TWM552620U - 生物辨識裝置 - Google Patents

Description

生物辨識裝置

本新型創作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。

本新型創作提供一種生物辨識裝置。

根據本新型創作的實施例，生物辨識裝置包括導光元件、光學結構、光源及影像擷取元件。導光元件包括第一表面、第二表面、內側壁、外側壁及底面。第二表面相對於第一表面設置。內側壁與第二表面連接且與第二表面形成凹槽。外側壁與第一表面連接且相對於內側壁設置。底面相對於第一表面設置且連接於內側壁與外側壁之間。光學結構相對於底面設置且連接於第一表面與外側壁之間。光學結構具有至少一反射面。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光學結構的至少一反射面反射，以向第一表面與第二表面之間的區域傳遞。影像擷取元件相對於導光元件的第二表面設置。

在根據本新型創作的實施例的生物辨識裝置中，光學結構包括多個微凹陷。多個微凹陷形成於導光元件上。至少一反射面爲多個反射面，而多個微凹陷分別具有多個反射面。

在根據本新型創作的實施例的生物辨識裝置中，至少一反射面爲一個反射面，而光學結構爲直接連接於第一表面與外側壁之間的一個反射面。

在根據本新型創作的實施例的生物辨識裝置中，生物辨識裝置還包括反射層。反射層覆蓋光學結構。光束自底面進入導光元件後被反射層反射，以向第一表面與第二表面之間的區域傳遞。

在根據本新型創作的實施例的生物辨識裝置中，影像擷取元件位於凹槽中且具有光接收面，而光接收面朝向導光元件的第二表面。

在根據本新型創作的實施例的生物辨識裝置中，生物辨識裝置還包括電路板。影像擷取元件配置於電路板上且與電路板電性連接，而影像擷取元件位於凹槽與電路板圍出的空間中。

在根據本新型創作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。

在根據本新型創作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第一表面上。透光元件具有按壓面，以供待辨識物按壓。

在根據本新型創作的實施例的生物辨識裝置中，待辨識物包括指紋、靜脈、掌紋或其組合。

基於上述，本新型創作一實施例的生物辨識裝置包括導光元件、光學結構、光源及影像擷取元件。光學結構連接於導光元件的第一表面與外側壁之間且相對於導光元件的底面設置。光學結構具有至少一反射面。利用光學結構的至少一反射面能反射來自導光元件的底面的光束，以使光束向導光元件的第一表面與第二表面之間傳遞。藉此，光束耦入導光元件的工作區的效率提升，進而增加生物辨識裝置的光利用效率。

為讓本新型創作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。

現將詳細地參考本新型創作的示範性實施例，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爲本新型創作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、光學結構120、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119。第二表面114相對於第一表面112設置。內側壁118與第二表面114連接。內側壁118與第二表面114形成凹槽110a。外側壁116與第一表面112連接且相對於內側壁118設置。底面119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。第一表面112與第二表面114之間的區域110b與影像擷取元件140重叠。更進一步地說，區域110b在影像擷取元件140的光接收面140a上的正投影涵蓋光接收面140a。換言之，區域110b在光接收面140a上的正投影面積可大於或等於光接收面140a的面積。區域110b爲導光元件110的工作區。區域110b以外的區域110c爲導光元件110的入光區，所述入光區具有外側壁116、內側壁118及底面119。在本實施例中，第一表面112與第二表面114可選擇性地平行，外側壁116與內側壁118可選擇性地平行，內側壁118與第一表面112可選擇性地垂直，但本新型創作不以此爲限。在本實施例中，導光元件110的材質可爲玻璃、聚碳酸酯（PC）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。但本新型創作不限於此，在其他實施例中，導光元件110的材質也可爲其他適當材料。

光學結構120相對於底面119設置且連接於第一表面112與外側壁116之間。光學結構120形成於導光元件110上。在本實施例中，光學結構120的材質與導光元件110的材質可相同。換言之，光學結構120與導光元件110可爲一體成型，而光學結構120可爲導光元件110的部份表面。然而，本新型創作不限於此，在其他實施例中，光學結構120與導光元件110也可分別製作，然後，再將光學結構120配置於導光元件110上。

值得注意的是，光學結構120具有至少一反射面120a。在本實施例中，光學結構120包括多個微凹陷122。至少一反射面120a爲多個反射面120a。每一微凹陷122具有對應的一個反射面120a。在本實施例中，每一微凹陷122除了具有反射面120a外還可具有連接於相鄰的兩個反射面120a之間的連接面122a。在本實施例中，每一微凹陷122的反射面120a與連接面122a可相對於導光元件110的第一表面112傾斜，且反射面120a與連接面122a的傾斜方向可相反。更進一步地說，在本實施例中，微凹陷122的反射面120a與連接面122a可直接連接，而微凹陷122可呈 V字型凹陷。然而，本新型創作不限於此，在其他實施例中，微凹陷122也可呈其他適當形狀。舉例而言，在另一實施例中，微凹陷122也可爲向導光元件110內部凹陷的曲面，所述微凹陷122的反射面120a也可爲曲面。換言之，微凹陷122的反射面120a的型態幷不限於圖1所顯示的相對於第一表面112傾斜的平面。

光源130設置於導光元件110的底面119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119向光源130所在側延伸，以維持底面119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，本新型創作幷不加以限制。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119與光源130之間的間隙，以减少光束L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119、電路板160及其相對關係僅是用以舉例說明光源130設置於底面119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設置於底面119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119可具有凹陷（未顯示），光源130可選擇性地配置於底面119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119可不具凹陷，而電路板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119配置於電路板160的所述凹陷上方，而光束L也可自不具凹陷的底面119進入導光元件110。

光源130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）。但本新型創作不限於此，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130例如爲發光二極體。但本新型創作不限於此，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所示二個光源130爲示例，且光源130設置在導光元件110的相對兩側。但本新型創作不限於此，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。影像擷取元件具有光接收面140a。光接收面140a朝向導光元件110的第二表面114。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與電路板160所圍出的空間內，但本新型創作不以此爲限。影像擷取元件140具有陣列排列的多個像素（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、掌紋或上述至少二者的組合等。然而，本新型創作不限於此，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L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，本新型創作不限於此，在其他實施例中，透光元件170、光學膠180及導光元件110的折射率也可相異。

值得注意的是，光束L自底面119進入導光元件110後會被光學結構120的至少一反射面120a反射，以向第一表面112與第二表面114之間的區域110b傳遞。藉此，光束L耦入導光元件110的工作區（即區域110b）的效率可提升，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L穿過底面119後可被微凹陷122的反射面120a反射，以使光束L向第一表面112與第二表面114之間的區域110b傳遞。

在本實施例中，生物辨識裝置100還可包括反射層196。反射層196覆蓋光學結構120。詳言之，在本實施例中，反射層196可覆蓋微凹陷122的反射面120a與連接面122a，而不覆蓋導光元件110的工作區（即區域110b）。光束L自底面119進入導光元件110後可被反射層196反射，以向第一表面112與第二表面114之間的區域110b傳遞。藉此，更多的光束L能耦入導光元件110的工作區（即區域110b），而更進一步地提升生物辨識裝置100的光利用效率。在本實施例中，反射層196例如爲金屬薄膜。然而，本新型創作不限於此，在其他實施例中，反射層196也可爲其他適當材料。

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，但本新型創作不以此爲限。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。但本新型創作不限於此，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。

圖2爲本新型創作另一實施例的生物辨識裝置的剖面示意圖。圖2的生物辨識裝置100A與圖1的生物辨識裝置100類似，兩者的差异在於，生物辨識裝置100A的導光元件110的形狀與生物辨識裝置100的導光元件110的形狀不同。詳言之，在圖2的實施例中，導光元件110的外側壁116及內側壁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。生物辨識裝置100A具有與生物辨識裝置100類似的功效與優點，於此便不再重述。

圖3爲本新型創作又一實施例的生物辨識裝置的剖面示意圖。圖3的生物辨識裝置100B與圖1的生物辨識裝置100類似，兩者的差异在於，生物辨識裝置100B的光學結構120B與生物辨識裝置100的光學結構120不同。詳言之，在圖3的實施例中，光學結構120B可爲連接於第一表面112與外側壁116之間的一個反射面120a。光束L自底面119進入導光元件110後會被反射面120a反射，以向第一表面112與第二表面114之間的區域110b傳遞。在本實施例中，反射面120a可爲相對於第一表面112傾斜的平面。然而，本新型創作不限於此，在其他實施例中，反射面120a也可爲曲面。生物辨識裝置100B具有與生物辨識裝置100類似的功效與優點，於此便不再重述。

綜上所述，本新型創作一實施例的生物辨識裝置包括導光元件、光學結構、光源及影像擷取元件。光學結構連接於導光元件的第一表面與外側壁之間且相對於導光元件的底面設置。光學結構具有至少一反射面。利用光學結構的至少一反射面能反射來自導光元件的底面的光束，以使光束向導光元件的第一表面與第二表面之間傳遞。藉此，光束耦入導光元件的工作區的效率提升，進而增加生物辨識裝置的光利用效率。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作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、100A、100B‧‧‧生物辨識裝置
110‧‧‧導光元件
110a‧‧‧凹槽
110b、110c‧‧‧區域
112‧‧‧第一表面
114‧‧‧第二表面
116‧‧‧外側壁
118‧‧‧內側壁
119‧‧‧底面
120、120B‧‧‧光學結構
120a‧‧‧反射面
122‧‧‧微凹陷
122a‧‧‧連接面
130‧‧‧光源
140‧‧‧影像擷取元件
140a‧‧‧光接收面
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
196‧‧‧反射層
D‧‧‧內徑
L‧‧‧光束

圖1爲本新型創作一實施例的生物辨識裝置的剖面示意圖。 圖2爲本新型創作另一實施例的生物辨識裝置的剖面示意圖。 圖3爲本新型創作又一實施例的生物辨識裝置的剖面示意圖。

10‧‧‧待辨識物

100‧‧‧生物辨識裝置

110‧‧‧導光元件

110a‧‧‧凹槽

110b、110c‧‧‧區域

112‧‧‧第一表面

114‧‧‧第二表面

116‧‧‧外側壁

118‧‧‧內側壁

119‧‧‧底面

120‧‧‧光學結構

120a‧‧‧反射面

122‧‧‧微凹陷

122a‧‧‧連接面

130‧‧‧光源

140‧‧‧影像擷取元件

140a‧‧‧光接收面

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

196‧‧‧反射層

L‧‧‧光束

Claims (9)

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； 內側壁，與所述第二表面連接且與所述第二表面形成凹槽； 外側壁，與所述第一表面連接且相對於所述內側壁設置；以及 底面，相對於所述第一表面設置且連接於所述內側壁與所述外側壁之間； 光學結構，相對於所述底面設置且連接於所述第一表面與所述外側壁之間，其中所述光學結構具有至少一反射面； 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光學結構的所述至少一反射面反射，以向所述第一表面與所述第二表面之間的區域傳遞；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。
2. 如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述光學結構包括： 多個微凹陷，形成於所述導光元件上，其中至少一反射面爲多個反射面，而所述多個微凹陷分別具有所述多個反射面。
3. 如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中至少一反射面爲一個反射面，而所述光學結構爲直接連接於所述第一表面與所述外側壁之間的所述一個反射面。
4. 如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，更包括： 至少一反射面爲一個反射面，而所述光學結構爲直接連接於所述第一表面與所述外側壁之間的所述一個反射面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，其中所述影像擷取元件位於所述凹槽中且具有光接收面，而所述光接收面朝向所述導光元件的所述第二表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，更包括： 電路板，其中所述影像擷取元件配置於所述電路板上且與所述電路板電性連接，而所述影像擷取元件位於所述凹槽與所述電路板圍出的空間中。
7. 如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，更包括： 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。
8. 如申請專利範圍第1項所述的生物辨識裝置，更包括： 透光元件，配置於所述導光元件的所述第一表面上，其中所述透光元件具有按壓面，以供待辨識物按壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述的生物辨識裝置，其中所述待辨識物包括指紋、靜脈、掌紋或其組合。