TWM568429U - 電子裝置及其取像模組 - Google Patents

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Abstract

一種電子裝置及其取像模組。取像模組包括一透光、一影像擷取元件以及一導光元件。透光元件具有一與環境介質接觸的表面，且影像擷取元件具有一感測畫素陣列。導光元件設置在透光元件以及影像擷取元件之間，並包括多個光纖，且每一光纖具有一核心部以及一環繞核心部的外殼部，外殼部包括多個摻雜於外殼部內的吸光顆粒，且每一光纖的數值孔徑小於或等於0.7。在透光元件內傳遞的一光束通過透光元件的表面的反射，而形成一投向多個光纖的信號光束。且信號光束通過多個光纖的傳遞而分別形成多個投向所述感測畫素陣列的子信號光束。

Description

電子裝置及其取像模組
本創作涉及一種電子裝置及其光電模組，特別是涉及一種電子裝置及其取像模組。
現有的光學式生物辨識系統可應用於偵測以及辨識臉部、聲音、虹膜、視網膜或是指紋。以光學式指紋辨識系統為例，在光學式指紋辨識系統中的影像擷取裝置通常包括基板、發光件、透光件、導光件以及影像感測器，其中發光件以及影像感測器是設置在基板上，導光件設置在發光件以及影像感測器上，且透光件設置在導光件上。
發光件所產生的光束通過導光件而被傳遞至透光件，並於透光件與環境介質的交界面產生全反射之後再投射到影像感測器被接收。由於手指具有多條不規則的凸紋與凹紋，當使用者將手指放置在透光件上時，凸紋會接觸透光件，但凹紋不會接觸透光件。因此，接觸透光件的凸紋會破壞光束在透光件內的全反射，而未接觸透光件的凹紋則不會影響光束的全反射，從而使影像感測器擷取到的指紋圖案具有對應凸紋的暗紋以及對應凹紋的亮紋。隨後，通過影像處理裝置來處理影像感測器所擷取的指紋圖案，可進一步判定使用者的身分。
然而，由透光件所反射的光束通過導光件投射到影像感測器時，容易產生串擾(crosstalk)，從而降低指紋圖案的暗紋區域與亮紋區域的對比度，而影響辨識的精確度。
本創作所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電子裝置及其取像模組，解決信號光束通過導光件投射到影像擷取元件時，產生串擾而降低辨識精準度的問題。
為了解決上述的技術問題，本創作所採用的其中一技術方案是，提供一種取像模組，其包括：一透光元件、一影像擷取元件以及一導光元件。透光元件具有與環境介質接觸的表面，而影像擷取元件具有一感測畫素陣列。導光元件設置於透光元件與影像擷取元件之間。導光元件包括多個光纖，且每一光纖具有一核心部以及一環繞核心部的外殼部，外殼部包括多個摻雜於外殼部內的吸光顆粒，且每一光纖的數值孔徑小於或等於0.7。在透光元件內傳遞的一光束通過表面的反射，而形成一投向多個光纖的信號光束，且信號光束通過多個光纖的傳遞而分別形成多個投向感測畫素陣列的子信號光束。
在本創作的一實施例中，其中，所述核心部的折射係數以及所述外殼部的折射係數滿足下列關係式：0.1≦(n1 2-n2 2)½≦0.7，其中n1為所述核心部的折射係數，n2為所述外殼部的折射係數。
在本創作的一實施例中，每一所述光纖的一入光面的受光角小於60度。
在本創作的一實施例中，所述導光元件還包括一吸光介質，且多個所述光纖彼此分離地設置於所述吸光介質內。
在本創作的一實施例中，每一所述光纖的光軸和所述感測畫素陣列的光軸平行。
在本創作的一實施例中，每一所述光纖的光軸和所述感測畫素陣列的光軸不平行。
在本創作的一實施例中，所述透光元件為一有機發光二極體顯示面板或是一具有觸控層的有機發光二極體顯示面板。
為了解決上述的技術問題，本創作所採用的另外一技術方案是，提供一種取像模組，其包括：一透光元件、一影像擷取元件以及一導光元件。透光元件具有與環境介質接觸的表面，而影像 擷取元件具有一感測畫素陣列。導光元件設置於透光元件與影像擷取元件之間。導光元件包括多個光纖以及一包覆多個光纖的吸光介質，且每一光纖的一入光面的受光角小於45度。在透光元件內傳遞的一光束通過表面的反射，而形成一投向多個光纖的信號光束，且信號光束通過多個光纖的傳遞而分別形成多個投向感測畫素陣列子信號光束。
在本創作的一實施例中，每一所述光纖具有一核心部以及一環繞所述核心部的外殼部，所述核心部的折射係數與所述外殼部的折射係數滿足下列關係式：0.1≦(n1 2-n2 2)½≦0.7，其中n1為所述核心部的折射係數，n2為所述外殼部的折射係數。
在本創作的一實施例中，每一所述光纖的光軸和所述感測畫素陣列的光軸平行。
在本創作的一實施例中，每一所述光纖的光軸和所述感測畫素陣列的光軸不平行。
在本創作的一實施例中，所述透光元件為一有機發光二極體顯示面板或是一具有觸控層的有機發光二極體顯示面板。
在本創作的一實施例中，每一所述光纖具有一核心部以及一環繞所述核心部的外殼部，所述外殼部包括一基材以及多個摻雜於所述基材內的吸光顆粒，所述核心部的折射係數以及所述外殼部的折射係數滿足下列關係式：0.1≦(n1 2-n2 2)½≦0.7，其中n1為所述核心部的折射係數，n2為所述外殼部的折射係數。
為了解決上述的技術問題，本創作所採用的另外一技術方案是，提供一種電子裝置，且電子裝置包括如前所述的取像模組。
本創作的其中一有益效果在於，本創作所提供的電子裝置及其取像模組，其能通過“使導光元件的每一光纖的數值孔徑小於或等於0.7”以及”多個摻雜於光纖的外殼部內的吸光顆粒”或者”包覆於多個光纖的吸光介質”，可避免由透光元件表面的不同表面區域所反射的信號光束之間相互串擾，從而提高影像對比度以及辨識精確度。
為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本創作加以限制。
1‧‧‧取像模組
10‧‧‧透光元件
10S‧‧‧表面
11‧‧‧影像擷取元件
110‧‧‧感測畫素陣列
1100‧‧‧感測畫素
12‧‧‧導光元件
120‧‧‧光纖
121‧‧‧核心部
122、122’‧‧‧外殼部
123‧‧‧吸光介質
θ‧‧‧入射角度
L‧‧‧光束
L’‧‧‧信號光束
L1‧‧‧子信號光束
Z‧‧‧光軸
Ls‧‧‧雜散光束
F‧‧‧物體
X1~X3、Y1~Y3‧‧‧曲線
圖1顯示本創作一實施例的取像模組的局部剖面示意圖。
圖2顯示圖1中的取像模組在區域II的局部放大示意圖。
圖3顯示當導光元件的光纖的數值孔徑為0.25時，子信號光束在影像擷取元件上的光照度分布圖。
圖4顯示當導光元件的光纖的數值孔徑為0.5時，子信號光束在影像擷取元件上的光照度分布圖。
圖5顯示當導光元件的光纖的數值孔徑為1時，子信號光束在影像擷取元件上的光照度分布圖。
圖6顯示本創作另一實施例的取像模組的局部剖面示意圖。
圖7顯示本創作再一實施例的取像模組的局部剖面示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本創作所公開有關“電子裝置及其取像模組”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的構思下進行各種修改與變更。另外，本創作的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的保護範圍。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參照圖1，圖1顯示本創作一實施例的取像模組的局部剖面 示意圖。本創作其中一實施例提供一種取像模組1。取像模組1可應用在一電子裝置內，用以擷取一物體F的影像，以進行辨識。前述的電子裝置可以是生物辨識裝置，例如：指紋辨識裝置、掌紋辨識裝置、眼球追跡裝置等等。
取像模組1位於一環境介質中來使用，其中，環境介質例如是空氣、水或者是其他種類的環境介質。前述的物體F例如是使用者的手指、手掌、手腕或者是眼球，而取像模組1所擷取的影像例如是指紋、掌紋、靜脈、瞳孔或者是虹膜等影像，但本創作不以此為限。
如圖1所示，本創作其中一實施例的取像模組1包括透光元件10、影像擷取元件11以及導光元件12，其中，導光元件12是設置在透光元件10以及影像擷取元件11之間。
具體而言，透光元件10具有一和環境介質接觸的表面10S。當取像模組1應用於光學式指紋辨識系統中，用以擷取指紋及/或靜脈影像時，透光元件10的表面10S可供手指接觸或按壓，以進行偵測及辨識。
另外，在透光元件10內傳遞的一光束L通過表面10S的反射，而形成一投向導光元件12的信號光束L’。前述的光束L可以由一發光件(圖未示)，如：發光二極體或其他適合的發光元件產生或者是入射到透光元件10內的環境光。當光束L投射至表面10S的角度大於透光元件10的全反射臨界角時，光束L會被表面10S全反射，而投射到導光元件12。光束L可以是可見光、紅外光或者是其他單色光，本創作並不限制。
透光元件10的材料可選自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethymethacrylate,PMMA)或是聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)或其他適當的材料。另外，透光元件10可通過選用適合的光學膠(未圖示)或者是其他固定手段設置在導光元件12上。在本創作一實施例中，透光元件10可以是一個有機發光二極體(OLED)顯示面板或者是具有觸控層的有機發光二極體(OLED)顯示面板，其結構 可以參閱申請人在美國所提交的62/533,632號，專利名稱為生物感測裝置的內文相關部分。應當理解的是，具有觸控層的有機發光二極體(OLED)顯示面板的外表面具有保護層，此外，本創作並不侷限該顯示面板是剛性或者是柔性的面板，在此一併敘明。
影像擷取元件11具有一面向透光元件10設置的感測畫素陣列110，以接收由導光元件12出射的光束。影像擷取元件11例如是電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或是互補式金屬氧化物半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)。然而，在其他實施例中，影像擷取元件11也可以使用其他影像感測器。
請參照圖1，在本實施例中，設置在透光元件10以及影像擷取元件11之間的導光元件12包括多個光纖120。當光束L被透光元件11的表面10S的多個表面區域反射之後，形成投向多個光纖120的信號光束L’，並通過多個光纖120的傳遞而分別形成多個子信號光束L1。
具體而言，當物體F(如：手指)接觸透光元件10的表面10S時，手指的凸紋接觸到表面10S，會使一部分投射到表面10S的光束L無法產生全反射，從而使影像擷取元件11取得對應手指凸紋的暗紋。另一方面，手指的凹紋並未接觸到透光元件10的表面10S，而使另一部分光束L仍可被全反射而形成一信號光束L’。信號光束L’朝向導光元件12投射，並通過導光元件12的多個光纖120的傳遞而分別形成多個子信號光束L1。
多個子信號光束L1在光纖120內被多次全反射之後，投射到影像擷取元件11的感測畫素陣列110。後續再通過一影像處理元件，對影像擷取元件11所接收到的多個子信號光束L1進行影像處理，可以得到物體F的指紋影像。
在本實施例中，每一個光纖120的光軸Z會大致平行於感測畫素陣列110的光軸。也就是說，每一個光纖120是由透光元件10的內側表面延伸到影像擷取元件11的感測畫素陣列110。
另外，每一個光纖120具有一核心部121以及一環繞核心部的外殼部122。需先說明的是，被表面10S的不同表面區域所反射的信號光束L’有可能會相互串擾，而降低影像擷取元件11所擷取到的物體影像的對比度。因此，在本實施例中，使每一條光纖120的數值孔徑小於0.7，以減小每一光纖120在入光面的受光角。
具體而言，當信號光束L’由光纖120的入光面入射時，信號光束L’和光纖120的光軸Z之間的入射夾角θ必需小於或等於受光角，信號光束L’才能在光纖120內通過多次全反射而被傳遞至光纖120的出光面，並投射到影像擷取元件11。據此，縮減光纖120的受光角，可減少被表面10S的不同區域所反射的信號光束L’之間相互串擾。
進一步而言，光纖120的數值孔徑和受光角有關，而受光角又與核心部121的折射係數以及外殼部122的折射係數有關。
在一實施例中，每一個光纖120的受光角、透光元件10的折射係數、核心部121的折射係數以及外殼部122的折射係數滿足下列關係式：nsin(θmax)=(n1 2-n2 2)½，其中n為透光元件10的折射係數，n1為核心部121的折射係數，而n2為外殼部122的折射係數，θmax為光纖120在入光面的受光角。
另外，光纖120的數值孔徑和光纖120在入光面的受光角滿足下列關係式：NA=nsin(θmax)，其中NA為光纖120的數值孔徑。因此，光纖120的數值孔徑NA越小，代表光纖120的受光角越小。
在一實施例中，每一個光纖120的數值孔徑與核心部121的折射係數以及外殼部122的折射係數滿足下列關係式：NA=(n1 2-n2 2)½，其中NA為光纖120的數值孔徑，n1為核心部121的折射係數，n2為外殼部122的折射係數。
須先說明的是，對於現有應用於信號傳輸的光纖而言，會通過調整核心部121以的折射係數與外殼部122的折射係數，以使光纖120具有較大的數值孔徑NA。如此，可增加進入光纖120的 光功率。然而，在本創作實施例中，光纖120的數值孔徑越大，也代表受光角越大。如此，反而較容易使表面10S在不同表面區域所反射的信號光束L’都進入同一個光纖120中。也就是說，其中一個光纖120所接收到的信號光束L’除了包含被對應該光纖120的表面區域所反射的光束之外，也會包含被非對應於該光纖120的表面區域所反射的光束。如此，會使影像擷取元件11所擷取的物體影像的對比度或解析度降低，從而影響辨識精確度。
因此，不同於現有應用於信號傳輸的光纖，在本實施例中，反而是使光纖120的數值孔徑縮小，以縮減子信號光束L1在光纖120的入光面的受光角。
請參照圖2，其顯示圖1中的取像模組在區域II的局部放大示意圖。如圖2所示，通過控制光纖120的受光角，只有被對應於光纖120的特定表面區域所反射的信號光束L’的入射角度θ會小於受光角，從而可通過光纖120被傳遞至影像擷取元件11。
另外，其他被非對應於光纖120的表面區域所反射的光束Ls(以下稱為雜散光束)會以大於受光角的入射角度進入光纖120後，會由核心部121進入外殼部122，而穿透到光纖120之外。然而，這些穿透到光纖120之外的雜散光束Ls也有可能進入另一個光纖120內，而被影像擷取元件11接收。
據此，在本實施例中，導光元件12還包括一吸光介質123，多個光纖120彼此分離地設置於吸光介質123內。在本實施例中，吸光介質123包覆多個光纖120，並使這些光纖120彼此隔離。如此，穿透到光纖120之外的光束Ls會被吸光介質123所吸收，而不會再進入其他光纖120內。因此，設置包覆每一條光纖120的吸光介質123，有利於進一步提高成像品質。
須說明的是，雖然光纖120的數值孔徑縮小，可通過光纖120傳遞至影像擷取元件11的子信號光束L1的光強度較低，但是卻可減少被表面10S的不同區域所反射的信號光束L’相互串擾的情況，從而提高物體影像的對比度或解析度。
在本實施例中，每一個光纖120的數值孔徑是小於或者等於0.7，或者使每一個光纖120在入光面的受光角小於60度，也可達到相同效果。進一步而言，核心部121的折射係數n1與外殼部122的折射係數n2滿足下列關係式：0.1≦(n1 2-n2 2)½≦0.7。在另一實施例中，也可進一步使每一個光纖120在入光面的受光角小於45度。
因此，在本創作實施例中，通過控制光纖120的數值孔徑，以及在導光元件12中設置包覆光纖120的吸光介質123，可以有效減少由不同表面區域所反射的信號光束L’之間的串擾。
接著，請先參照圖3至圖5，分別顯示在通過數值孔徑為0.25、0.5以及1的三種光纖傳遞之後，子信號光束的光照度分布圖。圖3至圖5中的曲線X1、X2以及X3代表子信號光束L1投射到感測畫素陣列110之後，在X軸的光照度分布。相似地，圖3至圖5中的曲線Y1、Y2以及Y3代表子信號光束L1投射到感測畫素陣列110之後，在Y軸的光照度分布。
如圖3至圖5所示，曲線X1、X2以及X3的半高寬以及曲線Y1、Y2以及Y3的半高寬，都隨著光纖120的數值孔徑越小而減少。可進一步證明，光纖120的數值孔徑小於1時，確實可減少信號光束L’之間的串擾。
請參照圖6，圖6顯示本創作另一實施例的取像模組的局部剖面示意圖。本實施例和前一實施例相同的元件具有相同的標號，且相同的部分不再贅述。在本實施例中，光纖120的外殼部122’包括多個摻雜於外殼部122’內的吸光顆粒。
要說明的是，核心部121的折射係數以及外殼部122’的折射係數仍滿足下列關係式：0.1≦(n1 2-n2 2)½≦0.7，其中，所述外殼部122’包括一基材以及多個摻雜於所述基材內的吸光顆粒，n1為核心部121的折射係數，n2為基材的折射係數。也就是說，雖然外殼部122’具有多個吸光顆粒，但是通過調整核心部121以及外殼部122’的折射係數，仍可使子信號光束L1在光纖120內部被全反 射。
和圖1的實施例相似，本實施例中，外殼部122具有吸光顆粒，可以吸收由核心部121進入外殼部122內的雜散光束Ls，以避免雜散光束Ls進入其他光纖120內。據此，在這個實施例中，包覆光纖120的吸光介質123可被省略。
請參照圖7，顯示本創作又一實施例的取像模組的局部剖面示意圖。在本實施例中，不僅光纖120的外殼部122內具有吸光顆粒，且導光元件12也具有包覆光纖120的吸光介質123，從而可減少信號光束L’之間的串擾，並盡可能避免雜散光束Ls被影像擷取元件11接收，而進一步提高成像品質。
另外，在本實施例中，光纖120的光軸Z和感測畫素陣列110的光軸Z不平行。進一步而言，光纖120是配合信號光束L’的投射方向，而傾斜地設置於影像擷取元件11上。也就是說，光纖120的光軸Z相對於感測畫素陣列110的光軸朝向信號光束L’的投射方向傾斜，可以使來自對應於光纖120的表面區域的大部分的信號光束L’都以小於受光角的入射角度θ進入光纖120內，而可被影像擷取元件11所接收。
也就是說，雖然光纖120的數值孔徑縮小使信號光束L’的入光量減少，但是通過使光纖120傾斜設置，可以使信號光束L’的入光量得到補償。
因此，相較於圖1以及圖6的實施例，在本實施例中，影像擷取元件11可接收到更強的信號光束L’。因此，影像擷取元件11所擷取到的物體影像的亮度較高，而具有較好的成像品質。
綜上所述，本創作的其中一有益效果在於，本創作所提供的電子裝置及其取像模組，其能通過“使導光元件的每一光纖的數值孔徑小於或等於0.7”以及”使光纖的一入光面的受光角小於45度”至少其中一者的技術手段，配合”多個摻雜於光纖的外殼部內的吸光顆粒”或者”包覆於多個光纖的吸光介質”至少其中一者的技術手段，可避免由透光元件表面的不同表面區域所反射的信號 光束之間相互串擾，從而提高影像對比度以及辨識精確度。
另一方面，雖然光纖120的數值孔徑縮小使信號光束L’的入光量減少，但是通過使光纖120傾斜設置，可以使信號光束L’的入光量得到補償。因此，使光纖120的光軸Z配合信號光束L的投射方向傾斜，可使影像擷取元件11接收到更多的信號光束L’，進一步提升成像品質。
以上所公開的內容僅為本創作的優選可行實施例，並非因此侷限本創作的申請專利範圍，所以凡是運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的申請專利範圍內。

Claims (14)

  1. 一種取像模組，其包括：一透光元件，其具有一與環境介質接觸的表面；一影像擷取元件，其具有一感測畫素陣列；以及一導光元件，其設置於所述透光元件與所述影像擷取元件之間，其中，所述導光元件包括多個光纖，且每一所述光纖具有一核心部以及一環繞所述核心部的外殼部，所述外殼部包括多個摻雜於所述外殼部內的吸光顆粒，且每一所述光纖的數值孔徑小於或等於0.7；其中，在所述透光元件內傳遞的一光束通過所述表面的反射，而形成一投向多個所述光纖的信號光束，且所述信號光束通過多個所述光纖的傳遞而分別形成多個投向所述感測畫素陣列的子信號光束。
  2. 如請求項1所述的取像模組，其中，所述核心部的折射係數以及所述外殼部的折射係數滿足下列關係式：0.1≦(n1 2-n2 2)½≦0.7，其中n1為所述核心部的折射係數，n2為所述外殼部的折射係數。
  3. 如請求項1所述的取像模組，其中，每一所述光纖的一入光面的受光角小於60度。
  4. 如請求項1所述的取像模組，其中，所述導光元件還包括一吸光介質，且多個所述光纖彼此分離地設置於所述吸光介質內。
  5. 如請求項1所述的取像模組，其中，每一所述光纖的光軸和所述感測畫素陣列的光軸平行。
  6. 如請求項1所述的取像模組，其中，每一所述光纖的光軸和所述感測畫素陣列的光軸不平行。
  7. 如請求項1所述的取像模組，其中，所述透光元件為一有機發光二極體顯示面板或是一具有觸控層的有機發光二極體顯示面板。
  8. 一種取像模組，其包括：一透光元件，其具有一與環境介質接觸的表面；一影像擷取元件，其具有一感測畫素陣列；以及一導光元件，其設置於所述透光元件與所述影像擷取元件之間，其中，所述導光元件包括多個光纖以及一包覆多個所述光纖的吸光介質，且每一所述光纖的一入光面的受光角小於45度；其中，在所述透光元件內傳遞的一光束通過所述表面的反射，而形成一投向多個所述光纖的信號光束，且所述信號光束通過多個所述光纖的傳遞而分別形成多個投向所述感測畫素陣列的子信號光束。
  9. 如請求項8所述的取像模組，其中，每一所述光纖具有一核心部以及一環繞所述核心部的外殼部，所述核心部的折射係數與所述外殼部的折射係數滿足下列關係式：0.1≦(n1 2-n2 2)½≦0.7，其中n1為所述核心部的折射係數，n2為所述外殼部的折射係數。
  10. 如請求項8所述的取像模組，其中，每一所述光纖的光軸和所述感測畫素陣列的光軸平行。
  11. 如請求項8所述的取像模組，其中，每一所述光纖的光軸和所述感測畫素陣列的光軸不平行。
  12. 如請求項8所述的取像模組，其中，所述透光元件為一有機發光二極體顯示面板或是一具有觸控層的有機發光二極體顯示面板。
  13. 如請求項8所述的取像模組，其中，每一所述光纖具有一核心部以及一環繞所述核心部的外殼部，所述外殼部包括一基材以及多個摻雜於所述基材內的吸光顆粒，所述核心部的折射係數以及所述外殼部的折射係數滿足下列關係式：0.1≦(n1 2-n2 2)½≦0.7，其中n1為所述核心部的折射係數，n2為所述外殼部的折射係數。
  14. 一種電子裝置，其特徵在於，所述電子裝置包括如請求項1至13所述的取像模組其中之一種，以擷取一物體的影像。
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