CN108960007A - 光学式指纹识别模块 - Google Patents

Abstract

本发明为一种光学式指纹识别模块，包含：一壳体、一影像获取组件、一导光扩散层、一聚光反射层、一按压板、至少一光源及一光通道结构。该光通道结构形成于该按压板的下方与该影像获取组件的上方，并穿过该聚光反射层与部分的该导光扩散层而被该聚光反射层与部分的该导光扩散层环绕。其中，该至少一光源所射出的光线能于该导光扩散层中形成传导与扩散，并能于该聚光反射层中形成聚光与反射，且该至少一光源所射出的光线能于该导光扩散层与该聚光反射层之间往返，进而经由该光通道结构照射至该按压板上，再反射至该影像获取组件上而被获取。本发明可以让光线的使用率得以更有效的增加。

Description

光学式指纹识别模块

技术领域

本发明涉及指纹识别技术领域，且特别涉及一种采用光学式进行指纹识别的模块。该模块利用了多层次的扩散与聚光的设计，使得光线能产生反复的折射、反射、散射与传导等情形，让光线的使用率得以更有效地增加。

背景技术

目前科技为确保信息安全，生物识别技术已然成为了现今各种产业的重点发展项目。其中，指纹(fingerprint)识别是一种最为常见且广泛应用的生物识别技术。

指纹是一种由许多弯曲线条所组成的图案。且放大来看，这些线条是如同波峰***与波谷凹陷而呈现出高低起伏。因此，指纹特征便是这些线条的分布情形，且几乎每个人都有不同的指纹特征，使其独特性可作为身份的识别依据。

目前所使用的指纹识别技术大致分为电容式与光学式两种。其中，电容式主要是通过电容感应器扫描出手指上的电荷变化、温度差、压力等情形而能得到其指纹结构。而光学式则是直接摄取其指纹的影像，也就是利用光源对手指进行照射以凸显出各线条之间的波峰波谷的明暗对比，并以影像获取组件进行摄影以提供后续分析。虽然电容式具有较为轻薄、短小等特点，但其成本却较光学式来得高。

由于每一指纹的影像或数据所需储存空间不大，使得现在一般的移动电子装置或笔记本电脑也愈趋将指纹识别模块应用于其上。无论是电容式或光学式，其目的都是在取得指纹的结构或影像，并进一步利用演算法进行计算以及与所储存的文件进行比对分析，从而识别出使用者的身份。

此外，光学式的指纹识别模块对指纹影像的取得方式主要包含有滑动式与按压式。其中，滑动式主要是通过将手指于模块上滑过并同时摄影，再由程序将所摄得的影像进行拼贴以组合成完整的指纹影像。而按压式则是直接将手指按压在模块上达一定时间之后，便可完成指纹影像的取得。

一般来说，虽然滑动式识别模块较小且成本不高，并利于设置在移动电子装置上，但使用者必须以特定方向与速度进行滑动，否则容易造成识别错误。相对的，按压式识别模块虽然提供了使用者较为方便的操作接口，但也因为其可以一次摄得完整的指纹影像而需要有较大的感应面积，故相对占据移动电子装置较多的空间并具有较高的生产成本。

请参见图1，为现有技术的一光学按压式的指纹识别模块1的剖面示意图。如图1所示，该指纹识别模块1包含有一影像获取组件11、两光源121、122、一光扩散板13与一按压板10。该按压板10提供手指A于其一表面100上进行按压，而两光源121、122则提供光线的照射。可以理解的是，为了使光线能有效穿透并对手指形成照射，该按压板10与该光扩散板13具有透光性。

其次，该光扩散板13能导引或折射其光线向该按压板10形成面光源的照射，并具有一开孔130以对照射到手指A上产生反射的光线(特别涉及纹的波峰部分)形成穿透，进而由该影像获取组件11接收与摄影。

由该图1与前述说明可知，为提供一次性按压，该按压板10需有较大的感应面积。然而，光线可能是以各种角度从光源121、122处射出，所以并不是所有的光线都能集中照射到手指A，可能有一部分的光线会直接从手指A旁透射该按压板10而散出。如此，使得光源的照射效率降低，甚至影响了影像的获取品质。

由于光学式的指纹识别模块已普遍地成为移动电子装置所使用的指纹识别技术，因其能提供使用者以直觉而简单的方式加以操作。但若是其技术存在除了高成本设置或空间占据较大之外的其他缺失时，例如最重要的影像获取效果，将使其在市场上的发展性较难具有竞争优势。是故，如何解决此一问题便为本公开发展的主要目的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种光学式指纹识别的模块。该模块使用侧光式照明，并利用了多层次的扩散与聚光的设计，使得光线能产生反复的折射、反射、散射与传导等情形，让光线的使用率得以更有效地增加。如此，光线能被聚集在特定的光通道上，而能提升指纹影像的获取品质。

本发明为一种光学式指纹识别模块，包含有：一壳体、一影像获取组件、一导光扩散层、一聚光反射层、一按压板、至少一光源及一光通道结构。该影像获取组件设置于该壳体中。该导光扩散层设置于该影像获取组件的上方。该聚光反射层设置于该导光扩散层的上方。该按压板设置于该壳体上与该聚光反射层的上方，用以提供按压。该至少一光源分别设置于该导光扩散层与该聚光反射层的至少一侧端上。该光通道结构形成于该按压板的下方与该影像获取组件的上方，该光通道结构并穿过该聚光反射层与部分的该导光扩散层而被该聚光反射层与部分的该导光扩散层所环绕。其中，该至少一光源所射出的光线能于该导光扩散层中形成传导与扩散，并能于该聚光反射层中形成聚光与反射，且该至少一光源所射出的光线能于该导光扩散层与该聚光反射层之间往返，进而经由该光通道结构照射至该按压板上，再反射至该影像获取组件上而被获取。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术的一光学按压式的指纹识别模块1的剖面示意图。

图2为本发明所提出的一光学式指纹识别模块2的剖面示意图。

图3A为光线在一扩散片252上的可能路径示意图。

图3B为光线在一聚光片281上的可能路径示意图。

图4为本发明所提出的一光学式指纹识别模块2’的剖面示意图。

附图标记说明：

1：指纹识别模块 10：按压板

100：表面 11：影像获取组件

121、122：光源 13：光扩散板

130：开孔 A：手指

2、2’：光学式指纹识别模块 20：壳体

21：按压板 22：影像获取组件

23：线路结构 241、242：光源

25：导光扩散层 251：导光板

251a：微结构 252：扩散片

252a：扩散粒子 26：底部反射片

27、27’：光通道结构 28：聚光反射层

281：聚光片 281a、281a’：棱镜体

282：顶部反射片 B：手指

S1、S2：侧端 L1～L4：光线

具体实施方式

以下是提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的附图是省略不必要或以通常技术即可完成的元件，以清楚显示本发明的技术特点。

现以一第一实施例进行本发明的实施说明。请参见图2，为此第一实施例所提出的一光学式指纹识别模块2的剖面示意图。如图2所示，该光学式指纹识别模块2包含有一壳体20、一影像获取组件22、一导光扩散层25、一聚光反射层28、一按压板21、两光源241、242、一光通道结构27以及一底部反射片26。于此第一实施例中，该光学式指纹识别模块2是应用于一移动电子装置(未显示于附图)上的设置，但并不限于此。因此，以现有的制造手段来说，该壳体20即为该移动电子装置的机壳的一部分；或者，该壳体20能以其他方式固定于所应用的移动电子装置中。

在图2中呈现了这些元件于设置上的位置对应关系。由图2所示可知，大部分的元件或组件皆设置于该壳体20之中，只有该按压板21为了提供一手指B的按压是设置于该壳体20上；例如以镶嵌方式设置在该壳体20所镂出的开孔上。该影像获取组件22于该壳体20中的设置相对来说是位于整体模块的底部的位置。其次，该导光扩散层25是设置于该影像获取组件22的上方，该聚光反射层28是设置于该导光扩散层25的上方，而该按压板21则是位于最外层而设置于该聚光反射层28的上方。

承上所述，该光通道结构27是形成于该按压板21的下方与该影像获取组件22的上方，也就是和该影像获取组件22上下相互对应，且该光通道结构27并穿过该聚光反射层28与部分的该导光扩散层25而被该聚光反射层28与部分的该导光扩散层25所环绕。详细来说，该光通道结构27的形成可以是将该聚光反射层28与部分的该导光扩散层25镂刻出一特定孔径的一孔道后，嵌入指定的材质而成。

而所述的孔径大小，优选地，除了须相应于该影像获取组件22外，还应考量一般手指B的可能尺寸，或例如是针对滑动式与按压式的不同影像取得方式的应用。

于此第一实施例中，该光通道结构27是由一透光材质所构成，例如液态光学胶(Liquid Optical Clear Adhesive，LOCA)；也就是一般的紫外线(UV)固化胶。其除了能结合与固定住周围的元件外还能形成出特定的样式，并具有可透光的性质。详细来说，图2中的该光通道结构27的形成还进一步延伸至该按压板21与该聚光反射层28之间，以加强与相关元件的结合，但并不限于此；例如其他实施方式也可直接将按压板与聚光反射层相互接触，而不填入液态光学胶。

承上所述，图2中的该导光扩散层25是由一导光板251与一扩散片252所组成，该扩散片252是设置于该导光板251上。其次，该聚光反射层28是由一聚光片281与一顶部反射片282所组成，该顶部反射片282是设置于该聚光片281上，并结合该光通道结构27的延伸部分；而该聚光片281则是设置于该导光扩散层25上，特别是在其中的该扩散片252上。另外，图2中的该底部反射片26是设置于该导光扩散层25的下方，特别是在其中的该导光板251下，并环绕该影像获取组件22。

另一方面，此第一实施例所使用的两光源241、242是分别设置于该导光扩散层25与该聚光反射层28的侧端S1与侧端S2上。详细来说，所述光源241、242可采用灯条的组件形式，也就是每个灯条具有多个发光二极管。通过将线光源形式的两光源241、242分别在侧端S1与侧端S2上做紧密贴附，而能使其所射出的光线射入至该导光扩散层25内进行传导，进而产生面光源的背光形式。换句话说，本发明的该光学式指纹识别模块2是一种侧光式的指纹识别模块，于整体模块的体积或厚度相对来说是已属超薄化的设计。

虽然在图2中的该顶部反射片282与该底部反射片26在侧端S1、S2是以上下包覆着两光源241、242的方式做设置示意，但本发明亦不限于此。举例来说，其他方式也可设计成是由两光源分别在各自的侧端上侧向抵顶着顶部反射片与底部反射片，也就是将上层的顶部反射片设计成与图2中的聚光片281、扩散片252同宽度。可以理解的是，这部分的设置可根据所使用的光条样式而定，且其设置的要旨在于防止在元件结合处有缝隙或缺口，以免造成光线穿出。

再者，该指纹识别模块2还包含有一线路结构23，该线路结构23电连接于该影像获取组件22与所述光源241、242，用以提供必要的电源与进行电信号传输。于此第一实施例中，该线路结构23采用柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit Board，简称FPCB)做设置，以达到在该壳体20内的底部与侧壁上的布线与电连接。虽然在图2中的该线路结构23是以完全由该壳体20所包覆的方式做设置示意，但可以理解的是，该壳体20也必存在相关的线路孔以供该线路结构23穿出，以对移动电子装置内的其他线路或元件做电连接。

于此第一实施例中，该影像获取组件22可为由包括一处理器、一存储器、一摄影镜头与一传输接口等元件所组成，但并不限于此。举例来说，于其他方式中亦可不设置处理器与存储器于其中，而仅为单纯的摄影镜头；也就是可将所摄得的影像交由移动电子装置内的处理单元进行处理即可。

承上所述，可知本发明的该指纹识别模块2的设计要旨在于将所述光源241、242所射出的光线导引至该光通道结构27上。在图2中还示意了所述光源241、242所射出的光线在该壳体20内部的各种可能的方向与路径(以箭号示意)，而这些路径的形态包括了反射、透射、折射等。是以，于此第一实施例中，所述光源241、242所射出的光线能于该导光扩散层25中形成传导与扩散，并能于该聚光反射层28中形成聚光与反射，且所述光源241、242所射出的光线能于该导光扩散层25与该聚光反射层28之间往返，进而经由该光通道结构27照射至该按压板21上，再反射至该影像获取组件22上而被获取。

详细来说，该导光板251可通过其所具有的多个微结构251a来对所射出的光线进行传导，使得原本为线光源形式的光线能于该导光板251的出光面上(即该导光板251与该扩散片252、该光通道结构27的交界)形成面光源。于图2中的所述微结构251a是以矩形锯齿状样式做示意，但本发明不限于此；例如亦可为球形凸起状或三角尖锥状。此外，于图2中的所述微结构251a是以等间距样式做示意，但本发明不限于此；例如间距可为由两侧向中央方向逐渐缩短。

另一方面，如图2所示，该扩散片252可通过其所具有的多个扩散粒子252a来对所射出的光线进行扩散。以目前的技术来说，该扩散片252是一种能提供均匀面光源的光学扩散膜(Diffuser)。一般是在基材(例如PET)中分散地涂布或压印出具有高透光性的球体颗粒(尺寸可为不同)以作为扩散粒子，使得当光线在经过时就会在两不同折射率的介质中穿过而发生折射、散射，从而产生出光学扩散的效果。

再者，如图2所示，该聚光片281则可通过其所具有的多个棱镜体281a来对所射出的光线进行聚光。以目前的技术来说，该聚光片281是一种能提供光强度集中以提升亮度或辉度的棱镜膜(Prism Film)(或可称为增亮膜或增光膜)。一般是在基材(例如PET)的出光面上平均地压印出整排的三角体结构(尺寸可为不同)以作为棱镜体，使得当光线在经过时就会发生折射、反射至特定方向来调整光强分布，也就是能将光线集中并循环利用以减少损失，从而产生出亮度或辉度提升的效果。

请参见图3A与图3B；其中，图3A为光线在该扩散片252上的可能路径示意图；而图3B为光线在该聚光片281上的可能路径示意图。

首先，如图3A所示，设计各个扩散粒子252a的尺寸互为相同，且所示意的多个光线是皆以垂直方式入射至该扩散片252，而于进入其中的该扩散粒子252a后即产生折射。但因为各光线是在不同位置上折射，所以从粒子上的出光位置、方向也不一样，造成整体入射光线的照射幅度增大。况且入射至该扩散片252中的光线可能有多种角度，所以可以了解当光线在该导光板251上已被均匀传导而分布成面光源时，该扩散片252可进一步使其形成更佳的扩散效果。

其次，如图3B所示，设计各个棱镜体(例如棱镜体281a和棱镜体281a’)的尺寸互为相同，且所示意的多个光线L1～L4是以不同角度入射至该聚光片281，而于进入其中不同的棱镜体后即产生不同角度的反射或折射。举例来说，其中一光线L1从相对的左下方朝上入射后，反射并朝向原入射处行进；另一光线L2则从相对的右下方朝上入射后，反射并朝向原入射处行进；而另一光线L3则是在折射出相应的棱镜体281a后，再往上方行进；而另一光线L4则是在折射出相应的棱镜体281a后，再往相邻的另一棱镜体281a’来入射，进而再形成折射并朝向相对的右下方行进。

承上所述，根据图2与图3B可知，该底部反射片26能对穿出该导光扩散层25(特别是其中的该导光板251)的光线进行反射，因此所述光线L1、L2、L4在经由不特定次数的反射与折射之后便又返回该导光扩散层25中，而由该扩散片252与该导光板251再加以扩散与传导。此外，该顶部反射片282能对穿出该聚光片281(特别是其中的棱镜体281a的部分)的光线L3进行反射，因此该光线L3在经由不特定次数的反射与折射之后便又返回该聚光反射层28与该导光扩散层25中，使得无论是上层或下层的光线能量都不易逸失。

如此，两光源241、242所射出的光线在还未到达可以离开该壳体20的位置(也就是该光通道结构27)时，仍会被保留在该壳体20内。换句话说，通过相关的反射、折射的扩散与聚光现象，所射出的光线会在该壳体20内部愈益被驱使朝向该光通道结构27的所在位置前进。

于此第一实施例中，该光通道结构27是由液态光学胶的透光材质所构成，且该液态光学胶的折射率在1.50～1.54之间。如此，光线在由该导光板251、该扩散片252或该聚光片281进入该光通道结构27时又会产生相应的折射，进而能形成有利的角度从该光通道结构27的位置来对该按压板21进行照射；也就是照射其上方的手指B，并由该影像获取组件22进行摄影而得到指纹影像。

以上述第一实施例所设置的两光源241、242的形式可依需求而有所不同；例如，可采用射出光线为可见光的发光二极管(LED)，或是可采用射出光线为红外线(IR)类型的不可见光的发光二极管。因此，所搭配的该影像获取组件22便须根据所采用的光源的形式，而以相应的可见光或不可见光的感测方式完成设置。

另一方面，以目前的技术来说，所采用的该顶部反射片282与该底部反射片26是一种能提供光线做高度反射的反射膜(Reflection Film)。一般是在基材表面上以镀制的方式来完成，而其镀制的材料可例如是银或铝。

本发明还可根据上述的第一实施例作进一步的变化设计。举例来说，可仅使用该导光板251所具有多个微结构251a来对所经过的光线形成反射；也就是不设置该底部反射片26。如此，虽然光线的反射效益可能会降低，但因所使用的该壳体20本身可采用反射性高的材质所制成，故亦不会造成光线的过度逸失而影响照射效率。

或者，本发明亦可仅采用单侧的光源做设置；也就是仅设置图2中的光源241或光源242其中一者即可。需注意的是，为形成较佳的光线传导与照明效果，图2中的该光通道结构27是相对地位于两光源241、242的中间，如此方能反应出光累积的最佳位置。是以，若仅设置单侧的光源时，所述的光通道结构可能须形成在离该光源有一定距离的位置，也就是靠近壳体的另一端，以利所射出的是做最大累积的光。

现以一第二实施例进行本发明的实施说明。请参见图4，为此第二实施例所提出的一光学式指纹识别模块2’的剖面示意图。如图4所示，此第二实施例与该第一实施例的差异在于，该第二实施例中的一光通道结构27’是直接呈现为一孔道；也就是在将该聚光反射层28与部分的该导光扩散层25加以镂刻之后，就不嵌入任何的材料。

承上所述，在该光通道结构27’仅为一孔道的设计下，其结构周围就没有延伸至该按压板21与该顶部反射片282之间，也就是该顶部反射片282是直接与该按压板21接触结合。于其他的实施方式中，也可采用相关胶材(可不必为透光材质)来结合顶部反射片与按压板，但必须使此一胶材在对应该光通道结构的位置上形成一开孔。

于此第二实施例中，虽然该光通道结构27’并没有具有较大折射率的材质(即为空气的介质而已)，使得光线的折射情况相较于第一实施例来说有所不同。但无论使用哪种具有透光性的材料，例如玻璃或胶材，必定仍有其光衰减率，也就是仍会对所经过的光线造成可能的能量损失。是以，图4中的直接呈现为孔道的该光通道结构27’反而可让光线以最佳的表现对该按压板21进行照射，所摄得的指纹影像也能因有充分的照明而有良好的品质。

本发明还可根据上述的第一实施例与第二实施例作进一步的变化设计。具体来说，本发明可在所公开的光通道结构上进行所镂刻孔道的深度的改变；例如，可设计光通道结构只穿过所述的聚光反射层，而未穿过所述的导光扩散层。如此，这种设计的导光扩散层，特别是其中的扩散片将呈现出整面地设置于其导光板上，且这种设计的光通道结构便形成于整个导光扩散层的上方，并只由该聚光反射层所环绕。

承上所述，这种变化设计的导光扩散层将可利用所具有的多个扩散粒子来对所射出的光线，特别是来自扩散片下方的导光板的光线进行扩散；之后，便能将所扩散的光线直接射入至该光通道结构中。虽然在所形成的光线传导方式上与前述的两种实施例有些许不同，但同样也能产生所需的照明效果与良好的指纹影像摄影品质。

综上所述，本发明所提出的指纹识别模块特别是一种采用光学式进行指纹识别的模块，确实能对目前技术下的移动电子装置做有效应用，并且无论是针对滑动式或按压式的影像取得方式皆可加以应用。而本发明所能达到的技术效果增进包含有：其一，由于使用侧光式照明，故能有效缩减整体模块的厚度；其二，利用了多层次的扩散与聚光的设计，使得光线能产生反复的折射、反射、散射与传导等情形，让光线的使用率得以更有效地增加；其三，光线因能被聚集在特定的光通道上，故能提升指纹影像的获取品质。

是故，本发明能有效解决现有技术中所提出的相关问题，而能成功地达到本公开发展的主要目的。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种光学式指纹识别模块，包含有：

一壳体；

一影像获取组件，设置于该壳体中；

一导光扩散层，设置于该影像获取组件的上方；

一聚光反射层，设置于该导光扩散层的上方；

一按压板，设置于该壳体上与该聚光反射层的上方，用以提供按压；

至少一光源，分别设置于该导光扩散层与该聚光反射层的至少一侧端上；以及

一光通道结构，形成于该按压板的下方与该影像获取组件的上方，该光通道结构并穿过该聚光反射层与部分的该导光扩散层而被该聚光反射层与部分的该导光扩散层所环绕；

其中，该至少一光源所射出的光线能于该导光扩散层中形成传导与扩散，并能于该聚光反射层中形成聚光与反射，且该至少一光源所射出的光线能于该导光扩散层与该聚光反射层之间往返，进而经由该光通道结构照射至该按压板上，再反射至该影像获取组件上而被获取。

2.如权利要求1所述的光学式指纹识别模块，还包含有一线路结构，该线路结构电连接于该影像获取组件与该至少一光源，用以提供电源与进行电信号传输。

3.如权利要求1所述的光学式指纹识别模块，还包含有一底部反射片，设置于该导光扩散层的下方并环绕该影像获取组件，用以对穿出该导光扩散层的光线进行反射。

4.如权利要求1所述的光学式指纹识别模块，其中该导光扩散层包含有：

一导光板，该导光板并具有多个微结构，用以对该至少一光源所射出的光线进行传导；以及

一扩散片，设置于该导光板上，该扩散片并具有多个扩散粒子，用以对该至少一光源所射出的光线进行扩散。

5.如权利要求1所述的光学式指纹识别模块，其中该聚光反射层包含有：

一聚光片，设置于该导光扩散层上，该聚光片并具有多个棱镜体，用以对该至少一光源所射出的光线进行聚光；以及

一顶部反射片，设置于该聚光片上，用以对穿出该聚光片的光线进行反射。

6.如权利要求1所述的光学式指纹识别模块，其中该光通道结构是由一透光材质所构成，且该光通道结构是延伸至该按压板与该聚光反射层之间。

7.如权利要求6所述的光学式指纹识别模块，其中该透光材质为一液态光学胶，且该液态光学胶的折射率在1.50～1.54之间。

8.如权利要求1所述的光学式指纹识别模块，其中该光通道结构呈现为一孔道。

9.如权利要求1所述的光学式指纹识别模块，其中该至少一光源所射出的光线为可见光或不可见光，而该影像获取组件是以相应的可见光或不可见光的感测方式完成设置。

10.一种光学式指纹识别模块，包含有：

一壳体；

一影像获取组件，设置于该壳体中；

一导光扩散层，设置于该影像获取组件的上方；

一聚光反射层，设置于该导光扩散层的上方；

一按压板，设置于该壳体上与该聚光反射层的上方，用以提供按压；

至少一光源，分别设置于该导光扩散层与该聚光反射层的至少一侧端上；以及

一光通道结构，形成于该按压板的下方与该影像获取组件、该导光扩散层的上方，该光通道结构并穿过该聚光反射层而被该聚光反射层所环绕；

其中，该至少一光源所射出的光线能于该导光扩散层中形成传导与扩散，并能于该聚光反射层中形成聚光与反射，且该至少一光源所射出的光线能于该导光扩散层与该聚光反射层之间往返，进而经由该光通道结构照射至该按压板上，再反射至该影像获取组件上而被获取。