本實用新型涉及一種生物特征辨識裝置。

背景技術：

生物特征辨識的種類包括臉部、聲音、虹膜、視網(wǎng)膜、靜脈、指紋和掌紋辨識等。由于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況而變化，因此指紋辨識裝置已成為目前最普及的一種生物特征辨識裝置。依照感測方式的不同，指紋辨識裝置可分為光學式與電容式。電容式指紋辨識裝置組裝于電子產(chǎn)品(例如：手機、平板電腦)時，電容式指紋辨識裝置上方多設有保護元件(cover lens)。一般而言，需額外加工(例如鉆孔或薄化)保護元件，以使電容式指紋辨識裝置能夠感測到手指觸碰所造成的容值或電場變化。

相較于電容式指紋辨識裝置，光學式指紋辨識裝置擷取容易穿透保護元件的光進行指紋辨識，而可以不用額外加工保護元件，因此在與電子產(chǎn)品的結合上較為便利。

光學式指紋辨識裝置通常包括光源、影像擷取元件及透光元件。光源用以發(fā)出光束，以照射按壓在透光元件上的手指。手指的指紋是由多條不規(guī)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為明暗交錯的指紋影像。影像擷取元件可將指紋影像轉換為對應的影像信息，并將影像信息輸入至處理單元。處理單元可利用演算法計算對應于指紋的影像信息，以進行使用者的身份辨識。然而，在上述的取像過程中，被指紋反射的光束易散亂地傳遞至影像擷取元件，而造成取像品質不佳，影響辨識結果。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種生物特征辨識裝置。

根據(jù)本實用新型的實施例，生物特征辨識裝置包括光源、導光元件、影像擷取元件以及第一準直器。光源適于提供光束。導光元件位于光束的傳遞路徑上。影像擷取元件位于導光元件下方且具有多個像素區(qū)。第一準直器位于導光元件與影像擷取元件之間，其中第一準直器包括透光元件以及吸光層。透光元件具有第一表面以及位于第一表面與影像擷取元件之間的第二表面。吸光層配置在第一表面以及第二表面上且具有暴露出第一表面的多個第一開口以及暴露出第二表面的多個第二開口，其中第一開口與第二開口重疊于像素區(qū)，且第二開口的孔徑小于第一開口的孔徑。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，導光元件具有出光部以及連接于出光部的入光部。光源與影像擷取元件共同位于出光部下方。入光部位于光源與出光部之間。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，光源位于導光元件的側面。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，導光元件面向第一準直器的表面形成有多個微結構。微結構凸出或凹入于表面。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，透光元件的折射率落在1.3至1.7的范圍內(nèi)。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，各第一開口的孔徑與透光元件的高度比落在2至20的范圍內(nèi)。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，各第二開口的孔徑與透光元件的高度比落在2至20的范圍內(nèi)。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，透光元件還具有連接第一表面與第二表面的側壁面，且吸光層還配置在側壁面上。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，生物特征辨識裝置還包括蓋板，其中導光元件位于蓋板與第一準直器之間。

在根據(jù)本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，生物特征辨識裝置還包括第二準直器。第二準直器位于導光元件與第一準直器之間。第二準直器包括多個棱鏡，且棱鏡的頂角分別指向導光元件。

基于上述，在本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，通過調(diào)變第一開口與第二開口的孔徑來吸收經(jīng)待辨識物作用且通過導光元件的大角度光束，以將傳遞至影像擷取元件的光束準直化，使影像擷取元件的取像品質提升。因此，生物特征辨識裝置可具有良好的辨識能力。

附圖說明

包含附圖以便進一步理解本實用新型，且附圖并入本說明書中并構成本說明書的一部分。附圖說明本實用新型的實施例，并與描述一起用于解釋本實用新型的原理。

圖1為本實用新型一實施例的生物特征辨識裝置的剖面示意圖；

圖2為圖1中導光元件的一種放大圖；

圖3A為圖1中第一準直器的一種俯視示意圖；

圖3B為圖1中第一準直器的一種仰視示意圖；

圖4為圖1中第一準直器、影像擷取元件以及電路板的一種剖面示意圖；

圖5為圖1中導光元件以及第二準直器的一種放大圖；

圖6為本實用新型另一實施例的生物特征辨識裝置的剖面示意圖。

附圖標號說明：

10：待辨識物；

100、100A：生物特征辨識裝置；

110：光源；

112：發(fā)光元件；

120、120A：導光元件；

122：出光部；

124：入光部；

130：影像擷取元件；

132：電荷耦合元件；

140：第一準直器；

142：透光元件；

144：吸光層；

150：電路板；

160：蓋板；

170：第二準直器；

172：棱鏡；

B、B’、B1’、B2’：光束；

BA：底角；

C：凹陷；

H：高度；

M：微結構；

O1：第一開口；

O2：第二開口；

PR：像素區(qū)；

S、S’：表面；

S1：第一反射面；

S2：第二反射面；

S1421：第一表面；

S1422：第二表面；

S1423：側壁面；

TA：頂角；

WO1、WO2：孔徑。

具體實施方式

現(xiàn)將詳細地參考本實用新型的示范性實施例，示范性實施例的實例說明于附圖中。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為本實用新型一實施例的生物特征辨識裝置的剖面示意圖。請參照圖1，生物特征辨識裝置100例如為指紋辨識裝置，用以辨識待辨識物10的指紋，但不以此為限。在另一實施例中，生物特征辨識裝置100也可用以辨識靜脈、掌紋或是指紋、靜脈以及掌紋的其中至少兩個的組合。

生物特征辨識裝置100包括光源110、導光元件120、影像擷取元件130以及第一準直器140。

光源110適于提供光束B。光源110可以是非可見光光源或可見光光源。也就是說，光束B可以是不可見光(例如：紅外光)或可見光(例如：紅光、藍光、綠光或其組合)?；蛘?，光源110可以是非可見光光源與可見光光源的組合。舉例而言，光源110可包括多個發(fā)光元件112。發(fā)光元件112可為發(fā)光二極體或其他適當種類的發(fā)光元件。圖1示意地顯示出兩個發(fā)光元件112，且兩個發(fā)光元件112位在影像擷取元件130的相對側。然而，發(fā)光元件112的數(shù)量以及配置方式可依需求改變，而不以此為限。

導光元件120位于光束B的傳遞路徑上，其適于將光源110提供的光束B導向待辨識物10。舉例而言，導光元件110的材質可為玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其他適當材料。在本實施例中，光源110與影像擷取元件130位于導光元件120的同一側。生物特征辨識裝置100進一步包括電路板150。光源110配置在電路板150上且與電路板150電連接。導光元件120具有出光部122以及連接于出光部122的至少一入光部124。光源110與影像擷取元件130共同位于出光部122下方，且光源110位于影像擷取元件130旁。入光部124位于光源110與出光部122之間。詳細而言，入光部124可固定在電路板150上，且入光部124具有凹陷C。凹陷C與電路板150圍出容納光源110的空間。在另一實施例中，入光部124與電路板150的其中至少一個可具有凹陷(未示出)，以容納光源110。在又一實施例中，入光部124與電路板150可藉由固定機構(未示出)或黏著層(未示出，例如：光學膠)固定在一起。在再一實施例中，入光部124可藉由黏著層(未示出，例如：光學膠)而固定在光源110上，且入光部124可不與電路板150接觸。圖1示意地顯示出兩個入光部124，且兩個入光部124位在出光部122的相對側。然而，入光部124的數(shù)量以及配置方式可依需求改變，而不以此為限。

圖2為圖1中導光元件的一種放大圖。請參照圖1及圖2，光源110射出的光束B自入光部124進入導光元件120，且光束B可經(jīng)由入光部124傳遞至出光部122。導光元件120面向第一準直器140的表面S可選擇性地形成有多個微結構M(圖1未示出，請參照圖2)。微結構M適于改變光束B的傳遞方向，使得被微結構M反射的光束B垂直或接近垂地直射出出光部122。如圖2所示，微結構M可凸出于表面S且可具有第一反射面S1以及第二反射面S2。第一反射面S1與第二反射面S2彼此相連，其中第一反射面S1與第二反射面S2相對于表面S傾斜，且第一反射面S1與第二反射面S2的傾斜方向相反。在一實施例中，微結構M、出光部122以及入光部124可一體成型，但不以此為限。在另一實施例中，微結構M、出光部122以及入光部124可分別制作，再藉由連接機構或黏著層(例如：光學膠)固定在一起。或者，微結構M也可凹入于表面S。具體地，微結構M可以是形成在表面S上的凹陷。另外，微結構M的數(shù)量及其分布可依據(jù)不同的需求改變，而不限于圖2所顯示的數(shù)量及分布。

出光部122輸出光束B的表面S’與形成有微結構M的表面S相對。在一實施例中，表面S’可以是供待辨識物10按壓的按壓面。在表面S’為按壓面的架構下，如圖2所示，來自光源110的光束B依序通過入光部124以及出光部122，并在表面S’發(fā)生全內(nèi)反射(Total Internal Reflection,TIR)，接著依序被第二反射面S2以及第一反射面S1反射，并垂直或接近垂直地射出表面S’。

或者，如圖1所示，生物特征辨識裝置100可進一步包括蓋板160以供待辨識物10按壓。蓋板160位于導光元件120上方，且導光元件120位于蓋板160與第一準直器140之間。蓋板160可以是所欲組裝的電子產(chǎn)品(例如：觸控面板或觸控顯示面板)的保護元件(cover lens)，但不以此為限。在一實施例中，蓋板160與導光元件120可藉由連接機構或黏著層(例如：光學膠)而固定在一起，但不以此為限。以黏著層固定蓋板160與導光元件120的情況下，黏著層、蓋板160與導光元件120的折射率可相同或相近，以減少介面反射，進而提升生物特征辨識裝置100的光利用效率和/或取像品質。然而，在其他實施例中，黏著層、蓋板160與導光元件120的折射率也可相異。在設置蓋板160的架構下，來自光源110的光束B依序通過入光部124出光部122以及蓋板160，并在蓋板160供待辨識物10按壓的表面發(fā)生全內(nèi)反射。經(jīng)待辨識物10作用(例如：漫射)的光束B’依序通過蓋板160以及出光部122并傳遞至表面S。傳遞至表面S的光束B’的一部分會被表面S反射，而再次朝蓋板160供待辨識物10按壓的表面?zhèn)鬟f。另一方面，傳遞至表面S的光束B’的另一部分會自表面S射出導光元件120。

影像擷取元件130位于導光元件120下方且具有例如呈陣列排列的多個像素(pixel)區(qū)PR(顯示于圖4)，以接收經(jīng)待辨識物10作用的光束B’，進而取得待辨識物10的影像。在本實施例中，影像擷取元件130例如包括多個電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)132(顯示于圖4)。電荷耦合元件132配置于電路板150上并與電路板150電連接。電荷耦合元件132的所在區(qū)域為影像擷取元件130的像素區(qū)PR。在另一實施例中，影像擷取元件130可包括多個互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)，且互補金屬氧化物半導體的所在區(qū)域為影像擷取元件130的像素區(qū)PR。

第一準直器140位于導光元件120與影像擷取元件130之間，且第一準直器140位于待辨識物10作用后的光束B’的傳遞路徑上。舉例而言，第一準直器140可配置在影像擷取元件130上，且第一準直器140與影像擷取元件130可藉由連接機構或黏著層(例如：光學膠)而固定在一起，但不以此為限。

圖3A為圖1中第一準直器的一種俯視示意圖。圖3B為圖1中第一準直器的一種仰視示意圖。圖4為圖1中第一準直器、影像擷取元件以及電路板的一種剖面示意圖。請參照圖1、圖3A至圖4，第一準直器140包括透光元件142以及吸光層144。透光元件142具有第一表面S1421、位于第一表面S1421與影像擷取元件130之間的第二表面S1422以及連接第一表面S1421與第二表面S1422的側壁面S1423。吸光層144配置在第一表面S1421以及第二表面S1422上且具有暴露出第一表面S1421的多個第一開口O1以及暴露出第二表面S1422的多個第二開口O2，其中第一開口O1與第二開口O2重疊于像素區(qū)PR，以使依序通過第一開口O1與第二開口O2的光束能夠傳遞至影像擷取元件130(如圖4的光束B2’所顯示)。此外，第二開口O2的孔徑WO2小于第一開口O1的孔徑WO1。

在本實施例中，像素區(qū)PR的尺寸可略大于第一開口O1的孔徑WO1與第二開口O2的孔徑WO2，但不以此為限。另外，吸光層144可進一步配置在透光元件142的側壁面S1423上，以避免傳遞于透光元件142中的光束自側壁面S1423射出。然而，在另一實施例中，吸光層144可以不配置在透光元件142的側壁面S1423上。

當導光元件120與第一準直器140之間的光傳遞介質(例如：空氣或光學膠)的折射率不同于透光元件142的折射率時，入射透光元件142的光束B’(包括大角度入射透光元件142的光束B1’以及小角度入射透光元件142的光束B2’)會在透光元件142的第一表面S1421經(jīng)由折射而進入透光元件142。因此，透光元件142的設置有助于收斂光束B’進入第一準直器140的角度，進而讓更多的光束B’能夠傳遞至影像擷取元件130。

透光元件142的材質可采用玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其他適當材料。吸光層144的材質例如可采用含有吸光材料(例如：碳)的硅膠系或壓克力系材料。如此一來，即使大角度入射透光元件142的光束B1’以及小角度入射透光元件142的光束B2’皆通過第一開口O1而進入透光元件142，仍可利用位于第二表面S1422上的吸光層144吸收大角度入射透光元件142的光束B1’，而僅讓小角度入射透光元件142的光束B2’通過并傳遞至影像擷取元件130。在像素區(qū)PR排列密集的情況下，通過使第二開口O2的孔徑WO2小于第一開口O1的孔徑WO1，可增加位于第二表面S1422上的吸光層144的吸光面積，進而有助于避免大角度入射透光元件142的光束通過非正下方的第二開口O2(斜下方的第二開口O2)而傳遞至影像擷取元件130。

進入第一準直器140的光束是否被位于第二表面S1422上的吸光層144吸收可取決于第一開口O1的孔徑WO1、第二開口O2的孔徑WO2、透光元件142的高度H以及光束B’在透光元件142的第一表面S1421的折射角(由光束B’的入射角以及透光元件142的折射率決定)等。在透光元件142的高度H為定值的情況下，第一開口O1的孔徑WO1以及第二開口O2的孔徑WO2越大，影像擷取元件130接收到的光束B’的角度范圍越大。在第一開口O1的孔徑WO1以及第二開口O2的孔徑WO2為定值的情況下，透光元件142的高度H越大，影像擷取元件130接收到的光束B’的角度范圍越小。在第一開口O1的孔徑WO1、第二開口O2的孔徑WO2以及透光元件142的高度H為定值的情況下，光束B’的折射角越大(也就是入射角越大)，越有可能被吸光層144吸收。在本實施例中，透光元件142的折射率大于1，且例如落在1.3至1.7的范圍內(nèi)。此外，各第一開口O1的孔徑WO1(也是第二開口O2的孔徑WO2)與透光元件142的高度H比落在2至20的范圍內(nèi)。各第二開口O2的孔徑WO2與透光元件142的高度H比落在2至20的范圍內(nèi)。然而，透光元件142的折射率、第一開口O1的孔徑WO1與透光元件142的高度H比以及第二開口O2的孔徑WO2與透光元件142的高度H比可依據(jù)不同的設計需求(例如：影像擷取元件130的節(jié)距(pitch))改變，而不限于上述。

利用吸光層144吸收經(jīng)待辨識物10作用且通過導光元件120的大角度光束(例如：光束B1’)，可以使僅特定角度的光束(小角度入射的光束，例如：光束B2’)傳遞至影像擷取元件130。經(jīng)由適當?shù)恼{(diào)變第一開口O1的孔徑WO1以及第二開口O2的孔徑WO2，可以使通過第一準直器140的光束B’能夠以0度或接近0度的角度入射影像擷取元件130。換句話說，第一準直器140有助于將傳遞至影像擷取元件130的光束準直化。如此，不但有助于濾除雜散光，還有助于避免從不同第二開口O2輸出的光束B’相互干擾的問題，使影像擷取元件130的取像品質提升。因此，生物特征辨識裝置100可具有良好的辨識能力。圖3A和圖3B示意性地顯示第一開口O1以及第二開口O2的形狀為圓形，但不以此為限。在其他實施例中，第一開口O1以及第二開口O2的形狀也可以是三角形、四邊形、五邊形或其他多邊形。

依據(jù)不同需求，生物特征辨識裝置100還可包括其他元件。舉例而言，生物特征辨識裝置100還可包括第二準直器170。第二準直器170位于導光元件120與第一準直器140之間，且第二準直器170位于待辨識物10作用后的光束B’的傳遞路徑上。舉例而言，第二準直器170可配置在表面S上，且導光元件120與第二準直器170可藉由連接機構或黏著層(例如：光學膠)而固定在一起，但不以此為限。

第二準直器170適于在光束B’通過第一準直器140之前，預先將光束B’準直化，以收斂光束B’的發(fā)散角。如此，可增加光束B’后續(xù)通過第一準直器140的機率。圖5為圖1中導光元件以及第二準直器的一種放大圖。請參照圖1及圖5，第二準直器170可包括多個棱鏡172，且棱鏡172的頂角TA分別指向導光元件120。在本實施例中，各棱鏡172的兩個底角BA的角度相同。然而，棱鏡172的頂角TA及底角BA可依據(jù)不同的需求改變，而不限于此。

圖6為本實用新型另一實施例的生物特征辨識裝置的剖面示意圖。圖6的生物特征辨識裝置100A與圖1的生物特征辨識裝置100相似，且生物特征辨識裝置100A具有與生物特征辨識裝置100相似的功效與優(yōu)點，于此便不再重述。圖6的生物特征辨識裝置100A與圖1的生物特征辨識裝置100的差異在于光源110的位置不同。詳細而言，在圖6的實施例中，光源110位于導光元件120A的側面。在此架構下，導光元件120A例如為板狀，且導光元件120A可以省略圖1中導光元件120的入光部124。

綜上所述，在本實用新型的實施例的生物特征辨識裝置中，通過調(diào)變第一開口與第二開口的孔徑來吸收經(jīng)待辨識物作用且通過導光元件的大角度光束，以將傳遞至影像擷取元件的光束準直化，使影像擷取元件的取像品質提升。因此，生物特征辨識裝置可具有良好的辨識能力。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。