取像装置的制作方法

本发明涉及一种取像装置。

背景技术：

生物辨识的种类包括脸部、声音、虹膜、视网膜、静脉和指纹辨识等。因为每个人的指纹都是独一无二的，且指纹不易随着年龄或身体健康状况而变化，因此指纹辨识装置已成为目前最普及的一种生物辨识装置。依照感测方式的不同，指纹辨识装置还可分为光学式、电容式、超声波式及热感应式。

光学式指纹辨识装置可利用全反射原理进行指纹取像，其工作原理如下。指纹是由多条不规则的凸部(即凸纹)与凹部(即凹纹)组成。当手指按压指纹辨识装置时，指纹的凸部会接触指纹辨识装置的透光组件，而指纹的凹部不会接触指纹辨识装置的透光组件。接触透光组件的指纹凸部会破坏光束在透光组件内的全反射，而使图像获取组件取得对应指纹凸部的暗纹。同时间，指纹的凹部不会破坏光束于透光组件内的全反射，而使图像获取组件取得对应指纹凹部的亮纹。借此，对应指纹的凸部与凹部的光束会在图像获取组件的光接收面上形成亮暗相间的条纹图案，进而使图像获取组件取得指纹图像。利用算法计算对应指纹图像的信息，便可进行用户身份的辨识。然而，在现有技术中，利用全反射原理的指纹辨识装置具有尺寸过大的缺点，而不利于安装在各式电子产品(例如：手机、平板计算机、笔记本电脑等)中。

技术实现要素：

本发明提供一种取像装置，尺寸小、取像质量佳。

本发明的一种取像装置包括导光组件、透光组件、光源以及图像获取组件。导光组件包括顶面、相对于顶面的底面、连接于顶面与底面之间的入光面及相对于顶面的出光面。底面连接于入光面与出光面之间。入光面与顶面夹有锐角α。透光组件配置于导光组件的顶面上。光源用以发出光束。光束穿过入光面后向透光组件传递且于透光组件与环境介质的交界面全反射。图像获取组件配置于导光组件的出光面上。

本发明的另一种取像装置包括导光组件、透光组件、光源、图像获取组件、第一反射组件及第二反射组件。导光组件包括顶面、相对于顶面的底面、连接于顶面与底面之间的入光面及相对于顶面的出光面。底面连接于入光面与出光面之间。透光组件配置于导光组件的顶面上。光源用以发出光束。图像获取组件配置于导光组件的出光面上。第一反射组件配置于导光组件的顶面，且位于透光组件与导光组件之间。第二反射组件配置于导光组件的底面。光束穿过入光面后被第一反射组件与第二反射组件反射。光束被第一反射组件与第二反射组件反射后于透光组件与环境介质的交界面全反射。

在本发明的一实施例中，上述的锐角α满足下式(1)：

，其中θi为光束自入光面射入导光组件的角度，n1为环境介质的折射率，而n2为导光组件的折射率。

在本发明的一实施例中，上述的导光组件的入光面具有凹陷，光源配置于凹陷中，而取像装置还包括光学胶。光学胶填入入光面的凹陷，以包覆光源并连接光源与导光组件。光学胶的折射率、导光组件的折射率以及透光组件的折射率相等。

在本发明的一实施例中，上述的锐角α满足下式(2)：

，其中θi为光束入射至入光面的入射角度，n1为环境介质的折射率，而n2为导光组件的折射率。

在本发明的一实施例中，上述的光源配置于导光组件外且位于环境介质中。导光组件的折射率与透光组件的折射率相等。

在本发明的一实施例中，上述的取像装置还包括第一反射组件及第二反射组件。第一反射组件配置于导光组件的顶面，且位于透光组件与导光组件之间。第二反射组件配置于导光组件的底面。光束穿过入光面后依序被第一反射组件与第二反射组件反射以扩大光束，被扩大的光束于透光组件与环境介质的交界面全反射。

在本发明的一实施例中，图像获取组件设置于较第二反射组件靠近透光组件处。

在本发明的一实施例中，上述的导光组件还包括内壁。出光面较底面靠近透光组件。内壁连接于底面与出光面之间。内壁与出光面形成凹陷，而图像获取组件配置于所述凹陷中。

在本发明的一实施例中，上述的图像获取组件具有面向出光面的光接收面，而光接收面及出光面平行于顶面。

在本发明的一实施例中，上述的图像获取组件具有面向出光面的光接收面，而光接收面以及出光面相对于顶面倾斜。

在本发明的一实施例中，上述的光束通过出光面后直接向透光组件传递。

在本发明的一实施例中，上述的光束为非可见光。

在本发明的一实施例中，上述的光束穿过入光面后依序被第一反射组件与第二反射组件反射以扩大光束，而图像获取组件设置于较第二反射组件靠近透光组件处。

在本发明的一实施例中，θi为光束自入光面射入导光组件的角度，而θi满足下式(3)：

其中n1为环境介质的折射率，而n2为导光组件的折射率。

基于上述，本发明一实施例的取像装置包括导光组件、配置于导光组件的顶面上的透光组件、配置于导光组件的入光面旁的光源以及配置于导光组件的出光面上的图像获取组件。导光组件的入光面相对于导光组件的顶面倾斜，而导光组件的顶面与入光面夹有锐角α。利用倾斜的入光面(即锐角α的设计)，光源发出的光束能在短距离内于透光组件与环境介质的交界面上发生全反射。借此，取像装置的尺寸能缩小，以利于安装于各式电子产品中。

此外，本发明另一实施例的取像装置包括导光组件、透光组件、光源、图像获取组件、第一反射组件及第二反射组件。透光组件配置于导光组件的顶面上。图像获取组件配置于导光组件的出光面上。第一反射组件配置于导光组件的顶面。第二反射组件配置于导光组件的底面。通过第一反射组件与第二反射组件的扩束作用以及调整图像获取组件位置，图像获取组件能使用面积小的光接收面获取完整的物体图像。换言之，图像获取组件的面积可缩小，而包括图像获取组件的取像装置的尺寸能随之缩减。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的取像装置的剖面示意图。

图2为本发明一实施例的取像装置的局部的示意图。

图3为本发明另一实施例的取像装置的剖面示意图。

图4为本发明又一实施例的取像装置的剖面示意图。

图5为本发明又一实施例的取像装置的局部的示意图。

图6为本发明再一实施例的取像装置的剖面示意图。

图7为本发明一实施例的取像装置的剖面示意图。

图8为本发明一实施例的取像装置的局部的示意图。

附图标号说明：

1：环境介质；

100、100a、100b、100c、100d：取像装置；

110：导光组件；

110-1：厚部；

110-2：薄部；

110a、116a：凹陷；

112：顶面；

113：内壁；

114：底面；

116、116b：入光面；

118、118a、118c：出光面；

120：透光组件；

122：交界面；

130、130b：光源；

140：图像获取组件；

140a：光接收面；

150：光学胶；

160：第一反射组件；

170：第二反射组件；

d、d：距离；

l：光束；

α：锐角；

θi：角度。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的取像装置的剖面示意图。图2为本发明一实施例的取像装置的局部的示意图。请参照图1及图2，取像装置100位于环境介质1中。在本实施例中，环境介质1例如为空气。但本发明不限于此，在其他实施例中，取像装置100也可能位于其他种类的环境介质中。取像装置100用以获取物体的图像。在正常情况下，所述物体为生物特征，例如：指纹，但本发明不以此为限。

取像装置100包括导光组件110。导光组件110具有顶面112、相对于顶面112的底面114、连接于顶面112与底面114之间的入光面116以及出光面118。出光面118相对于顶面112。底面114连接于入光面116与出光面118之间。特别是，入光面116相对于顶面112倾斜，且入光面116与顶面112夹有锐角α。

在本实施例中，导光组件110更具有内壁113。出光面118较底面114靠近透光组件110。内壁113连接于底面114与出光面118之间。内壁113与出光面118形成凹陷110a。换言之，导光组件110包括具有底面114的厚部110-1以及具有出光面118的薄部110-2。在本实施例中，出光面118及底面114可选择性地平行于顶面112，但本发明不以此为限，在其他实施例中，出光面118也可相对于顶面112倾斜，以下将于后续段落中配合其他图示举例说明之。

取像装置100包括透光组件120。透光组件120配置于导光组件110的顶面112上。在本实施例中，透光组件120可通过光学胶(未示出)固定于导光组件110的顶面112上。导光组件110的材料和/或透光组件120的材料可选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma，polymethylmethacrylate)、聚碳酸酯(pc，polycarbonate)或其他适当的透光材质。在本实施例中，导光组件110、所述光学胶及透光组件120可具有相同或相近的折射率，但本发明不以此为限。

取像装置100包括光源130。光源130配置于入光面116旁且用以发出光束l。在本实施例中，导光组件110的入光面116具有凹陷116a。光源130配置于凹陷116a中。取像装置100还包括光学胶150。光学胶150填入凹陷116a，以包覆光源130并连接光源130与导光组件110。在本实施例中，光学胶150可具有与导光组件110相同或相近的折射率，以减少光束l进入导光组件110前的损失，但本发明不以此为限。在本实施例中，光束l例如为非可见光。借此，装有取像装置100的电子产品在获取物体的图像时，光束l不会影响电子产品的外观。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，光束l也可为可见光或可见光与不可见光的组合。在本实施例中，光源130可为发光二极管，但本发明不限于此，在其他实施例中，光源130也可为其他适当种类的发光组件。

取像装置100包括图像获取组件140。图像获取组件140配置于导光组件110的出光面118上。图像获取组件140的光接收面140a面向导光组件110的出光面118。在本实施例中，图像获取组件140承靠于导光组件110的出光面118，而图像获取组件140的光接收面140a可与导光组件110的出光面118实质上平行。图像获取组件140例如为电荷耦合组件(chargecoupleddevice，ccd)或互补式金属氧化物半导体组件(complementarymetal-oxidesemiconductor，cmos)，但本发明不限于此，在其他实施例中，图像获取组件140也可为其他适当种类的图像传感器。

请参照图1及图2，光束l穿过入光面116后向透光组件120传递，至少部分的光束l会于透光组件110与环境介质1的交界面122发生全反射。当物体(例如：指纹凸部)触碰交界面122时，在对应指纹凸部的部分交界面122上，光束l的全反射会被破坏，进而使图像获取组件140取得对应指纹凸部的暗纹；指纹凸部触碰部分交界面122的同时，指纹凹部不会触碰交界面122，在对应指纹凹部的另一部分交界面122上，光束l的全反射不会被破坏，进而使图像获取组件140取得对应指纹凹部的亮纹；借此，图像获取组件140能取得亮暗相间的物体图像(例如：指纹图像)。

值得注意的是，通过倾斜的入光面116(即锐角α的设计)，光源130发出的光束l能在短距离d内于透光组件110与环境介质1的交界面122发生全反射。借此，取像装置100的尺寸能缩减，以利于安装在各式电子产品中。在本实施例中，可适当地设计锐角α的大小，以在缩减取像装置100尺寸的前提下，更进一步提高光束l在交界面122发生全反射的比例。举例而言，在本实施例中，锐角α可满足下式(1)：

，其中θi为光束l自入光面116射入导光组件110的角度，n1为环境介质1的折射率，而n2为导光组件110的折射率。若由入光面116的法线(例如：在图2中，没有与光束l平行的虚线)到光束l的方向为顺时针方向，则θi为负值。若由入光面116的法线(例如：在图2中，没有与光束l平行的虚线)到光束l的方向为逆时针方向，则θi为正值。角α满足上式(1)时，光束l于交界面122发生全反射的比例提高，而有助于提升取像装置100的取像质量。

请参照图1，在本实施例中，取像装置100可进一步包括第一反射组件160以及第二反射组件170。第一反射组件160配置于导光组件110的顶面112且位于透光组件110与导光组件110之间。第二反射组件170配置于导光组件110的底面114。光束l穿过入光面116后依序被第一反射组件160与第二反射组件170反射，以扩大光束l。被扩大的光束l传向透光组件120且于透光组件110与环境介质1的交界面122发生全反射。图像获取组件140设置于较第二反射组件170靠近透光组件110处(例如：凹陷110a处)。

值得注意是，通过第一反射组件160与第二反射组件170的扩束作用以及调整图像获取组件140的位置(例如：令图像获取组件140的光接收面140a靠近透光组件120，或令图像获取组件140的光接收面140a相对于顶面112倾斜)，图像获取组件140能使用面积小的光接收面140a获取完整的物体图像(例如：指纹图像)。换言之，图像获取组件140的面积可缩小，而包括图像获取组件140的取像装置100的尺寸也能进一步缩减。然而，本发明不限于此，在其他实施中，取像装置也可不包括第一反射组件160及第二反射组件170，以下将于后续段落中配合其它图示举例说明之。

图3为本发明另一实施例的取像装置的剖面示意图。请参照图3，取像装置100a与前述的取像装置100类似，因此相同或相对应的组件，以相同或相对应的标号表示。取像装置100a与取像装置100的差异在于，取像装置100a的出光面118a与取像装置100的出光面118不同。以下主要说明此差异，两者相同或相对应处还请参照前述说明。

请参照图3，取像装置100a包括导光组件110、透光组件120、光源130以及图像获取组件140。导光组件110具有顶面112、相对于顶面112的底面114、连接于顶面112与底面114之间的入光面116以及出光面118a。出光面118a相对于顶面112。底面114连接于入光面116与出光面118a之间。入光面116与顶面112夹有锐角α。透光组件120配置于导光组件110的顶面112上。光源130配置于入光面116旁且用以发出光束l。光束l穿过入光面116后向透光组件120传递，且于透光组件120与环境介质1的交界面122全反射。图像获取组件140配置于导光组件110的出光面118a上。

与取像装置100不同的是，取像装置100a的出光面118a是相对于顶面112及底面114倾斜，且顶面112与出光面118a的距离d随着远离光源130而渐减。图像获取组件140承靠于出光面118a上，而图像获取组件140的光接收面140a可与导光组件110的出光面118a实质上平行。图像获取组件140的光接收面140a也相对于顶面112及底面114倾斜。取像装置100a除了具有上述取像装置100的功效与优点外，利用倾斜的图像获取组件140，取像装置100a可减少杂散光进入图像获取组件140的机率，进而提高获取的物体图像质量，例如：可提高物体图像的对比。

图4为本发明又一实施例的取像装置的剖面示意图。图5为本发明又一实施例的取像装置的局部的示意图。请参照图4及图5，取像装置100b与取像装置100a类似，因此相同或相对应的组件，以相同或相对应的标号表示。取像装置100b与取像装置100a的差异在于，光源130b是配置于导光组件110外且位于环境介质1中。以下主要说明此差异，两者相同或相对应处还请参照前述说明。

请参照图4及图5，取像装置100b包括导光组件110、透光组件120、光源130b以及图像获取组件140。导光组件110具有顶面112、相对于顶面112的底面114、连接于顶面112与底面114之间的入光面116b以及出光面118a。出光面118a相对于顶面112。底面114连接于入光面116b与出光面118a之间。入光面116b与顶面112夹有锐角α。透光组件120配置于导光组件110的顶面112上。光源130b配置于入光面116旁且用以发出光束l。光束l穿过入光面116b后向透光组件120传递，且于透光组件120与环境介质1的交界面122全反射。图像获取组件140配置于导光组件110的出光面118a上。

与取像装置100a不同的是，取像装置100b的入光面116b可不具有凹陷116a，光源130b是配置于导光组件110外且位于环境介质1中。换言之，光源130b发出的光束l需先在环境介质1中传递一段距离后才会穿过入光面116b而进入导光组件110中。由于上述光束l的传递路径的改变，取像装置100b的锐角α的最佳范围也会与取像装置100a的锐角α的最佳范围不同。详言之，在取像装置100b中，锐角α可满足下式(2)：

，其中θi为光束l入射至入光面116b的入射角度，n1为环境介质1的折射率，而n2为导光组件110的折射率。若由入光面116b的法线(例如：图5中的虚线)到光束l的方向为顺时针方向，则θi为负值。若由入光面116b的法线(例如：图5中的虚线)到光束l的方向为逆时针方向，则θi为正值。取像装置100b具有与取像装置100a类似的功效及优点，于此便不再重述。

图6为本发明再一实施例的取像装置的剖面示意图。请参照图6，取像装置100c与前述的取像装置100a类似，因此相同或相对应的组件，以相同或相对应的标号表示。取像装置100c与取像装置100a的差异在于，取像装置100c可不包括第一反射组件160及第二反射组件170，且取像装置100c的导光组件110可不具内壁113。以下主要说明此差异，两者相同或相对应处还请参照前述说明。

请参照图6，取像装置100c包括导光组件110、透光组件120、光源130以及图像获取组件140。导光组件110具有顶面112、相对于顶面112的底面114、连接于顶面112与底面114之间的入光面116以及出光面118c。出光面118c相对于顶面112。底面114连接于入光面116与出光面118c之间。出光面118c相对于顶面112倾斜，且顶面112与出光面118c的距离d随着远离光源130而渐减。入光面116与顶面112夹有锐角α。透光组件120配置于导光组件110的顶面112上。光源130配置于入光面116旁且用以发出光束l。光束l穿过入光面116后向透光组件120传递，且于透光组件120与环境介质1的交界面122全反射。图像获取组件140配置于导光组件110的出光面118c上。图像获取组件140承靠于出光面118c上，而图像获取组件140的光接收面140a与导光组件110的出光面118c平行。换言之，图像获取组件140的光接收面140a也是倾斜的。

与取像装置100a不同的是，取像装置100c的导光组件110可不具内壁113，而导光组件110的出光面118c可直接与底面114连接。此外，取像装置100c可不包括第一反射组件160及第二反射组件170，光束l通过出光面116后可直接向透光组件120传递，而于透光组件120与环境介质1的交界面122全反射。换言之，利用一次反射(即光束l在交界面122上的全反射)以及倾斜的图像获取组件140，也可缩减取像装置100c的尺寸，而不一定要设置第一反射组件160及第二反射组件170。

图7为本发明一实施例的取像装置的剖面示意图。图8为本发明一实施例的取像装置的局部的示意图。请参照图7及图8，取像装置100d与前述的取像装置100类似，因此相同或相对应的组件，以相同或相对应的标号表示。取像装置100d与取像装置100的差异在于，取像装置100d的入光面116可设置在导光组件110的底部。以下主要说明此差异，两者相同或相对应处还请参照前述说明。

请参照图7及图8，取像装置100d包括导光组件110、透光组件120、光源130、图像获取组件140、第一反射组件160以及第二反射组件170。导光组件110具有顶面112、相对于顶面112的底面114、连接于顶面112与底面114之间的入光面116以及出光面118。出光面118相对于顶面112。底面114连接于入光面116与出光面118之间。透光组件120配置于导光组件110的顶面112上。光源130用以发出光束l。图像获取组件140配置于导光组件110的出光面118上。第一反射组件160配置于导光组件110的顶面112，且位于透光组件120与导光组件110之间。第二反射组件170配置于导光组件110的底面114。光束l穿过入光面116后被第一反射组件160与第二反射组件170反射。光束l被第一反射组件160与第二反射组件170反射后于透光组件120与环境介质1的交界面122全反射。

与取像装置100a不同的是，取像装置100d的入光面116可设置在导光组件110的底部。换言之，部分的入光面116可与底面114实质上可共平面，但本发明不以此为限。在本实施例中，θi为光束l自入光面116射入导光组件110的角度，而θi满足下式(3)：

其中n1为环境介质1的折射率，而n2为导光组件110的折射率。若由入光面116的法线(例如：图8中的虚线)到光束l的方向为顺时针方向，则θi为负值。若由入光面116的法线(例如：图8中的虚线)到光束l的方向为逆时针方向，则θi为正值。取像装置100d具有与取像装置100类似的功效及优点，于此便不再重述。

综上所述，本发明一实施例的取像装置包括导光组件、配置于导光组件的顶面上的透光组件、配置于导光组件的入光面旁的光源以及配置于导光组件的出光面上的图像获取组件。导光组件的入光面相对于导光组件的顶面倾斜，而导光组件的顶面与入光面夹有锐角α。利用倾斜的入光面(即锐角α的设计)，光源发出的光束能在短距离内于透光组件与环境介质的交界面上发生全反射。借此，取像装置的尺寸能缩小，以利于安装于各式电子产品中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。