TWM570473U - 取像模組 - Google Patents

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TWM570473U
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巫仁杰
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金佶科技股份有限公司
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Abstract

一種取像模組包括蓋板、感測器以及光準直器。光準直器設置在蓋板與感測器之間。光準直器包括多個光準直單元。每一個光準直單元包括至少一條光纖以及多個吸光柱。多個吸光柱與所述至少一條光纖平行設置且包圍所述至少一條光纖。光準直器的厚度為T。每一個光準直單元中距離最遠的兩個吸光柱之間的距離為D。所述至少一條光纖的數值孔徑為NA。NA≦0.7，且D≦T×tan[sin -1(NA)]。

Description

取像模組
本新型創作是有關於一種光電模組，且特別是有關於一種取像模組。
生物辨識的種類包括臉部、聲音、虹膜、視網膜、靜脈、掌紋和指紋辨識等。依照感測方式的不同，生物特徵辨識裝置可分為光學式、電容式、超音波式及熱感應式。一般而言，光學式生物特徵辨識裝置包括光源、導光元件以及感測器。光源所發出的光束照射按壓在導光元件上的待辨識物。感測器接收被待辨識物反射的光束，以進行生物特徵的辨識。在感測器取像的過程中，被指紋反射的光束容易散亂地傳遞至感測器，而造成取像品質不佳，影響辨識結果。雖然已有技術針對取像品質進行改善，然而現階段技術的改良仍難以有效改善串擾（crosstalk）問題。
本新型創作提供一種取像模組，其具有良好的辨識能力。
本新型創作的一種取像模組包括蓋板、感測器以及光準直器。光準直器設置在蓋板與感測器之間。光準直器包括多個光準直單元。每一個光準直單元包括至少一條光纖以及多個吸光柱。多個吸光柱與所述至少一條光纖平行設置且包圍所述至少一條光纖。光準直器的厚度為T。每一個光準直單元中距離最遠的兩個吸光柱之間的距離為D。所述至少一條光纖的數值孔徑為NA。NA≦0.7，且D≦T×tan[sin-1(NA)]。
在本新型創作的一實施例中，任兩相鄰光準直單元共用至少一個吸光柱。
在本新型創作的一實施例中，任兩相鄰光準直單元未共用任何一個吸光柱。
在本新型創作的一實施例中，所述至少一條光纖的纖殼包括多個光吸收粒子。
在本新型創作的一實施例中，每一個吸光柱為實心的吸光柱體。
在本新型創作的一實施例中，每一個吸光柱包括吸光纖核以及包覆吸光纖核的纖殼。纖殼包括多個光吸收粒子。
在本新型創作的一實施例中，所述至少一條光纖以及多個吸光柱的延伸方向分別垂直或傾斜於蓋板。
在本新型創作的一實施例中，取像模組還包括光源。光源設置在感測器旁。
在本新型創作的一實施例中，取像模組還包括帶通濾波器。帶通濾波器設置在光準直器與感測器之間。
在本新型創作的一實施例中，取像模組還包括顯示面板以及帶通濾波器。顯示面板設置在蓋板與光準直器之間。帶通濾波器設置在光準直器與感測器之間。
基於上述，在本新型創作實施例的取像模組中，藉由包圍光纖的多個吸光柱把纖殼的漏光吸收，進而有效改善串擾問題，使取像模組具有良好的辨識能力。
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。
有關本新型創作之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
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。
以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本新型創作。並且，在以下任一實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號，且將省略其贅述。
以下實施例所列舉的取像模組適於擷取待測物的生物特徵。待測物可為手指、手掌、手腕或眼球。對應地，生物特徵可為指紋、掌紋、靜脈、瞳孔或虹膜，但不以此為限。
圖1A是依照本新型創作的一實施例的取像模組的剖面示意圖。圖1B是圖1A中光準直器的一種局部上視示意圖。請參照圖1A及圖1B，取像模組100包括蓋板110、感測器120以及光準直器130。
蓋板110適於保護位於其下的元件(如感測器120以及光準直器130)。舉例來說，蓋板110可以是玻璃蓋板或塑膠蓋板，但不以此為限。
感測器120適於接收被待測物(未繪示)反射的光束(即帶有生物特徵資訊的光束，未繪示)。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。
光準直器130設置在蓋板110與感測器120之間，且光準直器130可透過黏著層(未繪示)或固定機構(未繪示)而與相鄰的元件(例如蓋板110以及感測器120)固定在一起。黏著層可以是光學膠粘劑(Optical Clear Adhesive, OCA)，但不以此為限。
光準直器130包括多個光準直單元U(圖1B僅示意性標示出三個相鄰的光準直單元U)。每一個光準直單元U包括至少一條光纖132以及多個吸光柱134。多個吸光柱134與所述至少一條光纖132平行設置且包圍所述至少一條光纖132。
在本實施例中，如圖1B所示，每一個光準直單元U包括一條光纖132以及六個吸光柱134。六個吸光柱134沿著光纖132的圓周布置，且相鄰兩個光準直單元U共用至少一個吸光柱134。多個光準直單元U分別沿第一方向D1以及第二方向D2排列，其中第一方向D1與第二方向D2彼此垂直，且第一方向D1與第二方向D2分別垂直於蓋板110的厚度方向DT。在第一方向D1上相鄰的兩個光準直單元U共用一個吸光柱134，且在第二方向D2上相鄰的兩個光準直單元U共用兩個吸光柱134。此外，在每一個光準直單元U中，光纖132以及六個吸光柱134的延伸方向(如方向DE)分別垂直於蓋板110。換句話說，光纖132以及六個吸光柱134分別沿蓋板110的厚度方向DT延伸。然而，每一個光準直單元U中的光纖132以及吸光柱134各自的數量、相鄰兩個光準直單元U所共用的吸光柱134的數量、多個光準直單元U的排列方式以及光纖132與多個吸光柱134的延伸方向可依需求改變，而不以上述為限。
詳細而言，光纖132適於將被待測物反射的光束傳遞至感測器120。光纖132包括纖核1321以及包覆纖核1321的纖殼1322，其中纖核1321的折射率為n 1，纖殼1322的折射率為n 2，且n 1＞n 2，以滿足全內反射(Total Internal Reflection, TIR)條件。光纖132的數值孔徑為NA，且 。入射光準直器130的光束B在光纖132的入光面SI的最大入射角(也就是光述B與入光面SI的法向量所夾的最大角度)與光纖132的數值孔徑呈正相關。也就是說，光纖132的數值孔徑越小，光纖132的最大入射角越小。光束B在入光面SI的入射角θ須小於最大入射角，以使光束進入光纖132後藉由全內反射傳遞至感測器120。換句話說，光纖132的數值孔徑越小，越能有效地將傳遞至感測器120的光束準直化，進而有效改善串擾問題。在本新型創作中，NA≦0.7。
吸光柱134適於將雜散光吸收，避免雜散光被感測器120接收而造成串擾。詳細而言，光束在入光面SI的入射角θ若大於最大入射角，則光束進入光纖132後在纖核1321與纖殼1322的介面容易因為折射而自纖核1321漏出，形成漏光。在未設置吸光柱134的情況下，此漏光可能經由相鄰的光纖傳遞至感測器120，而造成串擾。然而，藉由多個吸光柱134包圍光纖132，自纖核1321漏出的光束會被吸光柱134吸收而無法傳遞至感測器120。因此，多個吸光柱134的設置可有效改善串擾問題。如圖1B所示，每一個吸光柱134可為實心的吸光柱體，但不以此為限。
在光準直器130的每一個光準直單元U中，光纖132與多個吸光柱134之間存在間隙G。間隙G中可為空氣。或者，間隙G中可填充有透光介質或非透光介質(如吸光介質)。舉例來說，間隙G中可填充有透明或有色(如深色)的黏合劑。若間隙G中填充有透光介質(未繪示)，則透光介質的折射率較佳大於纖殼1322的折射率。如此，大角度漏光不會在透光介質與纖殼1322的介面因發生全內反射而回到光纖132中。相反地，大角度漏光從纖殼1322漏出且進入間隙G後可接著被吸光柱134吸收。
光準直器130改善串擾的能力會與光準直器130的厚度T以及每一個光準直單元U中距離最遠的兩個吸光柱134之間的距離D相關。詳細而言，在距離D不變的情況下，光準直器130越厚，越能濾除大角度光束，但模組整體越厚。另一方面，在光準直器130的厚度T不變的情況下，距離D越小，越能濾除大角度光束，但感測器120的入光量越少。在本新型創作中，D≦T×tan[sin -1(NA)]，以在改善串擾的同時兼顧模組厚度以及感測器120的入光量。
圖2至圖5分別是本新型創作的光準直器的其他種局部上視示意圖。依據不同的需求，圖1A中取像模組100的光準直器130可替換成圖2至圖5所示的光準直器130A、130B、130C、130D。
請參照圖1B至圖5，光準直器130、130A、130B、130C、130D的主要差異在於光準直單元的組成、多個光準直單元的排列方式、相鄰兩光準直單元所共用的吸光柱的數量以及每一個光準直單元中距離最遠的兩個吸光柱之間的距離。
詳細而言，在圖2中，光準直器130A包括多個光準直單元UA1以及多個光準直單元UA2。每一個光準直單元(包括光準直單元UA1以及光準直單元UA2)由三個光纖132以及九個吸光柱134組成。多個光準直單元UA1以及多個光準直單元UA2分別在第一方向D1以及第二方向D2上交替排列，且光準直單元UA1與光準直單元UA2以第二方向D2為對稱軸呈現鏡向對稱。在第一方向D1上相鄰的光準直單元UA1與光準直單元UA2共用三個吸光柱134，且在第二方向D2上相鄰的光準直單元UA1與光準直單元UA2共用兩個吸光柱134。此外，在每一個光準直單元(包括光準直單元UA1以及光準直單元UA2)中，距離最遠的兩個吸光柱134之間的距離DA是圖1B中距離D的兩倍。
在圖3中，光準直器130B包括多個光準直單元UB。每一個光準直單元UB由四個光纖132以及十個吸光柱134組成。多個光準直單元UB分別在第一方向D1以及第二方向D2上排列，其中第一方向D1與第二方向D2的夾角θB大於0度且小於90度。在第一方向D1上相鄰的兩個光準直單元UB共用一個吸光柱134，且在第二方向D2上相鄰的兩個光準直單元UB共用兩個吸光柱134。此外，在每一個光準直單元UB中，距離最遠的兩個吸光柱134之間的距離DB是圖1B中距離D的兩倍至三倍之間。
在圖4中，光準直器130C包括多個光準直單元UC。每一個光準直單元UC由七個光纖132以及十二個吸光柱134組成。多個光準直單元UC分別在第一方向D1以及第二方向D2上排列，其中第一方向D1與第二方向D2的夾角θC大於0度且小於90度。在第一方向D1上相鄰的兩個光準直單元UC共用三個吸光柱134，且在第二方向D2上相鄰的兩個光準直單元UC共用三個吸光柱134。此外，在每一個光準直單元UC中，距離最遠的兩個吸光柱134之間的距離DC是圖1B中距離D的三倍。
在圖5中，光準直器130D包括多個光準直單元UD。每一個光準直單元UD由七個光纖132以及十二個吸光柱134組成。多個光準直單元UD分別在第一方向D1以及第二方向D2上排列，其中第一方向D1與第二方向D2的夾角θD大於0度且小於90度。在第一方向D1上相鄰的兩個光準直單元UD未共用任何一個吸光柱134，且在第二方向D2上相鄰的兩個光準直單元UD未共用任何一個吸光柱134。此外，在每一個光準直單元UD中，距離最遠的兩個吸光柱134之間的距離DD是圖1B中距離D的三倍。相較於圖4的光準直器130C，圖5的光準直器130D因任兩相鄰光準直單元UD未共用任何一個吸光柱134所以較易於製作。
在以下任一實施例中，光纖以及吸光柱的排列方式可採用圖1B至圖5所示的排列方式，於下便不再贅述。
圖6至圖11分別是依照本新型創作的其他實施例的取像模組的剖面示意圖。
請參照圖6，取像模組100A與圖1A的取像模組100的主要差異如下所述。在取像模組100A中，光纖132A的纖殼1322A還包括多個光吸收粒子P，以吸收進入纖殼1322A的雜散光。
請參照圖7，取像模組100B與圖1A的取像模組100的主要差異如下所述。在取像模組100B中，每一個吸光柱134B包括吸光纖核1341以及纖殼1342。進一步而言，吸光纖核1341為實心的吸光柱體。纖殼1342包覆吸光纖核1341，且纖殼1342包括多個光吸收粒子P。
在一實施例中，取像模組100B中的光纖132可替換成圖6中的光纖132A。亦即圖7中的纖殼1322也可進一步包括多個光吸收粒子P。
請參照圖8，取像模組100C與圖1A的取像模組100的主要差異如下所述。在取像模組100C中，光纖132以及多個吸光柱134的延伸方向(如方向DEC)分別傾斜於蓋板110。換句話說，延伸方向(如方向DEC)與蓋板110的厚度方向DT之間的夾角θI介於0度至90度之間。
依據不同的需求，取像模組100C中的光纖132可替換成圖6中的光纖132A；及/或取像模組100C中的多個吸光柱134可替換成圖7中的多個吸光柱134B。
請參照圖9，取像模組100D與圖1A的取像模組100的主要差異在於取像模組100D還包括光源140。光源140設置在感測器120旁。光源140所發出的光束可用於生物特徵辨識。舉例來說，光源140可包括非可見光光源，如紅外光光源，但不以此為限。
依據不同的需求，取像模組100D中的光纖132以及多個吸光柱134可相對於蓋板110傾斜(參見圖8)；取像模組100D中的光纖132可替換成圖6中的光纖132A；及/或取像模組100D中的多個吸光柱134可替換成圖7中的多個吸光柱134B。
請參照圖10，取像模組100E與圖1A的取像模組100的主要差異在於取像模組100E還包括帶通濾波器150。帶通濾波器150設置在光準直器130與感測器120之間。帶通濾波器150適於濾除環境光束中不意欲被感測器120接收的光束(未用於生物特徵辨識的波段)。
依據不同的需求，取像模組100E可進一步包括圖9所示的光源140，且光源140的發光頻譜至少部分與帶通濾波器150的穿透頻譜重疊；取像模組100E中的光纖132以及多個吸光柱134可相對於蓋板110傾斜(參見圖8)；取像模組100E中的光纖132可替換成圖6中的光纖132A；及/或取像模組100E中的多個吸光柱134可替換成圖7中的多個吸光柱134B。
請參照圖11，取像模組100F與圖10的取像模組100E的主要差異在於取像模組100F還包括顯示面板160。顯示面板160設置在蓋板110與光準直器130之間。顯示面板160適於提供顯示畫面。在本實施例中，顯示面板160所提供的光束的一部分可用於生物特徵辨識。在此架構下，顯示面板160的發光頻譜至少部分與帶通濾波器150的穿透頻譜重疊。
依據不同的需求，取像模組100F可進一步包括圖9所示的光源140，其中顯示面板160可單純用於提供顯示畫面，而光源140提供用於生物特徵辨識的光束，且光源140的發光頻譜至少部分與帶通濾波器150的穿透頻譜重疊；取像模組100F中的光纖132以及多個吸光柱134可相對於蓋板110傾斜(參見圖8)；取像模組100F中的光纖132可替換成圖6中的光纖132A；及/或取像模組100F中的多個吸光柱134可替換成圖7中的多個吸光柱134B。
綜上所述，在本新型創作實施例的取像模組中，藉由包圍光纖的多個吸光柱把纖殼的漏光吸收，進而有效改善串擾問題，使取像模組具有良好的辨識能力。在一實施例中，光準直器中的元件(如光纖或吸光柱)可進一步包括多個光吸收粒子，以吸收雜散光。此外，取像模組可依需求進一步包括其他元件(如光源、顯示面板、帶通濾波器或固定元件等)。
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。
100、100A、100B‧‧‧取像模組
100C、100D‧‧‧取像模組
100E、100F‧‧‧取像模組
110‧‧‧蓋板
120‧‧‧感測器
130、130A‧‧‧光準直器
130B、130C‧‧‧光準直器
130D‧‧‧光準直器
132、132A‧‧‧光纖
134、134B‧‧‧吸光柱
140‧‧‧光源
150‧‧‧帶通濾波器
160‧‧‧顯示面板
1321‧‧‧纖核
1322、1322A、1342‧‧‧纖殼
1341‧‧‧吸光纖核
B‧‧‧光束
D、DA、DB、DC、DD‧‧‧距離
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
DE、DEC‧‧‧方向
DT‧‧‧厚度方向
G‧‧‧間隙
P‧‧‧光吸收粒子
SI‧‧‧入光面
T‧‧‧厚度
U、UA1、UA2、UB、UC、UD‧‧‧光準直單元
θ‧‧‧入射角
θB、θC、θD、θI‧‧‧夾角
圖1A是依照本新型創作的一實施例的取像模組的剖面示意圖。 圖1B是圖1A中光準直器的一種局部上視示意圖。 圖2至圖5分別是本新型創作的光準直器的其他種局部上視示意圖。 圖6至圖11分別是依照本新型創作的其他實施例的取像模組的剖面示意圖。

Claims (10)

  1. 一種取像模組，包括： 一蓋板； 一感測器；以及 一光準直器，設置在所述蓋板與所述感測器之間，所述光準直器包括多個光準直單元，每一個光準直單元包括至少一條光纖以及多個吸光柱，所述多個吸光柱與所述至少一條光纖平行設置且包圍所述至少一條光纖，其中所述光準直器的厚度為T，每一個光準直單元中距離最遠的兩個吸光柱之間的距離為D，所述至少一條光纖的數值孔徑為NA，NA≦0.7，且D≦T×tan[sin -1(NA)]。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，其中任兩相鄰光準直單元共用至少一個吸光柱。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，其中任兩相鄰光準直單元未共用任何一個吸光柱。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，其中所述至少一條光纖的纖殼包括多個光吸收粒子。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，其中每一個吸光柱為實心的吸光柱體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，其中每一個吸光柱包括一吸光纖核以及包覆所述吸光纖核的一纖殼，所述纖殼包括多個光吸收粒子。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，其中所述至少一條光纖以及所述多個吸光柱的延伸方向分別垂直或傾斜於所述蓋板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，還包括： 一光源，設置在所述感測器旁。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，還包括： 一帶通濾波器，設置在所述光準直器與所述感測器之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的取像模組，還包括： 一顯示面板，設置在所述蓋板與所述光準直器之間；以及 一帶通濾波器，設置在所述光準直器與所述感測器之間。
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