CN108038477B - 光学感测的保护壳 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学感测的保护壳，包括一上壳体、一下壳体及一导光板，三者可包覆智能装置，上、下壳体互相扣接组合，导光板设于上壳体上，设有可供手指按压的一指纹感测区，且导光板的两侧分别设有一第一反射部及一第二反射部；下壳体上设有一光源、一信号放大器及一感光元件，光源提供的光学信号经由第一反射部导入导光板，并在导光板中通过内全反射效应传输，再经由第二反射部及信号放大器导出至感光元件，感光元件将光学信号处理成一指纹影像传送至智能装置中。原本不具备指纹侦测功能的智能装置在装设了本发明的光学感测的保护壳后，便可具有全屏指纹感测的功能，且便于维修，因此本发明兼具实用性及美观性。

Description

光学感测的保护壳
技术领域
本发明涉及一种保护壳，特别是指一种光学感测的保护壳。
背景技术
随着科技进步，愈来愈多的保密信息、个人资料被储存在智能装置中，而如何保障信息不外流为相当重要的安全课题，包括如智能手机、计算机的密码如何不被破解。除了数字密码、图形密码外，目前盛行的为生物特征辨识，包括指纹、虹膜、脸部影像等，其中指纹辨识利用人体手指上独有的指纹信息进行辨识，以其在安全性和方便性方面的优点受到广泛的应用。
现今的智能手机几乎都添加了指纹辨识功能，可以提供指纹加密、指纹解锁，但目前的智能手机皆设计在手机壳上设置一指纹感测区，例如Home键同时为指纹感测区，但此区域太小，一次只能感应一个指纹，若指纹感测区内部的感光元件损坏时，更须将整支手机送修，费时费力且金额昂贵，因此若是可将指纹侦测的功能外加在智能装置外部，便于维修又可提供大范围指纹侦测区，将是一项重大的进步。
因此，本发明即提出一种光学感测的保护壳，有效解决上述问题，具体架构及其实施方式将详述于下：
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光学感测的保护壳，其将光源、导光板及感光元件分别设于保护壳的上、下壳体，并将智能装置装设在上、下壳体之间，便可使得智能装置具有全屏指纹侦测的功能，而不限于智能装置本身特定的指纹辨识区域。
本发明的另一目的在于提供一种光学感测的保护壳，其上、下壳体组装方便，当感光元件或光源损坏时，可直接拆卸下壳体进行更换，不须维修智能装置，可节省维修所需的时间及成本。
为达上述目的，本发明提供一种光学感测的保护壳，包括一上壳体及一下壳体，该智能装置可装设于该上、下壳体之间，该上、下壳体互相扣接组合；一导光板，其为透明状，设于该上壳体上，该导光板上设有可供手指按压的一指纹感测区，且该导光板的两侧分别设有一第一反射部及一第二反射部；一光源，设于该下壳体上，提供至少一光学信号，该光学信号经由该第一反射部导入该导光板，并在该导光板中通过内全反射效应传输，再经由该第二反射部导出；一信号放大器，位于该下壳体上、该第二反射部下方，接受该第二反射部所导出的该光学信号，并将该光学信号放大后导出；以及一感光元件，设于该下壳体上并与该智能装置信号连接，接收该信号放大器所导出的该光学信号，将该光学信号处理成一指纹影像并将指纹影像传送至该智能装置中。
根据本发明的实施例，该导光板的一上表面周围被该上壳体包覆，该上表面未被包覆的区域为该指纹感测区。
根据本发明的实施例，该导光板设于该智能装置的一显示屏幕上方。
根据本发明的实施例，该上壳体的下缘设有至少一第一连接部，该下壳体的上缘设有至少一第二连接部，该第一连接部与该第二连接部扣接，使该上、下壳体接合在一起。
根据本发明的实施例，该感光元件通过一信号线连接至该智能装置的一插槽中，以将该光学信号传送至该智能装置。
根据本发明的实施例，该光源为准直光源或非准直光源。该准直光源为激光(Laser)、垂直共振腔面射激光(VCSEL)或非准直光源与二次光学元件的组合。
承上，该二次光学元件为抛物面(Parabolic surface)聚光镜、复合抛物面聚光镜(CPC)、透镜、棱镜、菲涅尔透镜(Fresnel lens)及其组合。
根据本发明的实施例，该光学信号的波长介于380～1400纳米(nm)。
根据本发明的实施例，该第一反射部、该第二反射部与该导光板为一体成型。
根据本发明的实施例，该第一反射部及该第二反射部为独立于该导光板外的反射元件。
根据本发明的实施例，该导光板的该表面形成一镀膜，该镀膜可供一可见光穿透，其余波段的光为反射。
根据本发明的实施例，该感光元件与该信号放大器之间更包含一透镜、一棱镜薄膜(Prism film)、一角度滤波器(Angular filter)、一偏振分光棱镜(PBS)、分光镜(BS)或其组合。
根据本发明的实施例，该角度滤波器为垂直型或倾斜型的光栅滤波器。
根据本发明的实施例，该光栅滤波器为由多层第一材料薄膜间隔设置所构成的单层结构，或是由多层第一材料薄膜与多层第二材料薄膜间隔设置所构成的单层结构。
根据本发明的实施例，该指纹感测区中更包括一启动区域，该手指按压在该启动区域中以启动该智能装置的显示屏幕，可避免用户无意触碰却随即将智能装置解锁的状况发生，启动区域与非启动区域的划分可由屏幕触控功能来决定。
根据本发明的实施例，该智能装置可为智能手机、平板计算机或笔记本电脑。
附图说明
图1为本发明光学感测的保护壳装设一智能装置时的一实施例的立体图。
图2为图1的一实施例的分解图。
图3为本发明光学感测的保护壳装设一智能装置时的一实施例的剖视图。
图4A及图4B为本发明光学感测的保护壳中上、下壳体不同扣接方式的实施例示意图。
图5A为本发明光学感测的保护壳中于感光元件上设置一透镜的实施例示意图。
图5B为本发明光学感测的保护壳中于感光元件上设置一棱镜薄膜的实施例示意图。
图5C为本发明光学感测的保护壳中于感光元件上设置一角度滤波器的实施例示意图。
图5D为本发明光学感测的保护壳中于感光元件上设置一棱镜薄膜及一角度滤波器的实施例示意图。
附图标记说明：10-光学感测的保护壳；12-上壳体；122-第一连接部；14-下壳体；142-第二连接部；16-导光板；162-第一反射部；164-第二反射部；18-光源；19-信号放大器；20-感光元件；22-透镜；24-棱镜薄膜；26-角度滤波器；30-智能装置；32-插槽；34-信号线。
具体实施方式
本发明提供一种光学感测的保护壳，其应用于智能装置中，通过光学感测手指按压的位置并转换成指纹影像，使得原本没有指纹感测功能的智能装置具备指纹感测的功能。
请同时参考图1及图2，其分别为本发明光学感测的保护壳装设一智能装置的实施例立体图及分解图，如图所示，本发明提供的光学感测的保护壳10包括一上壳体12及一下壳体14，智能装置30可装设于上壳体12及下壳体14之间，此上壳体12的下缘与下壳体14的上缘互相扣接，使上壳体12及下壳体14可组合成一体；于上壳体12上设有一导光板16，其为透明状，相对于智能装置30而言为贴近智能装置30的显示屏幕那一侧，因此透过透明的导光板16可看到显示屏幕上所显示的画面，导光板16上设有可供手指按压的一指纹感测区，且导光板16的两侧分别设有一第一反射部162及一第二反射部164；下壳体14上设有一光源18、一信号放大器19及一感光元件20，其分别设于下壳体14的两端，可为前后两端或左右两端，其中光源18提供至少一光学信号，此光学信号经由第一反射部162导入导光板16，并在导光板16中通过全反射(Total Internal Reflection,TIR)效应传输，再经由第二反射部164导出至信号放大器19，此信号放大器19设于下壳体14上、第二反射部164的下方，其可为镜面的形式，用以将光学信号的波形放大，使信号清晰度提升；感光元件20与智能装置30以有线或无线的方式信号连接，感光元件20接收信号放大器19所导出的光学信号后，将光学信号处理成一指纹影像，再传送至智能装置30中，此智能装置30可为智能手机、平板计算机或笔记本电脑。
于本发明的实施例中，光源18为准直光源或非准直光源。准直光源为激光(Laser)、垂直共振腔面射激光(VCSEL)或非准直光源与二次光学元件的组合。其中，二次光学元件选自抛物面(Parabolic surface)聚光镜、复合抛物面聚光镜(CPC)、透镜、棱镜、菲涅尔透镜(Fresnel lens)及其组合。感光元件20可为感光耦合元件(charge-coupleddevice,CCD)或互补式金属氧化物半导体有源像素传感器(CMOS Active pixel sensor)。
请参考图3，其为本发明光学感测的保护壳装设一智能装置时的一实施例的剖视图。在此实施例中，导光板16的上表面周围被上壳体12包覆，上表面未被上壳体12包覆的区域即为指纹感测区，可供使用者以手指按压。在本发明的实施例中，第一反射部162、第二反射部164与导光板16为一体成型，亦或是分开设置，第一反射部162及第二反射部164为独立于导光板16外的反射元件，如反射镜。在此实施例中，感光元件20通过一信号线34连接至智能装置30的一插槽32中，以将信号传送给智能装置30。
上壳体12的下缘设有至少一第一连接部122，下壳体14的上缘则设有至少一第二连接部142，第一连接部122与第二连接部142扣接，使上、下壳体12、14接合在一起，特别的是，此第一连接部122可为环绕上壳体12的下缘一整圈，亦或是仅在左右、上下或任意位置设置，同理，第二连接部142可为环绕下壳体14的上缘一整圈，亦或是仅在左右、上下或任意对应第一连接部122的位置设置，使第一连接部122与第二连接部142可互相接合。
从图3中可清楚看出，光源18设于相对于第一反射部162的下方，朝上将光学信号射入第一反射部162；第一反射部162将光学信号以全反射的方式在导光板16中传输到第二反射部164，第二反射部164的正下方为信号放大器19，光学信号经由第二反射部164与信号放大器19反射到感光元件20，此为本发明中光的传输路径。当使用者以手指按压导光板16表面时，会造成光学信号于导光板16中内全反射的破坏，感光元件20可侦测出光学信号的波形变化，并予以处理为一指纹影像，达到指纹侦测的目的。
其中，光学信号的波长介于380～1400纳米(nm)之间，实际应用上，可区分为可见光段(380～780nm)与近红外段(780～1400nm)。
导光板16的表面形成一镀膜，镀膜可供一可见光穿透，其余波段的光为反射，因此用户可看到显示屏幕的画面，但光学信号还是在导光板16中以全反射方式传输。
此外，由于本发明的光学感测的保护壳提供全屏指纹侦测，整个导光板16皆可为侦测使用者指纹的指纹感测区，因此，为了避免用户单纯只是将智能装置拿在手上并没有要使用，却因手指按在导光板16上而解锁并开启显示屏幕的状况发生，故本发明的一实施例中，更可在导光板16上设定一块启动区域(图中未示)，启动区域的位置与面积大小可由屏幕触控功能来决定，只有当手指按压在启动区域时才会开启显示屏幕，启动区域可设在用户握持智能装置时较不易触碰到的位置，例如中间区域。
图4A及图4B为本发明光学感测的保护壳中上、下壳体不同扣接方式的实施例示意图。图4A中，上壳体12的第一连接部122及下壳体14的第二连接部142为倒钩状，可互相扣接；图4B中，下壳体14的第二连接部142为内凹状，上壳体12的第一连接部122为凸状，第一连接部122可嵌入到第二连接部142中扣合。但此两个实施例非本发明的限制，其他扣接方式只要能使上、下壳体12、14组合在一起，皆应包含在本发明中。
在本发明的实施例中，感光元件20与信号放大器19之间更包含一透光元件，如透镜、棱镜薄膜(Prism film)、角度滤波器(Angular filter)、偏振分光棱镜(PBS)、分光镜(BS)或其组合，图5A为于感光元件20上设置一透镜22的实施例示意图，图5B为于感光元件20上设置一棱镜薄膜24的实施例示意图，图5C为于感光元件20上设置一角度滤波器26的实施例示意图，图5D为于感光元件20上设置一棱镜薄膜24及一角度滤波器26组合的实施例示意图。
其中，图5C所示的角度滤波器26为垂直型的光栅滤波器，但其亦可为倾斜型的光栅滤波器(图中未示)。除此之外，光栅滤波器可为由多层第一材料薄膜间隔设置所构成的单层结构，或是由多层第一材料薄膜与多层第二材料薄膜间隔设置所构成的单层结构。若光源为非准直光源时，未经准直的光学信号于导光板中传输，再于感光元件上搭配设置高阶的角度滤波器，同样可达到指纹成像的目的。
综上所述，本发明所提供的光学感测的保护壳是将导光板设置于保护壳的上壳体，而光源及感光元件设于保护壳的下壳体两端，将上、下壳体组合在一起后，将智能装置装设在上、下壳体之间，透明的导光板让使用者还是可以看到智能装置上的屏幕显示画面，但同时，导光板又提供了全屏的指纹侦测功能，用户的手指按压在导光板上露出的任一位置皆可让感光元件得到光学信号并转换成指纹影像，如此一来，原本不具备指纹侦测功能、或不具备全屏指纹辨识功能的智能装置，装上本发明的光学感测的保护壳后，便可直接拥有全屏指纹侦测的功能。此外，若光源或感光元件损坏，还可直接更换下壳体，不须拆解、维修智能装置，大幅节省维修成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明权利要求所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.一种光学感测的保护壳，其应用于一智能装置上，其特征在于，包括：
一上壳体及一下壳体，该智能装置装设于该上、下壳体之间，该上、下壳体互相扣接组合；
一导光板，其为透明状，设于该上壳体上，该导光板上设有供手指按压的一指纹感测区，且该导光板的相对的两端分别设有一第一反射部及一第二反射部；
一光源，设于该下壳体的一端，且与该第一反射部属于同一端，提供至少一光学信号，该光学信号经由该第一反射部导入该导光板，并在该导光板中通过内全反射效应传输，再经由该第二反射部导出；
一信号放大器，位于该下壳体的一端、该第二反射部下方，且与该光源分属于该下壳体的两端，该信号放大器接受该第二反射部所导出的该光学信号，并将该光学信号放大后导出；以及
一感光元件，设于该下壳体的一端，与该第二反射部及该信号放大器属于同一端，并与该智能装置信号连接，接收该信号放大器所导出的该光学信号，将该光学信号处理成一指纹影像并将该指纹影像传送至该智能装置中。
2.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该导光板的一上表面周围被该上壳体包覆，该上表面未被包覆的区域为该指纹感测区。
3.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该导光板设于该智能装置的一显示屏幕上方。
4.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该上壳体的下缘设有至少一第一连接部，该下壳体的上缘设有至少一第二连接部，该第一连接部与该第二连接部扣接，使该上、下壳体接合在一起。
5.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该感光元件通过一信号线连接至该智能装置的一插槽中，以将该光学信号传送至该智能装置。
6.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该光源为准直光源或非准直光源。
7.如权利要求6所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该准直光源为激光、垂直共振腔面射激光或非准直光源与二次光学元件的组合。
8.如权利要求7所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该二次光学元件为抛物面聚光镜、复合抛物面聚光镜、透镜、棱镜、菲涅尔透镜及其组合。
9.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该光学信号的波长介于380～1400纳米。
10.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该第一反射部、该第二反射部与该导光板为一体成型。
11.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该第一反射部及该第二反射部为独立于该导光板外的反射元件。
12.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该导光板的该上表面形成一镀膜，该镀膜供一可见光穿透，其余波段的光为反射。
13.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该感光元件与该信号放大器之间更包含一透镜、一棱镜薄膜、一角度滤波器、一偏振分光棱镜、分光镜或其组合。
14.如权利要求13所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该角度滤波器为垂直型或倾斜型的光栅滤波器。
15.如权利要求14所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该光栅滤波器为由多层第一材料薄膜间隔设置所构成的单层结构。
16.如权利要求14所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该光栅滤波器为由多层第一材料薄膜与多层第二材料薄膜间隔设置所构成的单层结构。
17.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该指纹感测区中更包括一启动区域，该手指按压在该启动区域中以启动该智能装置的显示屏幕，且启动区域的位置与面积大小由屏幕触控功能决定。
18.如权利要求1所述的光学感测的保护壳，其特征在于，该智能装置智能手机、平板计算机或笔记本电脑。
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