TWI833480B - 光學生物辨識模組 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種光學生物辨識模組，包含：一蓋板、一基板、複數個光源、至少一偏光片以及一取像鏡頭模組。該蓋板具有一接觸面以及一印刷面，該印刷面包括有一透光區域以及若干個遮蔽區域。該光源及該取像鏡頭模組電訊連接該基板。該光源可投射出光能量行進一光學路徑，且該偏光片恰位於該光學路徑上。其中，當一待測物鄰靠該接觸面時，該光學路徑為通過該透光區域至該待測物反射至該取像鏡頭模組，藉由該透光區域的尺寸大小，配合若干個遮蔽區域使遮擋外界環境光源干擾與限制內部光線角度，以阻擋會干擾待測物之光源。

Description

光學生物辨識模組

本發明係有關於一種辨識模組，尤其係指一種非全反射設計的光學生物辨識模組。

生物辨識的種類包括臉部、聲音、虹膜、視網膜、靜脈、掌紋和指紋辨識等。依照感測方式的不同，生物特徵辨識裝置可分為光學式、電容式、超音波式及熱感應式。一般而言，光學式生物特徵辨識裝置包括光源、導光元件以及感測器。光源所發出的光束照射按壓於導光元件上的待測物(如手指、掌紋等)，感測器接收被待測物反射的光束，以進行生物特徵的辨識。

以指紋辨識為例，當手指按壓於導光元件上時，指紋的凸部會接觸導光元件，而指紋的凹部不會接觸導光元件。因此，指紋的凸部會破壞光束在導光元件內的全反射，而使感測器取得對應凸部的暗紋。同時，指紋的凹部不會破壞光束在導光元件內的全反射，而使感測器取得對應凹部的亮紋。藉此，對應指紋的凸部與凹部的光束會在感測器的光接收面上形成亮暗相間的條紋圖案。利用演算法計算對應指紋影像的資訊，便可進行使用者身份的辨識。然而，現有的光學式指紋辨識目前仍存在諸多問題尚需克服，例如下雨時，按壓面有水時，指紋即無法成像，造成辨識能力容易產生偏差以及製作成本較高等不利發展之難題，乃是業界所需思考的重要課題。

本發明之目的在於提供一種光學生物辨識模組，其將一玻璃蓋板設置有一開口，藉由該開口使該玻璃蓋板遮擋外界環境光源干擾與限制內部光線角度，以達到阻擋會干擾指紋影像光源之功效。

本發明之目的在於提供一種光學生物辨識模組，其藉由使用偏光光源，以消除玻璃蓋板下表面之介面反射，達到避免影響指紋影像採集之功效。

本發明之目的在於提供一種光學生物辨識模組，其藉由光源在手指不須按壓時，光線可直接照射手指，達到乾手指與潮溼環境下可以使用之功效。

為達到上述目的，本發明提供一種光學生物辨識模組，包含：一蓋板、一基板、複數個光源、至少一偏光片以及一取像鏡頭模組。該蓋板二側表面分別為一接觸面以及一印刷面，該印刷面包括有一透光區域以及若干個遮蔽區域，該透光區域具有一第一距離。該基板與該蓋板相距一間距。該光源分別電訊連接該基板二側上，該光源相距有一第二距離，該光源與該基板相距有一高度，該光源可投射出光能量行進一光學路徑。該偏光片位於該光學路徑上。該取像鏡頭模組電訊連接該基板上，且位於該光源之間。其中，當一待測物鄰靠該接觸面，且位於該接觸面上一第三距離時，該光學路徑為通過該透光區域至該待測物反射至該取像鏡頭模組，該第一距離尺寸長度大於該第三距離尺寸長度，該第二距離尺寸長度大於該第一距離尺寸長度。

於本發明之一較佳實施例中，該蓋板為玻璃材質或塑膠材質所製成。

於本發明之一較佳實施例中，該遮蔽區域為黑色材料所製成，可為一油墨層或一外觀指示圖案層。

於本發明之一較佳實施例中，該接觸面為一弧形曲面形狀。

於本發明之一較佳實施例中，該蓋板更包括有一觸控線路層，該觸控線路層位於該遮蔽區域上。

於本發明之一較佳實施例中，該光源為一垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser ，VCSEL）或一發光二極體（LED）。該發光二極體（LED）為側光式封裝所製成，且藉由封裝方式調整該高度。

於本發明之一較佳實施例中，該取像鏡頭模組更具有一濾波片，該濾波片與該偏光片相連接。

於本發明之一較佳實施例中，該偏光片位於該光源的一出光側。

為便貴審查委員能對本發明之目的、形狀、構造裝置特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下。

以下揭露提供不同的實施例或示例，以建置所提供之標的物的不同特徵。以下敘述之成分以及排列方式的特定示例是為了簡化本公開，目的不在於構成限制；元件的尺寸和形狀亦不被揭露之範圍或數值所限制，但可以取決於元件之製程條件或所需的特性。例如，利用剖面圖描述本發明的技術特徵，這些剖面圖是理想化的實施例示意圖。因而，由於製造工藝和/公差而導致圖示之形狀不同是可以預見的，不應為此而限定。

再者，空間相對性用語，例如「下方」、「在…之下」、「低於」、「在…之上」以及「高於」等，是為了易於描述圖式中所繪示的元素或特徵之間的關係；此外，空間相對用語除了圖示中所描繪的方向，還包含元件在使用或操作時的不同方向。

請參閱圖1至圖4所示，其係為本發明光學生物辨識模組及蓋板數個較佳實施例側視剖面結構示意圖。本發明提供一種光學生物辨識模組，包含：一蓋板1、一基板2、複數個光源3、至少一偏光片4以及一取像鏡頭模組5。該蓋板1為玻璃材質或塑膠材質所製成。玻璃基板可以是經化學強化或物理強化的玻璃基板，也可以是未經強化的玻璃基板。塑膠基板可以是聚碳酸酯(polycarbonate,PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)等，但不以此為限。該蓋板1二側表面分別為一接觸面11以及一印刷面12，該接觸面11可為一平面。當然，本發明較佳實施例中，該接觸面11a、11b可為一弧形曲面形狀，可為向上凸出的曲面形狀或向下凹入的曲面形狀。

該印刷面12包括有一透光區域121以及若干個遮蔽區域122，該透光區域121具有一第一距離D1。該遮蔽區域122為黑色材料所製成，可為一油墨層或一外觀指示圖案層。當該遮蔽區域122為油墨層時，選用黑色油墨材料。當該遮蔽區域122為圖案層時，是藉由印刷製程的網版來形成該圖案層或黑矩陣層(即Black Matrix遮蔽區域122)，可選用半透光材料，使部分波長的光束通過，而使另一部分波長的光束達到指引與外觀設計需求。

於本發明較佳實施例中，該蓋板1更包括有一觸控線路層13，該觸控線路層13位於該遮蔽區域122上。該蓋板1更包括有一開口區域14，該開口區域14可印刷光穿透油墨。位於對應該光源3的遮蔽區域122，遠離模組適當位置處可以印刷半透明油墨，加以該觸控線路層13提供數字鍵功能，使結合密碼解鎖，同時兼具指示功能，整體配合將該蓋板1達到一體化效果與美觀要求。

該基板2與該蓋板1相距一間距S。該光源3分別電訊連接該基板2二側上，該光源3相距有一第二距離D2，該光源3與該基板2相距有一高度H，該光源3可投射出光能量行進一光學路徑9。於本發明較佳實施例中，該光源3為一垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser ，VCSEL）或一發光二極體（LED）。該發光二極體（LED）為側光式封裝所製成，藉由封裝方式或使用該基板的厚度調整該高度H。

該偏光片4位於該光學路徑9上。該取像鏡頭模組5電訊連接該基板2上，且位於該光源3之間。於本發明較佳實施例中，該偏光片4位於該光源3的一出光側，且位於該光源3與該蓋板1之間，當然該偏光片4亦可位於該蓋板1與該取像鏡頭模組5之間，該偏光片4亦可以是有數個，同時位於該光源3與該蓋板1之間以及該蓋板1與該取像鏡頭模組5之間。該取像鏡頭模組5可為兩片式、三片式或四片式鏡片架構，或為一準直器模組，且該取像鏡頭模組5更具有一濾波片(圖中未示出)，該濾波片與該偏光片4相連接。例如，在本發明一個可行的實施例中，該取像鏡頭模組5可以改用感光元件(如：CCD 或CMOS)的感光面上設置一光束定向單元的組合，該光束定向元件可以是光準直層或者是光纖等。

其中，當一待測物6鄰靠該接觸面11，且位於該接觸面11上一第三距離D3時，且該第三距離D3為該取像鏡頭模組5可成像之範圍，該光學路徑9為通過該透光區域121至該待測物6反射至該取像鏡頭模組5，該第一距離D1尺寸長度大於該第三距離D3尺寸長度，該第二距離D2尺寸長度大於該第一距離D1尺寸長度。藉由上述光學生物辨識模組的結構排列方式，可以使該蓋板1遮擋外界環境光源干擾與限制內部光線角度，阻擋會干擾指紋影像之光源。

請同時參閱圖5至圖12所示，為本發明及習知光學生物辨識模組在正常環境對一般手指指紋及接觸痱子粉和麵粉時之乾手指指紋的辨識影像示意圖，以及本發明及習知光學生物辨識模組對潮濕手指及接觸痱子粉和麵粉時之乾手指指紋的辨識影像示意圖。由以上辨識影像示意圖中，圖5及圖6的辨識影像明顯比圖7及圖8的辨識影像清晰，表示本發明光學生物辨識模組在正常環境下就比習知光學生物辨識模組表現來的優異，而圖9及圖10的辨識影像更是明顯比圖11及圖12的辨識影像清晰，表示本發明光學生物辨識模組在潮濕環境下與在乾燥環境下比習知光學生物辨識模組表現來的優異。

請參閱圖13所示，為本發明光學生物辨識模組在p偏振態及s偏振態的入射角對反射率示意圖。本發明光學生物辨識模組透過偏光片方式，採用p偏振態之光線，阻擋s偏振態光線，並採用大角度範圍之光線，入射角度約落在45~65度範圍，此時光線的界面反射可達到最低，讓影像達到最少干擾。請參閱圖14所示，為本發明偏光片位於光源以及取像鏡頭模組前各方向比對實驗示意圖。偏光片4在該光源3的產生P波以及該取像鏡頭模組5前方上置偏光片4，只允許P波光線進入時表現為最佳。

請參閱圖15A至圖15B所示，為本發明光學生物辨識模組第一距離較小時側視剖面結構及辨識影像示意圖。當該第一距離D1過小時，辨識影像會出現一暗區不易辨識的狀況。請參閱圖16A至圖16B所示，為本發明光學生物辨識模組第一距離適中時側視剖面結構及辨識影像示意圖。當該第一距離D1在大小適中時，辨識影像呈現相當不錯的辨識狀況。請參閱圖17A至圖17B所示，為本發明光學生物辨識模組第一距離較大時側視剖面結構及辨識影像示意圖。當該第一距離D1偏大時，辨識影像會出現一亮區不易辨識的狀況。請參閱圖18A至圖18B所示，為本發明光學生物辨識模組第一距離過大時側視剖面結構及辨識影像示意圖。即當該第一距離D1過大時，辨識影像會出現更大一亮區，而更不易辨識的狀況。

以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

1:蓋板 11、11a、11b:接觸面 12:印刷面 121:透光區域 122:遮蔽區域 13:觸控線路層 14:開口區域 2:基板 3:光源 4:偏光片 5:取像鏡頭模組 6:待測物 9:光學路徑 D1:第一距離 D2:第二距離 D3:第三距離 S:間距 H:高度

為讓本發明的上述與其他目的、特徵、優點與實施例能更淺顯易懂，所附圖式之說明如下： 圖1為本發明光學生物辨識模組第一較佳實施例側視剖面結構示意圖。 圖2為本發明光學生物辨識模組第二較佳實施例側視剖面結構示意圖。 圖3為本發明蓋板第一較佳實施例側視結構示意圖。 圖4為本發明蓋板第二較佳實施例側視結構示意圖。 圖5為本發明光學生物辨識模組在正常環境對一般手指指紋的辨識影像示意圖。 圖6為本發明光學生物辨識模組在正常環境對乾手指指紋的辨識影像示意圖。 圖7為習知光學生物辨識模組在正常環境對一般手指指紋的辨識影像示意圖。 圖8為習知光學生物辨識模組在正常環境對乾手指指紋的辨識影像示意圖。 圖9為本發明光學生物辨識模組在潮濕環境對潮濕手指指紋的辨識影像示意圖。 圖10為本發明光學生物辨識模組在接觸痱子粉和麵粉時之乾手指指紋的辨識影像示意圖。 圖11為習知光學生物辨識模組在潮濕環境對潮濕手指指紋的辨識影像示意圖。 圖12為習知光學生物辨識模組在觸痱子粉和麵粉時之乾手指指紋的辨識影像示意圖。 圖13為本發明光學生物辨識模組在p偏振態及s偏振態的入射角對反射率示意圖。 圖14為本發明偏光片位於光源以及取像鏡頭模組前各方向比對實驗示意圖。 圖15A為本發明光學生物辨識模組第一距離較小時側視剖面結構示意圖。 圖15B為本發明光學生物辨識模組第一距離較小時的辨識影像示意圖。 圖16A為本發明光學生物辨識模組第一距離適中時側視剖面結構示意圖。 圖16B為本發明光學生物辨識模組第一距離適中時的辨識影像示意圖。 圖17A為本發明光學生物辨識模組第一距離較大時側視剖面結構示意圖。 圖17B為本發明光學生物辨識模組第一距離較大時的辨識影像示意圖。 圖18A為本發明光學生物辨識模組第一距離過大時側視剖面結構示意圖。 圖18B為本發明光學生物辨識模組第一距離過大時的辨識影像示意圖。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依實際比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號指稱相似的元件及部件。

1:蓋板

11:接觸面

12:印刷面

121:透光區域

122:遮蔽區域

13:觸控線路層

14:開口區域

2:基板

3:光源

4:偏光片

5:取像鏡頭模組

6:待測物

9:光學路徑

D1:第一距離

D2:第二距離

D3:第三距離

S:間距

H:高度

Claims (11)

1. 一種光學生物辨識模組，包含：一蓋板，二側表面分別為一接觸面以及一印刷面，該印刷面包括有一透光區域以及若干個遮蔽區域，該透光區域具有一第一距離；一基板，與該蓋板相距一間距；複數個光源，分別電訊連接該基板二側上，該光源相距有一第二距離，該光源與該基板相距有一高度，該光源可投射出光能量行進一光學路徑；其中，該光源為一垂直共振腔面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)或一發光二極體(LED)；其中，該發光二極體(LED)為側光式封裝所製成，且藉由該基板調整該高度；至少一偏光片，該偏光片位於該光學路徑上；一取像鏡頭模組，電訊連接該基板上，且位於該光源之間；其中，當一待測物鄰靠該接觸面，且位於該接觸面上一第三距離時，該光學路徑為通過該透光區域至該待測物反射至該取像鏡頭模組，該第一距離尺寸長度大於該第三距離尺寸長度，該第二距離尺寸長度大於該第一距離尺寸長度。
2. 如請求項1所述之光學生物辨識模組，其中，該蓋板為玻璃材質或塑膠材質所製成。
3. 如請求項1所述之光學生物辨識模組，其中，該遮蔽區域為黑色材料所製成，可為一油墨層或一外觀指示圖案層。
4. 如請求項1所述之光學生物辨識模組，其中，該接觸面為一弧形曲面形狀。
5. 如請求項1所述之光學生物辨識模組，其中，該蓋板更包括有一觸控線路層，該觸控線路層位於該遮蔽區域上。
6. 如請求項5所述之光學生物辨識模組，其中，該蓋板更包括有一開口區域，該開口區域大小由該遮蔽區域控制。
7. 如請求項6所述之光學生物辨識模組，其中，該開口區域可印刷光穿透油墨，該油墨可為藍色、綠色、紅色油墨。
8. 如請求項1所述之光學生物辨識模組，其中，該發光二極體(LED)為向上發光型(Top View)封裝所製成，偏光片位在發光二極體(LED)發光處以及取像鏡頭模組位置。
9. 如請求項1所述之光學生物辨識模組，其中，該取像鏡頭模組更具有一濾波片，該濾波片與該偏光片相連接。
10. 如請求項1所述之光學生物辨識模組，其中，該偏光片位於該光源的一出光側。
11. 如請求項1所述之光學生物辨識模組，其中，該取像鏡頭模組可為準直器模組。