CN103729093A - 影像撷取装置以及光学位移估测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种影像撷取装置，包含：光源，使入射光不通过空气之外的介质，直接射入目标物以使该入射光自该目标物射出而产生穿透光；以及传感器，用以根据该穿透光以撷取该目标物的影像。

Description

影像撷取装置以及光学位移估测装置

技术领域

本发明涉及一种影像撷取装置以及使用这个影像撷取装置的光学位移估测装置，特别是有关一种将光源产生的入射光不通过空气之外的介质，直接射入一个目标物的影像撷取装置以及使用这个影像撷取装置的光学位移估测装置。

背景技术

随着技术不断的进步，以往使用机械或电阻、电容的触控装置逐渐被光学触控装置取代。这一类光学触控装置可视为一种光学位移估测装置，因为是判断装置的感测表面跟一个目标物(例如手指)的相对运动。

这一类光学位移估测装置通常会具有一个影像撷取装置来撷取目标物在不同时间产生的影像的图框，并据以产生目标物的位移估测。图1A绘示了光学位移估测装置100的剖面图，其可视为光学位移估测装置100中的影像撷取装置。而图1B绘示了光学位移估测装置100内部控制位移估测动作的电路方块图。在图1A中光学位移估测装置100包含了一个反射元件101、一个光源103、一个镜头105、一个传感器107以及一个感测表面109。光源103的入射光经反射元件101反射后会入射至感测表面109上的手指F并产生影像。传感器107会通过镜头105撷取影像中不同时间点的图框。处理单元113会根据不同时间点的图框来计算出手指F的位移动作。此外，处理单元113也控制存储装置115的数据存取以及光源控制单元117的动作。

然而，图1A的架构中，由于需要反射元件101和镜头105之类的光学元件，因此整体的体积无法减少。此外，由于光学信号光学路径较长，且经过反射、穿透等处理，因此会影响到指纹的成像，造成其对比并不明显。而且，这样的架构也容易使手指的影像受到环境光的干扰。

发明内容

因此，本发明的一个目的是公开一种具有较小体积的影像撷取装置以及使用这个影像撷取装置的光学位移估测装置。

本发明的另一个目的是公开一种可减少环境光干扰的影像撷取装置以及使用这个影像撷取装置的光学位移估测装置。

本发明的另一个目的是公开一种可使目标物影像更为清楚的影像撷取装置以及使用这个影像撷取装置的光学位移估测装置。

本发明的一个实施例公开了一种影像撷取装置，包含：光源，使入射光不通过空气之外的介质，直接射入目标物以使该入射光自该目标物射出而产生穿透光；以及传感器，用以根据该穿透光以撷取该目标物的影像。

本发明的另一个实施例公开了一种光学位移估测装置，包含：光源，使入射光不通过空气之外的介质，直接射入目标物以使该入射光自该目标物射出而产生穿透光；传感器，用以根据该穿透光以撷取该目标物的影像；以及处理器，用以根据不同时间点的该影像来对该目标物进行位移估测。

因为光源直接将入射光射入目标物，因此可具有较薄的结构，且成本较低，容易组装生产。而且，因为光直接射入目标物再由目标物进入传感器，因此光学信号较强，指纹对比明显且可减少环境光对手指影像的干扰。此外，由于光闸和薄膜的设置，可阻挡侧向光，可更为减少环境光的干扰。

附图说明

图1A和图1B绘示了习知技术的光学位移估测装置中的影像撷取装置。

图2至图5绘示了根据本发明的不同实施例的影像撷取装置。

图6绘示了根据本发明的实施例的影像撷取装置所呈现的功效。

其中，附图标记说明如下：

100 光学位移估测装置

101 反射元件

103 光源

105 镜头

107 传感器

109 感测表面

113 处理单元

115 存储装置

117 光源控制单元

200、300、400、500 影像撷取装置

201、301、401、501 光源

203、305、405、505 传感器

205 保护材料

303、403 光学阻隔元件

306 接收面

307、407 盖体

409 镜头

503 薄膜

具体实施方式

在说明书及前面的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及前面的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及前面的权利要求当中所提及的「包含」是一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。图2至图5绘示了根据本发明的影像撷取装置。在图2中，影像撷取装置200包含一个光源201以及一个传感器203。传感器203周围可以保护材料205如环氧树脂(epoxy)等进行保护，但不限定。光源201使入射光EL不通过空气之外的介质，直接射入一个目标物(这个实施例中是手指F，但也可是其它物体)以使光穿透手指F产生穿透光TL。传感器203撷取穿透光TL所形成的手指F的一个影像。这个实施例中，传感器203表面可以再增设一层不影响光入射的材质，用以保护传感器203因为手指F的直接接触而产生损坏。

图2所示的架构可以再加上其它的元件，使得成像效果更好。举例来说，在图3所示的实施例中，影像撷取装置300除了光源301、传感器305，可更提供一个光学阻隔元件303，使穿透光TL先穿过光学阻隔元件303后，再被传感器305接收。此外，影像撷取装置300可包含一个盖体307，其材料可是玻璃或塑料，来对传感器305进行保护。光学阻隔元件303用以阻绝穿透光TL入射方向外至少一部分的光，使传感器305可避免环境光的干扰。举例来说，光学阻隔元件303可是一个光闸，其可阻挡侧向光SL，也就是说只允许穿透光TL仅能以垂直传感器305的接收面306的方向入射至传感器305。光闸的孔径大小可随传感器的尺寸或设计需求不同而改变，但最小须是一个像素的大小。

图4则绘示了根据本发明的另一个实施例的影像撷取装置400，影像撷取装置400的架构跟影像撷取装置300类似，也包含了光源401、光学阻隔元件403、传感器405以及盖体407。影像撷取装置400进一步包括一个镜头409。使得穿透光TL在入射至传感器405前，得以通过镜头409给予适当的折射或透射，使得影像质量更好。

图3以及图4中的光学阻隔元件可被薄膜所取代，图5绘示了这样的架构。如图5所示，影像撷取装置500包含了一个光源501、一个薄膜503以及一个传感器505。光源501也是将入射光EL直接射入手指F，使其产生穿透光TL并经过薄膜503后被传感器505所接收。薄膜503可以是环氧树酯、玻璃、玻璃纤维或是光纤等材料，端看所需的折射或阻隔光的特性而定。若使用图5所示具有薄膜的架构时，须考虑到薄膜材质的折射率以及手指皮肤的折射率的搭配。举例来说，环氧树酯的折射率是1.4~1.5，玻璃的折射率是1.2~1.8、玻璃纤维的折射率是1.5。手指皮肤由于具有水、脂肪和蛋白质，因此其折射率约在1.4~1.5，因此须考虑到不同的材质的折射率的组成。此外，除了考虑折射率之外，尚需考虑到光的入射角和反射角，以及薄膜厚度、传感器盖体厚度等参数。由于这些计算方式在不同的材质以及设计需求下皆不同且是熟知此项技艺者所知悉，故在这里不再赘述。此外，图2至图5的实施例中，光源的位置使得入射光EL与穿透光TL的行进方向相反，但并不表示光源的位置限制在此。

根据前述的实施例，因为光源直接将入射光射入目标物，因此可具有较薄的结构，且成本较低，容易组装生产。而且，因为光直接射入目标物再由目标物进入传感器，因此光学信号较强，指纹对比明显且可减少环境光对手指影像的干扰。此外，由于光闸和薄膜的设置，可阻挡侧向光，可更为减少环境光的干扰。图6绘示了根据本发明的实施例的影像撷取装置所呈现的功效。图6中的纵轴代表光强度，横轴代表了不同区域，波峰P代表了指纹凸部，而波谷G代表了指纹凹部。由图6可看出，波峰P和波谷G有相当明显的差异，代表指纹凸部和凹部对比明确。若想要计算出指纹凸部和凹部的光强度，可分别针对凸部和凹部不同的区域，考虑所使用元件的不同厚度，以及光照射强度等加以积分来求出。这一类技术由于相当多样化，且常见在指纹辩识等相关技术内，故在此不再赘述。

前述的影像撷取装置可使用图1B所示的电路结构，此时传感器107所撷取的影像会送至处理单元113，处理单元113便会根据不同时间的影像来进行位移估测。但并不限定只能运用在图1B所示的电路结构中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种影像撷取装置，包含：

光源，使入射光不通过空气之外的介质，直接射入目标物以使该入射光自该目标物射出而产生穿透光；以及

传感器，用以根据该穿透光以撷取该目标物的影像。

2.如权利要求1所述的影像撷取装置，其中该传感器直接接收该穿透光。

3.如权利要求1所述的影像撷取装置，进一步包括光阻隔元件位在该传感器和该目标物之间，用以阻隔至少一个方向的光但使该传感器仍可接收该穿透光。

4.如权利要求3所述的影像撷取装置，其中该光阻隔元件是光闸。

5.如权利要求3所述的影像撷取装置，进一步包括：

镜头，介在该光阻隔元件以及该传感器之间。

6.如权利要求3所述的影像撷取装置，其中该光阻隔元件使得该穿透光仅能以垂直该传感器的接收面的方向入射至该传感器。

7.如权利要求1所述的影像撷取装置，进一步包括薄膜位在该传感器和该目标物之间，用以折射该穿透光至该传感器。

8.如权利要求7所述的影像撷取装置，其中该薄膜是环氧树酯薄膜、玻璃薄膜、玻璃纤维薄膜或是光纤薄膜。

9.如权利要求1所述的影像撷取装置，其中该入射光与该传感器接收到的该穿透光的行进方向相反。

10.一种光学位移估测装置，包含：

光源，使入射光不通过空气之外的介质，直接射入目标物以使该入射光自该目标物射出而产生穿透光；

传感器，用以根据该穿透光以撷取该目标物的影像；以及

处理器，用以根据不同时间点的该影像来对该目标物进行位移估测。

11.如权利要求10所述的光学位移估测装置，其中该传感器直接接收该穿透光。

12.如权利要求10所述的光学位移估测装置，进一步包括光阻隔元件位在该传感器和该目标物之间，用以阻隔至少一个方向的光但使该传感器仍可接收该穿透光。

13.如权利要求12所述的光学位移估测装置，其中该光阻隔元件是光闸。

14.如权利要求12所述的光学位移估测装置，进一步包括：

镜头，介于该光阻隔元件以及该传感器之间。

15.如权利要求12所述的光学位移估测装置，其中该光阻隔元件使得该穿透光仅能以垂直该传感器的接收面的方向入射至该传感器。

16.如权利要求10所述的光学位移估测装置，进一步包括薄膜位在该传感器和该目标物之间，用以折射该穿透光至该传感器。

17.如权利要求16所述的光学位移估测装置，其中该薄膜是环氧树酯薄膜、玻璃薄膜、玻璃纤维薄膜或是光纤薄膜。

18.如权利要求10所述的光学位移估测装置，其中该入射光与该传感器接收到的该穿透光的行进方向相反。

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