10為本發明另一實施態樣之前視示意圖。 圖11為本發明又一實施態樣之前視示意圖。

Claims (14)

1. 一種電子裝置，其界定有一可視區及一非可視區，該電子裝置包括：一保護層，其對應於該可視區內界定有一指紋辨識區；一顯示模組，其對應該可視區設置於該保護層下方；及一影像擷取模組，其對應設置於該非可視區下方並設於該顯示模組之一側，該影像擷取模組包含有一導光元件、一集光元件及一指紋影像擷取單元，該導光元件設置於該保護層與該集光元件之間，該集光元件設置於該導光元件與該指紋影像擷取單元之間，該指紋影像擷取單元經由該導光元件與該集光元件獲得該指紋辨識區上之手指的指紋影像。
2. 如請求項1所述之電子裝置，其中該導光元件包含有一稜鏡，該稜鏡設置於該保護層與該集光元件之間。
3. 如請求項1所述之電子裝置，其中該導光元件包含有一透鏡，該透鏡設置於該保護層與該集光元件之間。
4. 如請求項1所述之電子裝置，其中該導光元件包含有一繞射元件，該繞射元件設置於該保護層之下表面。
5. 如請求項2或4所述之電子裝置，其中該影像擷取模組包含有一不透光之殼體，該指紋影像擷取單元設置於該殼體之內部空間中，該集光元件包含有至少一針孔，所述針孔貫穿成形於該殼體並相鄰於該導光元件。
6. 如請求項3所述之電子裝置，其中該影像擷取模組包含有一不透光之殼體，該指紋影像擷取單元設置於該殼體之內部空間中，該集光元件包含有一光圈，所述光圈貫穿成形於該殼體，所述透鏡設置於該光圈與該導光元件之間。
7. 如請求項2或4所述之電子裝置，其中該影像擷取模組包含有一不透光之殼體，該指紋影像擷取單元設置於該殼體之內部空間中，該集光元件包含有一光罩，所述光罩貼附於該指紋影像擷取單元上，所述光罩包含有多數個預設陣列排列之透孔。
8. 如請求項2或4中所述之電子裝置，其中該影像擷取模組包含有一不透光之殼體，該指紋影像擷取單元設置於該殼體之內部空間中，該集光元件包含有一繞射元件，作為該集光元件之繞射元件設於該導光元件與該指紋影像擷取單元之間。
9. 如請求項1至3中任一項所述之電子裝置，其中該保護層之下表面相對於該非可視區處塗布有油墨層，所述油墨層用以容許預定波長之光線通過。
10. 如請求項9所述之電子裝置，其中所述油墨層為容許不可見光通過之油墨層。
11. 如請求項4所述之電子裝置，其中該保護層之下表面相對於非可視區處及該繞射元件之下表面塗布有油墨層，所述油墨層用以容許預定波長之光線通過。
12. 如請求項11所述之電子裝置，其中所述油墨層用以容許不可見光通過。
13. 如請求項1所述之電子裝置，其中該指紋辨識區相對應鄰接於該影像擷取模組。
14. 如請求項1所述之電子裝置，其中所述導光元件的折射率大於所述保護層的折射率。