TW201942604A - 光學識別模組 - Google Patents

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Abstract

一種光學識別模組，其包括蓋板、感測器、顯示面板、第一偏光片以及第二偏光片。顯示面板設置在蓋板與感測器之間。第一偏光片設置在蓋板與顯示面板之間。第一偏光片為圓偏振片或線偏振片。第二偏光片設置在顯示面板與感測器之間。第二偏光片為圓偏振片或線偏振片。

Description

光學識別模組
本發明是有關於一種光學模組，且特別是有關於一種可識別生物特徵的光學識別模組。
隨著物聯網技術的蓬勃發展，生物辨識技術的應用及需求因此迅速擴張。目前市面上常見的生物辨識技術主要是利用光學、電容或超音波等方式識別指紋、掌紋、靜脈分佈、虹膜、視網膜或臉部特徵等生物特徵，藉此達到身分辨識或認證的目的。相較於以電容或超音波方式識別生物特徵的識別模組，以光學方式識別生物特徵的光學識別模組藉由感測器接收被待測物反射的光束，以進行生物特徵的識別，因此具有耐用度高且成本低廉的優勢。然而，光束在朝待測物傳遞的途中可能因為介面反射而在未經待測物作用的情況下傳遞至感測器，造成訊噪比(Signal-to-noise ratio)低，影響識別準確度。此外，外界環境光也可能進入光學識別模組並傳遞至感測器，造成光學干擾(crosstalk)。因此，如何提升訊噪比，便成為本領域研發人員亟欲解決的問題之一。
本發明提供一種光學識別模組，其具有良好的識別準確度。
本發明的一種光學識別模組包括蓋板、感測器、顯示面板、第一偏光片以及第二偏光片。顯示面板設置在蓋板與感測器之間。第一偏光片設置在蓋板與顯示面板之間。第一偏光片為圓偏振片或線偏振片。第二偏光片設置在顯示面板與感測器之間。第二偏光片為圓偏振片或線偏振片。
在本發明的一實施例中，顯示面板為有機發光顯示面板或微型發光二極體顯示面板。
在本發明的一實施例中，第一偏光片以及第二偏光片同為右旋偏振片或同為左旋偏振片。
在本發明的一實施例中，第一偏光片包括第一線偏振片以及第一四分之一波片，且第一四分之一波片設置在第一線偏振片與顯示面板之間。第二偏光片包括第二線偏振片以及第二四分之一波片，且第二四分之一波片設置在第二線偏振片與顯示面板之間，或者第二線偏振片設置在第二四分之一波片與顯示面板之間。
在本發明的一實施例中，第一偏光片以及第二偏光片同為線偏振片，且第一偏光片的穿透軸與第二偏光片的穿透軸之間的夾角落在0度至45度的範圍內。
在本發明的一實施例中，光學識別模組更包括帶通濾波器。帶通濾波器適於過濾紅外光，且帶通濾波器設置在感測器上。
在本發明的一實施例中，光學識別模組更包括帶通濾波器。帶通濾波器適於過濾部分可見光，且帶通濾波器設置在顯示面板與感測器之間。
在本發明的一實施例中，光學識別模組更包括準直器。準直器設置在顯示面板與感測器之間。
在本發明的一實施例中，光學識別模組更包括四分之一波片。四分之一波片設置在第二偏光片與準直器之間。
在本發明的一實施例中，光學識別模組更包括至少一抗反射層。所述至少一抗反射層設置在顯示面板、第一偏光片、第二偏光片、準直器以及四分之一波片的其中至少一個的至少一表面上。
在本發明的一實施例中，光學識別模組更包括光源。光源設置在感測器旁。
基於上述，在本發明的光學識別模組中，利用第一偏光片以及第二偏光片將在未經待測物作用的情況下朝感測器傳遞的光束的光強度降低，以提升訊噪比。因此，本發明的光學識別模組可具有良好的識別準確度。
為讓本發明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。
在圖式中，各圖式繪示的是特定示範實施例中所使用的方法、結構及/或材料的通常性特徵。然而，所述圖式並不侷限於下列實施例的結構或特徵，且這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些示範實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域及/或結構的相對厚度及位置可能縮小或放大。
在各圖式中使用相似或相同的元件符號傾向於標示相似或相同元件或特徵的存在。圖式中的相似元件符號標示相似的元件並且將省略其贅述。
下列實施例所列舉的光學識別模組適於擷取待測物的生物特徵。待測物可為手指或手掌。對應地，生物特徵可為指紋、靜脈或掌紋，但不以此為限。
圖1至圖9分別是依照本發明的第一至第九實施例的光學識別模組的剖面示意圖。請參照圖1，第一實施例的光學識別模組100包括蓋板110、感測器120、顯示面板130、第一偏光片140以及第二偏光片150。
蓋板110適於保護位於其下的元件。舉例來說，蓋板110可以是經強化或未經強化的玻璃基板，但不以此為限。
感測器120適於接收被待測物OBJ反射的光束(即帶有生物特徵資訊的光束，如光束BO)。舉例來說，感測器120可包括電荷耦合元件(Charge Coupled Device, CCD)、互補式金屬氧化物半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS)或其他適當種類的光學感測元件。
顯示面板130設置在蓋板110與感測器120之間。顯示面板130適於提供可見光B。在本實施例中，顯示面板130所提供的可見光B除了用於顯示之外，還可用於生物特徵識別。舉例來說，顯示面板130為有機發光顯示面板或微型發光二極體顯示面板，但不以此為限。
第一偏光片140設置在蓋板110與顯示面板130之間。第二偏光片150設置在顯示面板130與感測器120之間。換句話說，第一偏光片140與第二偏光片150分別位於顯示面板130的相對兩側。
第一偏光片140可為圓偏振片或線偏振片。第二偏光片150可為圓偏振片或線偏振片。在本實施例中，第一偏光片140與第二偏光片150同為圓偏振片，且第一偏光片140與第二偏光片150可同為右旋偏振片或同為左旋偏振片。
詳細而言，第一偏光片140包括第一線偏振片142以及第一四分之一波片144，且第一四分之一波片144設置在第一線偏振片142與顯示面板130之間。第二偏光片150包括第二線偏振片152以及第二四分之一波片154，且第二四分之一波片154設置在第二線偏振片152與顯示面板130之間。
顯示面板130所提供的可見光B的一部分(如光束B1)依序通過第一四分之一波片144、第一線偏振片142以及蓋板110而傳遞至待測物OBJ。被待測物OBJ反射的光束(即帶有生物特徵資訊的光束BO)依序通過蓋板110、第一線偏振片142、第一四分之一波片144、顯示面板130、第二四分之一波片154以及第二線偏振片152而傳遞至感測器120。然而，除了帶有生物特徵資訊的光束BO之外，感測器120還可能接收到未經待測物OBJ作用(如反射)的光束，如光束BR2、BR3。詳細而言，顯示面板130所提供的可見光B的一部分(如光束B2、B3)在傳遞至待測物OBJ的途中可能因為介面反射而轉向，例如光束B2以及光束B3分別在傳遞至第一線偏振片142以及第一四分之一波片144時因介面反射而轉向，因介面反射而轉向的光束BR2、BR3接著朝感測器120傳遞，且最終被感測器120接收。
光束BR2、BR3的光強度甚強。在未設置第二偏光片150的架構下，感測器120可能接收100%的光束BR2、BR3，而影響識別準確度。藉由第一偏光片140搭配第二偏光片150的設計，可將被感測器120接收的光束BR2、BR3降低至約50%，同時將被感測器120接收的帶有生物特徵資訊的光束BO維持約100%。
詳細而言，顯示面板130所提供的可見光B本身為非偏振光。也就是說，顯示面板130所提供的可見光B具有第一偏振方向P1以及第二偏振方向P2。可見光B中通過第一線偏振片142的部分(參見光束B1)會從非偏振光變成線偏振光，且所述線偏振光的偏振方向(如第一偏振方向P1)平行於第一線偏振片142的穿透軸(未繪示)。線偏振光被待測物OBJ反射後偏振方向不變。線偏振光通過第一四分之一波片144之後變成圓偏振光(如左旋偏振光)。圓偏振光通過第二四分之一波片154後變回線偏振光，且所述線偏振光的偏振方向平行於第二線偏振片152的穿透軸。因此線偏振光能夠通過第二線偏振片152並被感測器120接收。換句話說，被待測物OBJ反射的光束(即帶有生物特徵資訊的光束BO)幾乎是100%被感測器120接收。另一方面，可見光B中沒有通過第一線偏振片142的部分(如光束B2、B3)因介面反射而轉向，且因介面反射而轉向的光束BR2、BR3仍為非偏振光。非偏振光中只有偏振方向平行於第二線偏振片152的穿透軸的光束(即具有第一偏振方向P1的光束)能夠通過第二線偏振片152並被感測器120接收。換句話說，因介面反射而轉向的光束BR2(或光束BR3)約50%被第二線偏振片152濾除且約50%通過第二線偏振片152並被感測器120接收。
利用第一偏光片140以及第二偏光片150將在未經待測物OBJ作用的情況下朝感測器120傳遞的光束(如光束BR2、BR3)的光強度降低，以提升訊噪比。因此，光學識別模組100可具有良好的識別準確度。
依據不同的需求，光學識別模組100可選擇性地包括其他元件或膜層。以下實施例皆可同此改良，於下便不再贅述。
請參照圖2A，第二實施例的光學識別模組100A1與圖1的光學識別模組100的主要差異如下所述。在光學識別模組100A1中，第二線偏振片152設置在第二四分之一波片154與顯示面板130之間。
請參照圖2B，光學識別模組100A2與圖2A的光學識別模組100A1的主要差異如下所述。在光學識別模組100A2中，第二偏光片150A為線偏振片。進一步而言，第二偏光片150A包括第二線偏振片152但不包括圖2A的第二四分之一波片154。在一些非理想的特性影響下，帶有生物特徵資訊的光束BO(圖2B未繪示，請參見圖1)會是橢圓偏振，因此第二偏光片150A是線偏振片可讓大於50%(例如70%)的光束BO通過。另一方面，未經待測物作用(如反射)的光束(如圖1中的光束BR2、BR3)只有50%可通過。因此，訊噪比可以提升。
請參照圖3，第三實施例的光學識別模組100B與圖1的光學識別模組100的主要差異如下所述。在光學識別模組100B中，第一偏光片140A以及第二偏光片150A同為線偏振片。進一步而言，第一偏光片140A包括第一線偏振片142但不包括圖1的第一四分之一波片144，且第二偏光片150A包括第二線偏振片152但不包括圖1的第二四分之一波片154。此外，第一偏光片140A的穿透軸與第二偏光片150A的穿透軸之間的夾角落在0度至45度的範圍內。換句話說，第一偏光片140A的穿透軸與第二偏光片150A的穿透軸之間的夾角可大於或等於0度且小於或等於45度。
在此架構下，被待測物OBJ反射的光束(即帶有生物特徵資訊的光束BO)在通過第一線偏振片142之後且在通過第二線偏振片152之前的偏振方向皆為第一偏振方向P1。被待測物OBJ反射的光束(即帶有生物特徵資訊的光束BO)幾乎是100%被感測器120接收。另一方面，可見光B中沒有通過第一線偏振片142的部分(如光束B2)因介面反射而轉向，且因介面反射而轉向的光束BR2仍為非偏振光。非偏振光中只有偏振方向平行於第二線偏振片152的穿透軸的光束(即具有第一偏振方向P1的光束)能夠通過第二線偏振片152並被感測器120接收。因此，因介面反射而轉向的光束BR2約50%被第二線偏振片152濾除且約50%通過第二線偏振片152並被感測器120接收。
利用第一偏光片140A以及第二偏光片150A將在未經待測物OBJ作用的情況下朝感測器120傳遞的光束(如光束BR2)的光強度降低，以提升訊噪比。因此，光學識別模組100B可具有良好的識別準確度。
請參照圖4，第四實施例的光學識別模組100C與圖1的光學識別模組100的主要差異在於光學識別模組100C進一步包括帶通濾波器160。帶通濾波器160適於過濾外界環境光所造成的光學干擾，且帶通濾波器160的穿透頻譜可依據用於生物特徵識別的波段而定。舉例來說，若藉由可見光進行生物特徵識別，則帶通濾波器160可為過濾紅外光的紅外截止濾波器(IR cut filter)，且帶通濾波器160可設置在感測器120上的任一位置。如圖4所示，帶通濾波器160可設置在蓋板110與第一偏光片140之間。然而，帶通濾波器160也可設置在蓋板110上、帶通濾波器160也可設置在第一偏光片140與顯示面板130之間、顯示面板130與第二偏光片150之間或第二偏光片150與感測器120之間。另一方面，若藉由僅部分可見光進行生物特徵識別(即從400 nm至700 nm中選取部分波段進行生物特徵識別)，則帶通濾波器160可為過濾部分可見光(即過濾400 nm至700 nm中不用於生物特徵識別的波段)的濾波器，且帶通濾波器160可設置在顯示面板130與感測器120之間，例如設置在顯示面板130與第二偏光片150之間或第二偏光片150與感測器120之間。
請參照圖5，第五實施例的光學識別模組100D與圖3的光學識別模組100B的主要差異在於光學識別模組100D進一步包括帶通濾波器160。帶通濾波器160的相關描述請參照前述，於此不再贅述。
請參照圖6，第六實施例的光學識別模組100E與圖4的光學識別模組100C的主要差異在於光學識別模組100E進一步包括準直器170。準直器170設置在顯示面板130與感測器120之間，且準直器170適於將被待測物(未繪示於圖6)反射且朝感測器120傳遞的光束準直化。準直器170可以採用任何已知的光準直元件。舉例來說，準直器170可包括光纖陣列、具有通孔的遮光元件或表面上形成有具有開口的遮光層的透光基板等。
應說明的是，圖1的光學識別模組100、圖2A的光學識別模組100A1、圖2B的光學識別模組100A2、圖3的光學識別模組100B以及圖5的光學識別模組100D也可依需求而進一步包括準直器170。
請參照圖7，第七實施例的光學識別模組100F與圖6的光學識別模組100E的主要差異在於光學識別模組100F進一步包括四分之一波片180，且四分之一波片180設置在第二偏光片150與準直器170之間。四分之一波片180適於過濾在第二偏光片150與準直器170之間因介面反射而轉向的光束(如光束BR)，而有助於避免雜散光(如光束BR)傳遞至使用者的眼中。
進一步而言，被待測物OBJ反射的光束(即帶有生物特徵資訊的光束BO)在朝感測器120傳遞的過程中可能在第二偏光片150與準直器170之間發生介面反射。在設置四分之一波片180的架構下，光束BO通過第二線偏振片152之後從圓偏振光(如左旋偏振光)變成線偏振光(具有第一偏振方向P1；未繪示)，線偏振光通過四分之一波片180之後會從線偏振光再次變成圓偏振光(如左旋偏振光)。圓偏振光(如左旋偏振光)被準直器170反射後轉向(例如從左旋偏振光變成右旋偏振光)。被轉向的圓偏振光(如右旋偏振光)通過四分之一波片180之後會變成線偏振光(具有第二偏振方向P2)。由於第二偏振方向P2垂直於第二線偏振片152的穿透軸，因此線偏振光會被第二線偏振片152濾除。
應說明的是，圖1的光學識別模組100、圖2A的光學識別模組100A1、圖2B的光學識別模組100A2、圖3的光學識別模組100B以及圖5的光學識別模組100D也可依需求而進一步包括準直器170以及四分之一波片180的其中至少一者。
請參照圖8，第八實施例的光學識別模組100G與圖7的光學識別模組100F的主要差異在於光學識別模組100G進一步包括至少一抗反射層190，以降低介面反射。如圖8所示，光學識別模組100G可包括一個抗反射層190，且抗反射層190可設置在準直器170面向四分之一波片180的表面上，但不以此為限。抗反射層190也可設置在準直器170面向感測器120的表面上。或者，抗反射層190可設置在顯示面板130、第一偏光片140、第二偏光片150以及四分之一波片180的其中一個的一表面上。再者，光學識別模組100F可包括多個抗反射層190，且所述多個抗反射層190可設置在顯示面板130、第一偏光片140、第二偏光片150、準直器170以及四分之一波片180中的多個表面上。
應說明的是，圖1的光學識別模組100、圖2A的光學識別模組100A1、圖2B的光學識別模組100A2、圖3的光學識別模組100B以及圖5的光學識別模組100D也可依需求而進一步包括準直器170、四分之一波片180以及至少一抗反射層190的其中至少一者。
請參照圖9，第九實施例的光學識別模組100H與圖8的光學識別模組100G的主要差異在於光學識別模組100H進一步包括光源LS。光源LS設置在感測器120旁，且光源適於提供用於生物特徵識別的光束。在設置有光源LS與帶通濾波器160的架構下，帶通濾波器160的穿透頻譜對應於光源LS所發出光束的頻譜。舉例來說，光源LS為紅外光光源，且帶通濾波器160為紅外截止濾波器，但不以此為限。
應說明的是，前述各實施例的光學識別模組也可依需求而進一步包括光源LS。
綜上所述，在本發明的光學識別模組中，利用第一偏光片以及第二偏光片將在未經待測物作用的情況下朝感測器傳遞的光束的光強度降低，以提升訊噪比。因此，本發明的光學識別模組可具有良好的識別準確度。在一實施例中，還可進一步設置帶通濾波器及/或準直器來改善光學干擾。在另一實施例中，還可進一步設置四分之一波片及/或至少一抗反射層來降低介面反射。在又一實施例中，還可進一步設置光源。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、100A1、100A2、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H‧‧‧光學識別模組
110‧‧‧蓋板
120‧‧‧感測器
130‧‧‧顯示面板
140、140A‧‧‧第一偏光片
142‧‧‧第一線偏振片
144‧‧‧第一四分之一波片
150、150A‧‧‧第二偏光片
152‧‧‧第二線偏振片
154‧‧‧第二四分之一波片
160‧‧‧帶通濾波器
170‧‧‧準直器
180‧‧‧四分之一波片
190‧‧‧抗反射層
B‧‧‧可見光
BO、BR、BR2、BR3、B1、B2、B3‧‧‧光束
LS‧‧‧光源
OBJ‧‧‧待測物
P1‧‧‧第一偏振方向
P2‧‧‧第二偏振方向
圖1至圖9分別是依照本發明的第一至第九實施例的光學識別模組的剖面示意圖。

Claims (11)

  1. 一種光學識別模組，包括： 一蓋板； 一感測器； 一顯示面板，設置在該蓋板與該感測器之間； 一第一偏光片，設置在該蓋板與該顯示面板之間，其中該第一偏光片為圓偏振片或線偏振片；以及 一第二偏光片，設置在該顯示面板與該感測器之間，其中該第二偏光片為圓偏振片或線偏振片。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學識別模組，其中該顯示面板為有機發光顯示面板或微型發光二極體顯示面板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學識別模組，其中該第一偏光片以及該第二偏光片同為右旋偏振片或同為左旋偏振片。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光學識別模組，其中該第一偏光片包括一第一線偏振片以及一第一四分之一波片，該第一四分之一波片設置在該第一線偏振片與該顯示面板之間，該第二偏光片包括一第二線偏振片以及一第二四分之一波片，且該第二四分之一波片設置在該第二線偏振片與該顯示面板之間，或者該第二線偏振片設置在該第二四分之一波片與該顯示面板之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學識別模組，其中該第一偏光片以及該第二偏光片同為線偏振片，且該第一偏光片的穿透軸與該第二偏光片的穿透軸之間的夾角落在0度至45度的範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學識別模組，更包括： 一帶通濾波器，適於過濾紅外光，且該帶通濾波器設置在該感測器上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學識別模組，更包括： 一帶通濾波器，適於過濾部分可見光，且該帶通濾波器設置在該顯示面板與該感測器之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光學識別模組，更包括： 一準直器，設置在該顯示面板與該感測器之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的光學識別模組，更包括： 一四分之一波片，設置在該第二偏光片與該準直器之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的光學識別模組，更包括： 至少一抗反射層，設置在該顯示面板、該第一偏光片、該第二偏光片、該準直器以及該四分之一波片的其中至少一個的至少一表面上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的光學識別模組，更包括： 一光源，設置在該感測器旁。
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