TWM568428U - 指紋辨識模組 - Google Patents

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TWM568428U TW107205311U TW107205311U TWM568428U TW M568428 U TWM568428 U TW M568428U TW 107205311 U TW107205311 U TW 107205311U TW 107205311 U TW107205311 U TW 107205311U TW M568428 U TWM568428 U TW M568428U
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巫仁杰
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Abstract

一種指紋辨識模組，包括影像擷取元件、導光元件、至少一光源、準直元件以及反射元件。導光元件位於影像擷取元件上。至少一光源設置於導光元件旁，且用以發出光束。準直元件位於導光元件與影像擷取元件之間，其中準直元件具有多個光通道。反射元件位於導光元件與準直元件之間，其中反射元件具有多個透光部，準直元件的每一光通道與反射元件的至少一透光部重疊。光束依序被指紋漫射、穿過導光元件、穿過反射元件的至少一透光部且穿過準直元件的每一光通道，以傳遞至影像擷取元件。

Description

指紋辨識模組
本新型創作是有關於一種光學模組，且特別是有關於一種指紋辨識模組。
近年來，指紋辨識技術廣泛地應用在各種電子產品上，例如是應用在平板電腦（tablet computer）與智慧型手機（smart phone）等電子裝置，以保護使用者的隱私及提升使用上的安全性。在目前的指紋辨識模組中，被指紋漫射的光束在到達影像擷取元件前，還需通過多個膜層，例如需通過微結構層與準直元件，以使光束能夠正向入射至影像擷取元件，進而取得清晰的指紋資訊。然而，多個膜層的設置卻造成指紋辨識模組的組裝不易。
為改善上述之指紋辨識模組之組裝不易的問題，中華民國專利申請第107202731號中提到，透過交替堆疊的多個遮光層及多個透光層可構成準直元件的多個光通道，每一個光通道對應影像擷取元件的一個像素區且在一斜向方向上延伸。利用在斜向方向上延伸的光通道，被指紋各處漫射的各光束能夠進入正確的像素區，而不易發生串音（cross-talk）現象。上述具有斜向光通道的準直元件可取代前述的指紋辨識模組之微結構層與準直元件的組合，而可以不需設置微結構層，因而降低了指紋辨識模組的組裝複雜。
然而，在上述的指紋辨識模組中，仍存在進入影像擷取元件的光束分佈不均之問題，亦即，照射至指紋各處的光束強度會隨著與指紋各處與光源的距離越遠逐漸變弱，使得影像擷取元件感測到的光束不均，指紋的取像品質降低。
本新型創作提供一種指紋辨識模組，取像品質佳。
本新型創作的指紋辨識模組用以感測手指的指紋。指紋辨識模組包括影像擷取元件、導光元件、至少一光源、準直元件以及反射元件。導光元件位於影像擷取元件上。至少一光源射至於導光元件旁，且用以發出光束。準直元件位於導光元件與影像擷取元件之間，其中準直元件具有多個光通道。反射元件位於導光元件與準直元件之間，其中反射元件具有多個透光部，準直元件的每一光通道與反射元件的至少一透光部重疊。光束依序被手指漫射、穿過導光元件、穿過反射元件的至少一透光部且穿過準直元件的每一光通道，以傳遞至影像擷取元件。
在本新型創作的一實施例中，上述的準直元件還具有設置於相鄰兩光通道之間的光阻擋部，反射元件具有至少一反射部，而反射元件的至少一反射部設置於準直元件的光阻擋部上。
在本新型創作的一實施例中，上述的反射元件的透光部為反射層的多個孔洞，而反射層的孔洞分別與準直元件的多個光通道重疊。
在本新型創作的一實施例中，上述的反射元件為反射式繞射元件。
在本新型創作的一實施例中，上述的準直元件的光通道在方向上排列，每一光通道在方向上具有寬度W1，反射式繞射元件的每一透光部在方向上具有寬度W3，而W3≤ W1。
在本新型創作的一實施例中，上述的反射式繞射元件的每一透光部在方向上具有寬度W，光束的波長為λ，而（0.01）λ≤W ≤（100）λ。
在本新型創作的一實施例中，上述的反射式繞射元件包括透光膜以及反射圖案層，設置於透光膜上。
在本新型創作的一實施例中，上述的指紋辨識模組包括第一黏著層，設置於導光板與反射元件之間。
在本新型創作的一實施例中，上述的指紋辨識模組包括第二黏著層，設置於準直元件與影像擷取元件之間。
在本新型創作的一實施例中，上述的導光元件具有上表面、相對於上表面的下表面以及連接於上表面與下表面之間的側面，每一光通道在斜向方向上延伸，斜向方向與導光元件之上表面的法線方向具有夾角θ，而0 o＜ θ ＜ 90。
在本新型創作的一實施例中，上述的蓋板設置於導光元件上，其中蓋板具有供手指按壓的按壓面。
基於上述，本新型創作的一實施例之指紋辨識模組包括設置於準直元件之光阻擋部上的反射元件的反射部上，利用反射元件之反射部的反射作用，光束得以均勻地分佈於導光元件中，進而均勻地照射指紋各處。藉此，指紋各處能漫射其強度較為一致的光束，進而使影像擷取元件接收到的感測光束具有清晰的指紋資訊，提升指紋的取像品質。
為讓本新型創作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。
現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於圖式中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。
圖1為本新型創作一實施例之指紋辨識模組的剖面示意圖。圖2為圖1之指紋辨識模組的反射元件與準直元件的上視示意圖。請參照圖1，指紋辨識模組100A用以感測手指(掌)的指(掌)紋F，指紋辨識模組100A包括影像擷取元件110、導光元件120、至少一光源130、準直元件140以及反射元件150。導光元件120位於影像擷取元件110上。至少一光源130設置於導光元件120旁，且用以發出光束L。在本實施例中，影像擷取元件110可以是一種光電傳感器，例如：感光耦合元件（Charge-coupled Device；CCD）或是互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；CMOS）感測器，但本新型創作不以此為限。導光元件120可以是玻璃基板或塑膠基板或其組合，但本新型創作不以此為限。至少一光源130例如是發光二極體(Light-emitting diode；LED)，但本新型創作不以此為限。至少一光源130所發出的光束L可為可見光束、紅外光束或其組合，但本新型創作不以此為限。
準直元件140位於導光元件120與影像擷取元件110之間，其中準直元件140具有多個光通道142以及具有設置於相鄰兩光通道142之間的光阻擋部144。在本實施例中，舉例而言，準直元件140的每一光通道142與光阻擋部144可以分別是，多個透光層（未繪示）與遮光層（未繪示）沿著斜向方向d以非對齊方式堆疊而成，其中多個透光層、多遮光層及其可行的堆疊方式，請參照中華民國專利申請第107202731號所述。導光元件120具有上表面120a、相對於上表面120a的下表面120b以及連接於上表面120a與下表面120b之間的側面120c，每一光通道142在斜向方向d上延伸，斜向方向d與導光元件120之上表面120a的法線方向N具有夾角θ，而0 o＜ θ ＜ 90 o。舉例而言，在本實施例中，較佳地是，30 o＜ θ ＜85 o。具體而言，在本實施例中，θ可等於42 o，但本新型創作不以此為限。
反射元件150位於導光元件120的下表面120b與準直元件140之間，其中反射元件具有多個透光部152以及至少一反射部154。準直元件140的每一光通道142與反射元件150的至少一透光部152重疊，而反射元件150的至少一反射部154設置於準直元件140的光阻擋部144上。光源130發出的光束L傳遞至手指的指紋F後，光束L依序被手指的指紋F漫射、穿過導光元件120、穿過反射元件150的透光部152且穿過準直元件140的光通道142，以傳遞至影像擷取元件110。在本實施例中，反射元件150的透光部152可為反射層150r的多個孔洞152h，而反射層150r的孔洞152h分別與準直元件140的多個光通道142重疊。
請參考圖1及圖2，準直元件140的多個光通道142排列於影像擷取元件110上，而每一光通道142分別對應於影像擷取元件110的每一畫素區(未繪示)。光阻擋部144分佈於多個光通道142之間，反射元件150的反射部154設置於光阻擋部144上。每一光通道142在方向X（標示於圖2）上具有寬度W1，其中方向X垂直於導光元件120之上表面120a的法線方向N。反射元件150（反射層150r）的每一透光部152（孔洞152h）在方向X上具有一寬度W2。在本實施例中，W1= W2，但本新型創造不以此為限，在其他實施例中，也可以是W1＜W2或是W1＞W2。
值得一提的是，透過設置位於光阻擋部144之上的至少一反射部154，可以將光源130所發出的光束L有效地引導至導光元件120的各個位置，因而光束L可以均勻地分佈在導光元件120中，不容易出現導光元件120靠近光源130的區域的光強度較強，而遠離光源130的區域的光強度較弱之情形。藉此，由導光元件120之上表面120a出射的光束L能均勻地照射手指的指紋F，影像擷取元件110的取像品質得以提昇。另外，透過本新型創作的斜向設計的準直元件140以及反射元件150的配置，指紋辨識模組100A不需像先前技術所述的指紋辨識模組般設置多個膜層以導正光束行進方向，因此指紋辨識模組100A還具有易組裝的優點。
在本實施例中，指紋辨識模組100A還可包括第一黏著層AD1以及第二黏著層AD2，其中第一黏著層AD1設置於導光元件120與反射元件150之間，第二黏著層AD2設置於準直元件140與影像擷取元件110之間。在本實施例中，導光元件120透過第一黏著層AD1與反射元件150接合，且準直元件140透過第二黏著層AD2與影像擷取元件110接合，第一黏著層AD1與第二黏著層AD2的材料例如是具有高透光率的光學膠（Optical Clear Adhesive；OCA），但本新型創造不以此為限。在其他實施例中，第一黏著層AD1與第二黏著層AD2的材料是其它適當材料，及/或第一黏著層AD1與第二黏著層AD2的材料也可以不相同。
在本實施例中，指紋辨識模組100A更可包括蓋板160，設置於導光元件120的上表面120a上，其中蓋板160具有供手指按壓的一按壓面162。在本實施例中，手指的指紋F置放於蓋板的160的按壓面162上，光源130發出光束L，依序經過反射元件150的反射、穿過導光元件120、穿過蓋板160的按壓面162抵達手指的指紋F的所在位置。
圖3為本新型創作另一實施例之指紋辨識模組的剖面示意圖。圖4為圖3之指紋辨識模組的反射元件與準直元件的上視示意圖。參照圖3，指紋辨識模組100B與前述的指紋辨識模組100A類似，兩者相同或相似處，請參照前述說明，於此便不再重述。指紋辨識模組100B與指紋辨識模組100A的主要差異在於：指紋辨識模組100B中的反射元件150為反射式繞射元件150d。反射式繞射元件150d可包括透光膜150d1以及設置於透光膜150d1上的反射圖案層150d2。在本實施例中，透光膜150d1可以設置於反射圖案層150d2與準直元件140之間，但本新型創作不以此為限。在其他實施例中，透光膜150d1也可以設置於導光元件120與反射圖案層150d2之間。
在本實施例中，準直元件140的光通道142在方向X上排列，每一光通道在方向X上具有寬度W1，反射式繞射元件150d的每一透光部152在方向X上具有寬度W3，而W3≤ W1。舉例而言，光束L的波長為λ，而（0.01）λ≤W3 ≤（100）λ；亦即，反射式繞射元件150d的透光部152的尺寸與光束L的波長是可相比的（comparable），而光束L經過反射式繞射元件150d的透光部152時會產生繞射。
請參見圖3及圖4，在本實施例中，反射式繞射元件150d的多個透光部152可以是多個微孔u，其中透光部152具有的寬度W3，寬度W3即微孔u的直徑。微孔u重疊於於準直元件140的光通道142以及準直元件140的光阻擋部144，但本新型創作不以此為限。在其他實施例中，反射式繞射元件150d的透光部152，也可以是寬度W3與光束L的波長λ接近的狹縫結構，其中狹縫結構不限定只具有單一寬度W3，多個狹縫結構的設置方向也不限制為互相平行；多個狹縫結構可以具有不同寬度，多個狹縫結構可互相平行或交錯設置。
在本實施例中，光束L在反射式繞射元件150d的表面產生繞射現象，並以反射式繞射的方式傳遞至手指的指紋F。指紋辨識裝置100B具有與前述之指紋辨識裝置100A類似的功效及優點，於此便不再重述。
圖5為本新型創作又一實施例之指紋辨識模組的反射元件與準直元件的上視示意圖。請參照圖4及圖5，圖5的反射式繞射元件150d’與圖4的反射式繞射元件150d的差異在於：圖5的反射式繞射元件150d’的反射部154為多個反射微點u’，而圖5的反射式繞射元件150d’的透光部152’為多個反射微點u’之間的透光區域。圖5的反射式繞射元件150d’具有與圖4的反射式繞射元件150d相同或相似的功能，圖5的反射式繞射元件150d’可用以取代圖3之反射式繞射元件150d，以此方式構成的指紋辨識模組也在本新型創作所欲保護的範疇內。
綜上所述，本新型創作一實施例的指紋辨識模組具有斜向設計的準直元件以及位於準直元件的上方反射元件，其中準直元件具有多個斜向的光通道，而反射元件的反射部設置於每一相鄰的光通道之間。藉此，光束可以均勻地經由反射元件反射，使得影像擷取元件的取像品質提升。另外，因不具有特殊設計的膜層結構，本新型創作的指紋辨識模組相較於先前技術，也易於組裝，降低組裝的複雜性。
雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100A、100B‧‧‧影像辨識模組
110‧‧‧影像擷取元件
120‧‧‧導光元件
120a‧‧‧上表面
120b‧‧‧下表面
120c‧‧‧側面
130‧‧‧光源
140‧‧‧準直元件
142‧‧‧光通道
144‧‧‧光阻擋部
150‧‧‧反射元件
150d、150d’‧‧‧反射式繞射元件
150d1‧‧‧透光膜
150d2‧‧‧反射圖案層
150r‧‧‧反射層
152、152’‧‧‧透光部
152h‧‧‧孔洞
154‧‧‧反射部
160‧‧‧蓋板
162‧‧‧按壓面
AD1‧‧‧第一黏著層
AD2‧‧‧第二黏著層
d‧‧‧斜向方向
L‧‧‧光束
N‧‧‧法線方向
u‧‧‧微孔
u’‧‧‧反射微點
X‧‧‧方向
θ‧‧‧夾角
W1~W3‧‧‧寬度
圖1為本新型創作一實施例之指紋辨識模組的剖面示意圖。 圖2為圖1之指紋辨識模組的反射元件與準直元件的上視示意圖。 圖3為本新型創作另一實施例之指紋辨識模組的剖面示意圖。 圖4為圖3之指紋辨識模組的反射元件與準直元件的上視示意圖。 圖5為本新型創作再一實施例之指紋辨識模組的的反射元件與準直元件的上視示意圖。

Claims (11)

  1. 一種指紋辨識模組，用以感測一手指的一指紋，該指紋辨識模組包括： 一影像擷取元件； 一導光元件，位於該影像擷取元件上； 至少一光源，設置於該導光元件旁，且用以發出一光束； 一準直元件，位於該導光元件與該影像擷取元件之間，其中該準直元件具有多個光通道；以及 一反射元件，位於該導光元件與該準直元件之間，其中該反射元件具有多個透光部，該準直元件的每一該光通道與該反射元件的至少一該透光部重疊； 該光束依序被該手指的該指紋漫射、穿過該導光元件、穿過該反射元件的至少一該透光部且穿過該準直元件的每一該光通道，以傳遞至該影像擷取元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識模組，其中該準直元件還具有設置於相鄰兩該光通道之間的一光阻擋部，該反射元件具有至少一反射部，而該反射元件的該至少一反射部設置於該準直元件的該光阻擋部上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識模組，其中該反射元件的該些透光部為一反射層的多個孔洞，而該反射層的該些孔洞分別與該準直元件的多個光通道重疊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識模組，其中該反射元件為一反射式繞射元件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的指紋辨識模組，其中該準直元件的該些光通道在一方向上排列，每一該光通道在該方向上具有一寬度W1，該反射式繞射元件的每一該透光部在該方向上具有一寬度W3，而W3≤ W1。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的指紋辨識模組，其中該反射式繞射元件的每一該透光部在該方向上具有一寬度W3，該光束的該波長為λ，而（0.01）λ ≤W3 ≤（100）λ。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的指紋辨識模組，其中該反射式繞射元件包括： 一透光膜；以及 一反射圖案層，設置於該透光膜上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識模組，更包括： 一第一黏著層，設置於該導光元件與該反射元件之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識模組，更包括： 一第二黏著層，設置於該準直元件與該影像擷取元件之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識模組，其中該導光元件具有一上表面、相對於該上表面的一下表面以及連接於該上表面與該下表面之間的一側面，每一該光通道在一斜向方向上延伸，該斜向方向與該導光元件之該上表面的法線方向具有夾角θ，而0 o＜ θ ＜ 90 o。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識模組，更包括： 一蓋板，設置於該導光元件上，其中該蓋板具有供該手指按壓的一按壓面。
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