光学指纹辨识系统及光学指纹辨识装置的制作方法

1.本发明涉及一种光学指纹辨识系统及光学指纹辨识装置，特别是一种适用于光学指纹辨识装置的光学指纹辨识系统。


背景技术：

2.近年来，由于智能移动装置的普及，大量的个人信息储存于智能移动装置，使得智能移动装置的信息安全需求已明显地提高。目前市面上提供众多种类的安全系统，诸如有图形密码认证系统、指纹辨识系统以及人脸辨识系统，其中又以指纹辨识系统的普及率最高。在指纹辨识系统中，过去以采用电容式装置为大宗，但现今因应智能移动装置朝向高屏幕占比的需求，而使得屏幕下指纹辨识系统快速发展。屏幕下指纹辨识系统大多分为光学式与超音波两种，其中光学式因具备高辨识准确率以及易整合于智能装置等优点，进而快速普及。
3.以往光学式屏幕下指纹辨识系统大多配置于屏幕下方，并利用屏幕为光源，而将光线投射至使用者的指纹后再反射于屏幕下方的感光元件，借以记录使用者的指纹，并进行指纹辨识的程序。然而，这样的配置在撷取指纹影像时，会一并撷取到许多屏幕模组中的元件残像，因而容易产生莫列波纹(moire effect)，使得指纹的影像品质较差，且指纹辨识的难度也较高。


技术实现要素：

4.鉴于以上提到的问题，本发明提供一种光学指纹辨识系统以及光学指纹辨识装置，有助于改善在撷取指纹影像时会一并撷取到屏幕模组中的元件残像的问题，以得到高辨识准确率及高指纹影像品质的光学指纹辨识系统与光学指纹辨识装置。
5.本发明提供一种光学指纹辨识系统，包含一底座、一感光元件、一发光层以及一保护层。感光元件设置于底座的上方。发光层设置于感光元件的上方，且发光层包含一发光元件。保护层设置于发光层的上方。光学指纹辨识系统于感光元件与保护层之间还包含一光路转向元件。发光元件设置于光路转向元件与感光元件的一侧边方向，且所述侧边方向不同于光学指纹辨识系统的一迭层方向。
6.本发明提供一种光学指纹辨识装置，包含多个发光元件、多个光路转向元件以及多个感光元件。发光元件分别在一第一方向与一第二方向上等间隔地设置，其中第一方向实质上垂直于第二方向。光路转向元件在光学指纹辨识装置的一迭层方向上位于发光元件的上方，光路转向元件在第一方向上等间隔地设置，且光路转向元件各自在第一方向上位于各两个相邻的发光元件之间，其中迭层方向实质上垂直于第一方向与第二方向。感光元件在迭层方向上位于发光元件的下方，感光元件在第一方向上等间隔地设置，且感光元件各自在第一方向上位于各两个相邻的发光元件之间。
7.根据本发明所揭露的光学指纹辨识系统以及光学指纹辨识装置，有利于在撷取指纹影像时避开屏幕模组中的发光元件残像，并搭配光路转向元件以转正光路，可有效提高
指纹影像品质，进而降低指纹辨识的难度与时间，并提高辨识的准确率。
8.以上的关于本揭露内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
附图说明
9.图1绘示依照本发明第一实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
10.图2绘示依照本发明第二实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
11.图3绘示依照本发明第三实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
12.图4a绘示依照本发明第四实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
13.图4b绘示图4a的光学指纹辨识系统的准直单元的上视示意图。
14.图5绘示依照本发明第五实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
15.图6绘示依照本发明第六实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
16.图7绘示依照本发明第七实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
17.图8绘示依照本发明第八实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
18.图9绘示依照本发明第九实施例的光学指纹辨识系统的示意图。
19.图10绘示依照本发明第十实施例的光学指纹辨识装置的应用示意图。
20.图11绘示图10的光学指纹辨识装置辨识指纹的示意图。
21.图12绘示图10的光学指纹辨识装置的配置关系上视示意图。
22.图13绘示图10的光学指纹辨识装置的分解示意图。
23.图14绘示依照本发明的一实施例的光干涉过滤层于0度入射角光线照射时通过光干涉过滤层与光吸收过滤层的光线波段与通过率的图表。
24.图15绘示依照本发明的一实施例的光干涉过滤层于45度入射角光线照射时通过光干涉过滤层与光吸收过滤层的光线波段与通过率的图表。
25.【符号说明】
26.1：电子装置；
27.101：取像装置；
28.102：显示装置；
29.1021：屏幕显示层；
30.1022：屏幕触控层；
31.1023：透明平板；
32.1026：光学指纹辨识装置；
33.10、20、30、40、50、60、70、80、90：光学指纹辨识系统；
34.11、21、31、41、51、61、71、81、91：底座；
35.12、22、32、42、52、62、72、82、92：感光元件；
36.13、33、53、73、83、93：聚光透镜；
37.13a、33a、53a、73a、83a、93a：凸面；
38.23：超颖透镜；
39.43：准直单元；
40.431：管状孔洞；
41.432：光反射层；
42.63：芯片级透镜组；
43.63a：物侧面；
44.63b：像侧面；
45.34：聚光介质层；
46.541：光干涉过滤层；
47.542：光吸收过滤层；
48.15、25、35、45、55、65、75、85、95：发光层；
49.151、251、351、451、551、651、751、851、951：屏幕单元；
50.152、252、352、452、552、652、752、852、952：发光元件；
51.16、26、36、46：触控层；
52.17、27、37、47、57、67、77、87、97：光路转向元件；
53.171、271、371、471、571、671：楔形棱镜；
54.171a、271a、371a、471a、571a、671a：斜面；
55.771：梯度折射率元件；
56.871：第一介质层；
57.872：第二介质层；
58.873：转向倾斜面；
59.971：菲涅尔透镜；
60.971a：微型转向斜面；
61.18、28、38、48、58、68、78、88、98：保护层；
62.69：光吸收层；
63.fg：手指；
64.rg：脊部；
65.vl：谷部；
66.cl：收敛光线；
67.rl：转向光线；
68.sl：感测光线；
69.tft1、tft2、tft3、tft4、tft5、tft6、tft7、tft8、tft9：薄膜晶体管结构；
70.x：第一方向；
71.y：第二方向；
72.z：迭层方向。
具体实施方式
73.以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何所属领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及附图，任何所属领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
74.本发明提供一种光学指纹辨识系统，包含一底座、一感光元件、一发光层以及一保
护层。感光元件设置于底座的上方。发光层设置于感光元件的上方，且发光层包含一发光元件。保护层设置于发光层的上方。光学指纹辨识系统于感光元件与保护层之间还包含一光路转向元件。发光元件设置于光路转向元件与感光元件的一侧边方向，且所述侧边方向不同于光学指纹辨识系统的一迭层方向。通过以上的配置，有利于在撷取指纹影像时避开屏幕模组中的发光元件残像，并搭配光路转向元件以转正光路，可有效提高指纹影像品质，进而降低指纹辨识的难度与时间，并提高辨识的准确率。其中，光路转向元件是指能够将光路转向而使得光路与感光元件法线方向之间的夹角变小的元件。
75.光路转向元件可包含一楔形棱镜(wedge prism)。借此，可提供光路转向的功能。
76.根据本发明所揭露的光学指纹辨识系统，更可包含一聚光透镜，且聚光透镜设置于感光元件的上方以及光路转向元件的下方。借此，可配合利用适当的光传导介质而进一步缩短光程，以降低装置的厚度，并有利于配置于薄型电子装置上。
77.本发明所揭露的光学指纹辨识系统中，更可进一步包含一聚光介质层，其中聚光介质层设置于聚光透镜的下方以及感光元件的上方。借此，可免去配置一般聚光元件的同轴需求，进一步降低整体工艺的难度。
78.聚光介质层的折射率为na，其可满足下列条件：1.60《na《5.0。借此，有利于提供足够的屈折力，以缩短光路总长。其中，可依照聚光强度及制造难易度的需求，选择适当聚光介质层材质，而也可满足下列条件：na＝1.62。其中，也可满足下列条件：na＝1.77。其中，也可满足下列条件：na＝2.01。
79.根据本发明所揭露的光学指纹辨识系统，更可包含一准直单元(collimator unit)，其中准直单元设置于感光元件的上方以及光路转向元件的下方，并且准直单元具有多个管状孔洞。借此，可接收非正向光线，以有效导正及调整光路走向，并提高进入感光元件的总光量，以进一步提高指纹的影像品质。
80.准直单元可包含多个光反射层，并且每一个光反射层分别环绕于每一个管状孔洞的内壁。借此，可利用管状孔洞内壁处的光反射层来反射非正向光线，强化接收非正向光线进而提高进入感光元件总光量的效果。
81.根据本发明所揭露的光学指纹辨识系统，更可包含一光干涉过滤层以及一光吸收过滤层。光干涉过滤层与光吸收过滤层设置于感光元件的上方以及光路转向元件的下方。光干涉过滤层与光吸收过滤层可由两个边通(edgepass)过滤层搭配形成，也可采用一般光通(bandpass)过滤层。光干涉过滤层与光吸收过滤层可采用滤光介质层或镀膜于其他透光元件上的方式配置而成。光干涉过滤层可根据入射光角度变化而产生过滤波段平移(bandwidth shift)，且光吸收过滤层可为一光通过过滤层。通过光干涉过滤层搭配光吸收过滤层，可过滤掉入射角过大的光线，以利排除影像杂讯。其中，光吸收过滤层的光通过波段可为可见光至近红外光(near-infrared，nir)。请参照图14与图15，图14是绘示有依照本发明的一实施例的光干涉过滤层于垂直入射角(0度入射角)的光线照射时，通过光干涉过滤层与光吸收过滤层的光线波段与通过率(transmission)的折线图，图15是绘示依照本发明的一实施例的光干涉过滤层于45度入射角的光线照射时，通过光干涉过滤层与光吸收过滤层的光线波段与通过率的折线图，其中图表的横轴为光线的波段(单位为纳米)，纵轴为光线的通过率(单位为百分比)。在图14与图15的实施例中，光干涉过滤层与光吸收过滤层是为彼此相互搭配的边通过滤层，其中光干涉过滤层为短通(short pass)过滤层，而光吸
收过滤层为长通(long pass)过滤层。由图14与图15可得知，在光线的入射角度不同的情况下，可通过光干涉过滤层与光吸收过滤层的波段会有所不同。详细来说，请参照图14，在光线垂直入射时，大约850纳米(短通的上限)以下波长的光线皆能通过光干涉过滤层，而在光线垂直入射时，大约800纳米(长通的下限)以上波长的光线皆能通过光吸收过滤层。也就是说，在光线垂直入射时，波长在大约800纳米至大约850纳米之间的光线(近红外光)能通过光干涉过滤层与光吸收过滤层。接着，请参照图15，在光线改为45度角入射时，因入射角过大，仅剩大约760纳米以下波长的光线能通过光干涉过滤层，相较图14中光线垂直入射的状态，能通过光干涉过滤层的光线的波段向左方平移，即为上述的过滤波段平移的现象，而在光线改为45度角入射时，能通过光吸收过滤层的光线波段相较于图14中的状态下仍维持不变。由于图15中的状态下，能通过光干涉过滤层的光线的波段与能通过光吸收过滤层的光线的波段已无重迭的区域，因此45度角的入射光无法通过光干涉过滤层与光吸收过滤层。借此，可达到上述过滤掉入射角过大的光线的效果。
82.光通过光干涉过滤层与光吸收过滤层的波段的半峰全宽(full width at half maximum)为fwhm，其可满足下列条件：fwhm《100(纳米)。借此，可限制光通波段的带宽(bandwidth)，以便控制入射角的角度。其中，也可满足下列条件：fwhm《50(纳米)。在本发明中，能通过光干涉过滤层的光波长区间以及能通过光吸收过滤层的光波长区间，在此两个光波长区间相互重迭区域内的波段，即为上述的“光通过光干涉过滤层与光吸收过滤层的波段”。若以上述图14的实施例来举例，“光通过光干涉过滤层与光吸收过滤层的波段”即为图14中波长在大约800纳米至大约850纳米之间的光线，但本发明不以此为限。
83.光路转向元件可包含一梯度折射率元件(gradient refractive index，grin)。借此，可提供光路转向的功能。其中，所述梯度折射率元件可为一径向梯度折射率透镜(radial gradient index lens)。
84.梯度折射率元件的折射率可沿着远离发光元件的方向递减。借此，可有效控制光路的走向。
85.梯度折射率元件的最大折射率为nmax，梯度折射率元件的最小折射率为nmin，其可满足下列条件：1.2《nmax/nmin《4.5。借此，有利于平衡梯度折射率元件的转向能力以及制造难易度。
86.光路转向元件可包含至少两个介质层，所述至少两个介质层中的两个相邻介质层之间形成一转向倾斜面，且所述至少两个介质层中的两个相邻介质层通过转向倾斜面相互连接。借此，可利用介质差异以及倾斜角度大小，提供光路转向的功能。
87.所述至少两个介质层的折射率可沿着远离发光元件的方向递减，也就是说，最靠近发光元件的介质层其折射率最大，而最远离发光元件的介质层其折射率最小。借此，可有效控制光路的走向，以有效提高经转向的光线的能量。
88.转向倾斜面可为全反射面，可通过介质配置差异或直接配置一反射介质涂层于倾斜面，来达成全反射效果。借此，可有效控制光路的走向，并配合倾斜角度产生全反射面，降低光穿透或折射所产生的光能量流失，进一步地提高经转向的光线的能量。
89.发光元件可设置于光路转向元件与感光元件的同一侧边方向。借此，可将光路转向元件与感光元件组成一影像辨识单元，进而有利于模组化。其中，发光元件也可设置于光路转向元件、聚光透镜与感光元件的同一侧边方向。借此，可将聚光透镜纳入影像辨识单元
内，而提升模组的完成度。
90.根据本发明所揭露的光学指纹辨识系统，更可包含一芯片级透镜组(wafer level lens assembly)，且芯片级透镜组设置于感光元件的上方以及光路转向元件的下方。借此，可有效提供聚光效果，进一步降低光学指纹辨识系统的厚度。
91.根据本发明所揭露的光学指纹辨识系统，更可包含一超颖透镜(meta lens)，且超颖透镜设置于感光元件的上方以及光路转向元件的下方。借此，可有效提供聚光效果，进一步降低光学指纹辨识系统的厚度。
92.根据本发明所揭露的光学指纹辨识系统，更可包含一光吸收层，且光吸收层环绕于光路转向元件的外周面。借此，可避免发光元件直接投射于光路转向元件过多的杂散光。
93.光路转向元件与感光元件在光学指纹辨识系统的迭层方向上可相互对位；也就是说，光路转向元件于底座的正投影重迭于感光元件于底座的正投影。借此，可向感光元件充分地提供正向光线，有利于感光元件的响应。
94.发光层更可包含一屏幕单元，其中屏幕单元包含所述发光元件，且发光元件为一有机发光二极管(organic light-emitting diode，oled)。借此，有利于降低装置整体厚度，以达成屏幕下指纹辨识系统的配置。
95.发光元件与感光元件可通过薄膜晶体管(thin-film-transistor，tft)结构相互连接；借此，可通过发光元件与感光元件之间的连结，同步发光元件与感光元件的开启与关闭，以便控制光线的发出与撷取，可排除不必要的杂散光讯号与串扰(crosstalk)，可提高辨识的准确率。其中，可有多个感光元件形成例如为互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，cmos)的成像元件；借此，可使得穿过光学元件的光线在多个感光元件上成像。
96.发光元件可用以发出红光或绿光。借此，可提供光体积变化描记图法(photoplethysmogram)的信息，以便确认辨识物为活体。
97.本发明所揭露的光学指纹辨识系统，更可包含一触控层，其中触控层位于光路转向元件与感光元件之间，并且可设置于发光层上方、发光层下方或是可整合至发光层的结构中。借此，可提供触控功能，也可确认辨识物是否为活体的指纹。
98.光路转向元件可包含一菲涅尔透镜(fresnel lens)，所述菲涅尔透镜具有多个微型转向斜面，其中各个微型转向斜面可对应不同的视场，且微型转向斜面的倾斜方向与前述光路转向元件所包含的楔形棱镜的斜面的倾斜方向实质上相同。
99.本发明提供一种光学指纹辨识装置，包含多个发光元件、多个光路转向元件以及多个感光元件。发光元件分别在一第一方向与一第二方向上等间隔地设置，其中第一方向实质上垂直于第二方向。光路转向元件在光学指纹辨识装置的一迭层方向上位于发光元件的上方，光路转向元件在第一方向上等间隔地设置，且光路转向元件各自在第一方向上位于各两个相邻的发光元件之间，其中迭层方向实质上垂直于第一方向与第二方向。感光元件在迭层方向上位于发光元件的下方，感光元件在第一方向上等间隔地设置，且感光元件各自在第一方向上位于各两个相邻的发光元件之间。通过以上阵列式的光学配置，可缩小整体光学指纹辨识装置的体积，且便于整合于现今的屏幕工艺。
100.光路转向元件与感光元件分别在光学指纹辨识装置的迭层方向上可相互对位；也就是说，光路转向元件在迭层方向上分别重迭于感光元件。借此，可向感光元件充分地提供
正向光线，有利于感光元件的响应。
101.本发明所揭露的光学指纹辨识装置，更可包含一准直层，其中准直层设置于所述多个感光元件的上方以及所述多个光路转向元件的下方，并且准直层具有多个管状孔洞。借此，可接收非正向光线，以有效导正及调整光路走向，并提高进入感光元件的总光量，以进一步提高指纹的影像品质。
102.上述本发明光学指纹辨识系统与光学指纹辨识装置中的各技术特征皆可组合配置，而达到对应的功效。
103.根据上述实施方式，以下提出具体实施例并配合附图予以详细说明。
104.《第一实施例》
105.请参照图1，是绘示依照本发明第一实施例的光学指纹辨识系统的示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统10包含底座11、感光元件12、聚光透镜13、发光层15、触控层16、光路转向元件17以及保护层18。感光元件12在迭层方向z设置于底座11的上方。聚光透镜13在迭层方向z设置于感光元件12的上方。发光层15在迭层方向z设置于感光元件12与聚光透镜13的上方。触控层16在迭层方向z设置于发光层15的上方。光路转向元件17在迭层方向z设置于感光元件12、聚光透镜13、发光层15与触控层16的上方，使得触控层16位于感光元件12与光路转向元件17之间。保护层18在迭层方向z设置于发光层15与光路转向元件17的上方。
106.具体来说，聚光透镜13位于感光元件12的上方以及光路转向元件17的下方。聚光透镜13在迭层方向z上具有面向光路转向元件17的凸面13a。
107.发光层15包含屏幕单元151，并且屏幕单元151包含发光元件152。发光元件152设置于感光元件12、聚光透镜13与光路转向元件17的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件152在第一方向x上设置于感光元件12、聚光透镜13与光路转向元件17的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
108.发光元件152例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件152与底座11通过薄膜晶体管结构tft1相互连接，并且发光元件152通过薄膜晶体管结构tft1和底座11间接地与感光元件12相互连接。
109.光路转向元件17位于感光元件12与保护层18之间。光路转向元件17与感光元件12在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件17于底座11的正投影重迭于感光元件12于底座11的正投影。光路转向元件17包含楔形棱镜171。楔形棱镜171在迭层方向z上具有面向保护层18的斜面171a。
110.当使用者的手指fg放置于保护层18上时，发光元件152可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射(为方便示意，在本实施例以及下述全部的实施例中附图仅有绘示在脊部rg被反射的感测光线sl)，通过楔形棱镜171的斜面171a后成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件12法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件12法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导至聚光透镜13的凸面13a并成为射向感光元件12的收敛光线cl。收敛光线cl成像于感光元件12上，以传输信息于一处理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
111.《第二实施例》
112.请参照图2，是绘示依照本发明第二实施例的光学指纹辨识系统的示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统20包含底座21、感光元件22、超颖透镜23、发光层25、触控层26、光路转向元件27以及保护层28。感光元件22在迭层方向z设置于底座21的上方。超颖透镜23在迭层方向z设置于感光元件22的上方。发光层25在迭层方向z设置于感光元件22与超颖透镜23的上方。触控层26整合至发光层25的结构中而与发光层25位于同一层。光路转向元件27在迭层方向z设置于感光元件22、超颖透镜23、发光层25与触控层26的上方，使得触控层26位于感光元件22与光路转向元件27之间。保护层28在迭层方向z设置于发光层25与光路转向元件27的上方。
113.具体来说，超颖透镜23位于感光元件22的上方以及光路转向元件27的下方。
114.发光层25包含屏幕单元251，并且屏幕单元251包含发光元件252。发光元件252设置于感光元件22、超颖透镜23与光路转向元件27的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件252在第一方向x上设置于感光元件22、超颖透镜23与光路转向元件27的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
115.发光元件252例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件252与底座21通过薄膜晶体管结构tft2相互连接，并且发光元件252通过薄膜晶体管结构tft2和底座21间接地与感光元件22相互连接。
116.光路转向元件27位于感光元件22与保护层28之间。光路转向元件27与感光元件22在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件27于底座21的正投影重迭于感光元件22于底座21的正投影。光路转向元件27包含楔形棱镜271。楔形棱镜271在迭层方向z上具有面向保护层28的斜面271a。
117.当使用者的手指fg放置于保护层28上时，发光元件252可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射，通过楔形棱镜271的斜面271a后成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件22法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件22法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导至超颖透镜23并成为射向感光元件22的收敛光线cl。收敛光线cl成像于感光元件22上，以传输信息于一处理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
118.《第三实施例》
119.请参照图3，是绘示依照本发明第三实施例的光学指纹辨识系统的示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统30包含底座31、感光元件32、聚光介质层34、聚光透镜33、触控层36、发光层35、光路转向元件37以及保护层38。感光元件32在迭层方向z设置于底座31的上方。聚光透镜33在迭层方向z设置于感光元件32的上方。聚光介质层34在迭层方向z设置于感光元件32的上方以及聚光透镜33的下方。发光层35在迭层方向z设置于感光元件32与聚光透镜33的上方。触控层36在迭层方向z设置于聚光透镜33的上方以及发光层35的下方。光路转向元件37在迭层方向z设置于感光元件32、聚光透镜33、触控层36与发光层35的上方，使得触控层36位于感光元件32与光路转向元件37之间。保护层38在迭层方向z设置于发光层35与光路转向元件37的上方。
120.具体来说，聚光透镜33位于感光元件32的上方以及光路转向元件37的下方。聚光透镜33在迭层方向z上具有面向光路转向元件37的凸面33a。
121.聚光介质层34的外周面处有一固定结构(未另标号)，可固定聚光介质层34。聚光介质层34的折射率为na，其满足下列条件：na＝1.62；na＝1.77；或na＝2.01。
122.发光层35包含屏幕单元351，并且屏幕单元351包含发光元件352。发光元件352设置于感光元件32、聚光透镜33与光路转向元件37的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件352在第一方向x上设置于感光元件32、聚光透镜33与光路转向元件37的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
123.发光元件352例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件352与底座31通过薄膜晶体管结构tft3相互连接，并且发光元件352通过薄膜晶体管结构tft3和底座31间接地与感光元件32相互连接。
124.光路转向元件37位于感光元件32与保护层38之间。光路转向元件37与感光元件32在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件37于底座31的正投影重迭于感光元件32于底座31的正投影。光路转向元件37包含楔形棱镜371。楔形棱镜371在迭层方向z上具有面向保护层38的斜面371a。
125.当使用者的手指fg放置于保护层38上时，发光元件352可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射，通过楔形棱镜371的斜面371a后成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件32法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件32法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导至聚光透镜33的凸面33a后通过聚光介质层34并成为射向感光元件32的收敛光线cl。收敛光线cl成像于感光元件32上，以传输信息于一处理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
126.《第四实施例》
127.请参照图4a至图4b，图4a是绘示依照本发明第四实施例的光学指纹辨识系统的示意图，而图4b是绘示图4a的光学指纹辨识系统的准直单元的上视示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统40包含底座41、感光元件42、准直单元43、发光层45、触控层46、光路转向元件47以及保护层48。感光元件42在迭层方向z设置于底座41的上方。准直单元43在迭层方向z设置于感光元件42的上方。发光层45在迭层方向z设置于感光元件42与准直单元43的上方。触控层46在迭层方向z设置于发光层45的上方。光路转向元件47在迭层方向z设置于感光元件42、准直单元43、发光层45与触控层46的上方，使得触控层46位于感光元件42与光路转向元件47之间。保护层48在迭层方向z设置于发光层45与光路转向元件47的上方。
128.具体来说，准直单元43位于感光元件42的上方以及光路转向元件47的下方。请参照图4b，是从迭层方向z来观察准直单元43。由图4b可看出，准直单元43具有多个管状孔洞431以及多个光反射层432。每一个光反射层432分别以平行迭层方向z且通过每一个管状孔洞431的几何中心的线段作为轴线环绕于每一个管状孔洞431的内壁。
129.发光层45包含屏幕单元451，并且屏幕单元451包含发光元件452。发光元件452设置于感光元件42、准直单元43与光路转向元件47的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件452在第一方向x上设置于感光元件42、准直单元43与光路转向元件47的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
130.发光元件452例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件452与底座41通过薄膜晶体管结构tft4相互连接，并且发光元件452通过薄膜晶体管结构
tft4和底座41间接地与感光元件42相互连接。
131.光路转向元件47位于感光元件42与保护层48之间。光路转向元件47与感光元件42在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件47于底座41的正投影重迭于感光元件42于底座41的正投影。光路转向元件47包含楔形棱镜471。楔形棱镜471在迭层方向z上具有面向保护层48的斜面471a。
132.当使用者的手指fg放置于保护层48上时，发光元件452可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射，通过楔形棱镜471的斜面471a后成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件42法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件42法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导至准直单元43，由管状孔洞431内壁的光反射层432反射并导正后成像于感光元件42上，以传输信息于一处理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
133.《第五实施例》
134.请参照图5，是绘示依照本发明第五实施例的光学指纹辨识系统的示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统50包含底座51、感光元件52、聚光透镜53、光干涉过滤层541、光吸收过滤层542、发光层55、光路转向元件57以及保护层58。感光元件52在迭层方向z设置于底座51的上方。聚光透镜53在迭层方向z设置于感光元件52的上方。光干涉过滤层541与光吸收过滤层542设置于感光元件52与聚光透镜53的上方。发光层55在迭层方向z设置于感光元件52、聚光透镜53、光干涉过滤层541与光吸收过滤层542的上方。光路转向元件57在迭层方向z设置于感光元件52、聚光透镜53与发光层55的上方。保护层58在迭层方向z设置于发光层55与光路转向元件57的上方。
135.具体来说，聚光透镜53位于感光元件52的上方以及光路转向元件57的下方。聚光透镜53在迭层方向z上具有面向感光元件52的凸面53a。
136.光干涉过滤层541与光吸收过滤层542位于感光元件52的上方以及光路转向元件57的下方，并且光吸收过滤层542设置于光干涉过滤层541与聚光透镜53之间。光干涉过滤层541与光吸收过滤层542的外周面处有一固定结构(未另标号)，可固定光干涉过滤层541与光吸收过滤层542。光吸收过滤层542为光通过过滤层，且光吸收过滤层542的光通过波段为可见光至近红外光。
137.光通过光干涉过滤层541与光吸收过滤层542的波段的半峰全宽为fwhm，其满足下列条件：fwhm＝10(纳米)；或fwhm＝40(纳米)。
138.发光层55包含屏幕单元551，并且屏幕单元551包含发光元件552。发光元件552设置于感光元件52、聚光透镜53与光路转向元件57的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件552在第一方向x上设置于感光元件52、聚光透镜53与光路转向元件57的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
139.发光元件552例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件552与底座51通过薄膜晶体管结构tft5相互连接，并且发光元件552通过薄膜晶体管结构tft5和底座51间接地与感光元件52相互连接。
140.光路转向元件57位于感光元件52与保护层58之间。光路转向元件57与感光元件52在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件57于底座51的正投影重迭于感光元件52
于底座51的正投影。光路转向元件57包含楔形棱镜571。楔形棱镜571在迭层方向z上具有面向保护层58的斜面571a。
141.当使用者的手指fg放置于保护层58上时，发光元件552可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射，通过楔形棱镜571的斜面571a后成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件52法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件52法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导且依序通过光干涉过滤层541、光吸收过滤层542与聚光透镜53的凸面53a并成为射向感光元件52的收敛光线cl。收敛光线cl成像于感光元件52上，以传输信息于一处理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
142.《第六实施例》
143.请参照图6，是绘示依照本发明第六实施例的光学指纹辨识系统的示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统60包含底座61、感光元件62、芯片级透镜组63、发光层65、光路转向元件67以及保护层68。感光元件62在迭层方向z设置于底座61的上方。芯片级透镜组63在迭层方向z设置于感光元件62的上方。发光层65在迭层方向z设置于感光元件62与芯片级透镜组63的上方。光路转向元件67在迭层方向z设置于感光元件62、芯片级透镜组63与发光层65的上方。保护层68在迭层方向z设置于发光层65与光路转向元件67的上方。
144.具体来说，芯片级透镜组63位于感光元件62的上方以及光路转向元件67的下方。芯片级透镜组63包含多个芯片级透镜(未另标号)。这些芯片级透镜在迭层方向z上具有面向光路转向元件67的物侧面63a以及面向感光元件62的像侧面63b。
145.发光层65包含屏幕单元651，并且屏幕单元651包含发光元件652。发光元件652设置于感光元件62、芯片级透镜组63与光路转向元件67的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件652在第一方向x上设置于感光元件62、芯片级透镜组63与光路转向元件67的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
146.发光元件652例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件652与底座61通过薄膜晶体管结构tft6相互连接，并且发光元件652通过薄膜晶体管结构tft6和底座61间接地与感光元件62相互连接。
147.光路转向元件67位于感光元件62与保护层68之间。光路转向元件67与感光元件62在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件67于底座61的正投影重迭于感光元件62于底座61的正投影。光路转向元件67包含楔形棱镜671。楔形棱镜671在迭层方向z上具有面向保护层68的斜面671a。
148.光学指纹辨识系统60还包含光吸收层69。光吸收层69以平行迭层方向z且通过楔形棱镜671的线段作为轴线环绕于光路转向元件67的外周面。
149.当使用者的手指fg放置于保护层68上时，发光元件652可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射，通过楔形棱镜671的斜面671a后成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件62法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件62法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导至芯片级透镜组63的物侧面63a与像侧面63b并成为射向感光元件62的收敛光线cl。收敛光线cl成像于感光元件62上，以传输信息于一处
理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
150.《第七实施例》
151.请参照图7，是绘示依照本发明第七实施例的光学指纹辨识系统的示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统70包含底座71、感光元件72、聚光透镜73、发光层75、光路转向元件77以及保护层78。感光元件72在迭层方向z设置于底座71的上方。聚光透镜73在迭层方向z设置于感光元件72的上方。发光层75在迭层方向z设置于感光元件72与聚光透镜73的上方。光路转向元件77在迭层方向z设置于感光元件72、聚光透镜73与发光层75的上方。保护层78在迭层方向z设置于发光层75与光路转向元件77的上方。
152.具体来说，聚光透镜73位于感光元件72的上方以及光路转向元件77的下方。聚光透镜73在迭层方向z上具有面向光路转向元件77的凸面73a。
153.发光层75包含屏幕单元751，并且屏幕单元751包含发光元件752。发光元件752设置于感光元件72、聚光透镜73与光路转向元件77的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件752在第一方向x上设置于感光元件72、聚光透镜73与光路转向元件77的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
154.发光元件752例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件752与底座71通过薄膜晶体管结构tft7相互连接，并且发光元件752通过薄膜晶体管结构tft7和底座71间接地与感光元件72相互连接。
155.光路转向元件77位于感光元件72与保护层78之间。光路转向元件77与感光元件72在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件77于底座71的正投影重迭于感光元件72于底座71的正投影。光路转向元件77包含梯度折射率元件771，并且在梯度折射率元件771的外周面处还包含一固定结构(未另标号)以固定梯度折射率元件771。梯度折射率元件771的折射率沿着远离发光元件752的方向(即负x方向)递减。请参照图7中的梯度折射率元件771，是以网点的密度来表示梯度折射率元件771的折射率大小，网点越密集则代表梯度折射率元件771的折射率越大，而网点越稀疏则代表梯度折射率元件771的折射率越小。
156.梯度折射率元件771的最大折射率为nmax，梯度折射率元件771的最小折射率为nmin，其满足下列条件：nmax/nmin＝1.5；nmax/nmin＝2；或nmax/nmin＝4。
157.当使用者的手指fg放置于保护层78上时，发光元件752可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射，在通过梯度折射率元件771的过程中逐步转向后成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件72法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件72法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导至聚光透镜73的凸面73a并成为射向感光元件72的收敛光线cl。收敛光线cl成像于感光元件72上，以传输信息于一处理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
158.《第八实施例》
159.请参照图8，是绘示依照本发明第八实施例的光学指纹辨识系统的示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统80包含底座81、感光元件82、聚光透镜83、发光层85、光路转向元件87以及保护层88。感光元件82在迭层方向z设置于底座81的上方。聚光透镜83在迭层方向z设置于感光元件82的上方。发光层85在迭层方向z设置于感光元件82与聚光透镜83的上方。光路转向元件87在迭层方向z设置于感光元件82、聚光透镜83与发光层85的上方。保护
层88在迭层方向z设置于发光层85与光路转向元件87的上方。
160.具体来说，聚光透镜83位于感光元件82的上方以及光路转向元件87的下方。聚光透镜83在迭层方向z上具有面向光路转向元件87的凸面83a。
161.发光层85包含屏幕单元851，并且屏幕单元851包含发光元件852。发光元件852设置于感光元件82、聚光透镜83与光路转向元件87的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件852在第一方向x上设置于感光元件82、聚光透镜83与光路转向元件87的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
162.发光元件852例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件852与底座81通过薄膜晶体管结构tft8相互连接，并且发光元件852通过薄膜晶体管结构tft8和底座81间接地与感光元件82相互连接。
163.光路转向元件87位于感光元件82与保护层88之间。光路转向元件87与感光元件82在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件87于底座81的正投影重迭于感光元件82于底座81的正投影。光路转向元件87包含至少两个介质层。具体来说，光路转向元件87包含相邻的第一介质层871、第二介质层872，并且在第一介质层871与第二介质层872的外周面处还包含一固定结构(未另标号)，可固定第一介质层871与第二介质层872。第一介质层871与第二介质层872之间形成转向倾斜面873。第一介质层871与第二介质层872通过转向倾斜面873相互连接，其中所述转向倾斜面873与迭层方向z呈一夹角。第一介质层871与第二介质层872的折射率沿着远离发光元件852的方向(即负x方向)递减。具体来说，第一介质层871的折射率大于第二介质层872的折射率，而在相互连接的转向倾斜面873上形成全反射面。
164.当使用者的手指fg放置于保护层88上时，发光元件852可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射，在通过第一介质层871后被转向倾斜面873全反射而成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件82法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件82法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导至聚光透镜83的凸面83a并成为射向感光元件82的收敛光线cl。收敛光线cl成像于感光元件82上，以传输信息于一处理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
165.《第九实施例》
166.请参照图9，是绘示依照本发明第九实施例的光学指纹辨识系统的示意图。在本实施例中，光学指纹辨识系统90包含底座91、感光元件92、聚光透镜93、发光层95、光路转向元件97以及保护层98。感光元件92在迭层方向z设置于底座91的上方。聚光透镜93在迭层方向z设置于感光元件92的上方。发光层95在迭层方向z设置于感光元件92与聚光透镜93的上方。光路转向元件97在迭层方向z设置于感光元件92、聚光透镜93与发光层95的上方。保护层98在迭层方向z设置于发光层95与光路转向元件97的上方。
167.具体来说，聚光透镜93位于感光元件92的上方以及光路转向元件97的下方。聚光透镜93在迭层方向z上具有面向感光元件92的凸面93a。
168.发光层95包含屏幕单元951，并且屏幕单元951包含发光元件952。发光元件952设置于感光元件92、聚光透镜93与光路转向元件97的一侧边方向上，且所述侧边方向不同于迭层方向z。具体来说，发光元件952在第一方向x上设置于感光元件92、聚光透镜93与光路
转向元件97的同一侧，其中第一方向x与侧边方向相同。
169.发光元件952例如为有机发光二极管，而可作为光源以发出红光或绿光。发光元件952与底座91通过薄膜晶体管结构tft9相互连接，并且发光元件952通过薄膜晶体管结构tft9和底座91间接地与感光元件92相互连接。
170.光路转向元件97位于感光元件92与保护层98之间。光路转向元件97与感光元件92在迭层方向z上相互对位；也就是说，光路转向元件97于底座91的正投影重迭于感光元件92于底座91的正投影。光路转向元件97包含菲涅尔透镜971。菲涅尔透镜971在迭层方向z上具有多个微型转向斜面971a，其中每一个微型转向斜面971a皆面向保护层98，并且每一个微型转向斜面971a的倾斜方向与第一至第六实施例中楔形棱镜171～671的斜面171a～671a的倾斜方向实质上相同。
171.当使用者的手指fg放置于保护层98上时，发光元件952可向手指fg发出感测光线sl。手指fg上具有指纹纹路，且手指fg的表面具有谷部vl以及脊部rg。感测光线sl可在谷部vl与脊部rg被反射，通过菲涅尔透镜971的微型转向斜面971a后成为转向光线rl，其中转向光线rl与感光元件92法线方向(未绘示，即迭层方向z)之间的夹角小于感测光线sl与感光元件92法线方向之间的夹角。接着，转向光线rl被传导至聚光透镜93的凸面93a并成为射向感光元件92的收敛光线cl。收敛光线cl成像于感光元件92上，以传输信息于一处理器(未另绘示)，并在汇整数个单位的光学指纹辨识系统所产生的影像后进行判读。
172.《第十实施例》
173.请参照图10与图11，其中图10绘示依照本发明第十实施例的光学指纹辨识装置的应用示意图，且图11绘示图10的光学指纹辨识装置辨识指纹的示意图。
174.在本实施例中，电子装置1为具有生物特征辨识功能的智能手机。电子装置1包含取像装置101以及显示装置102。取像装置101作为电子装置1的前置镜头使用以提供自拍功能。显示装置102包含屏幕显示层1021、屏幕触控层1022以及透明平板1023。屏幕显示层1021可显示影像。其中，屏幕显示层1021可采用oled或主动矩阵有机发光二极管(active-matrix organic light-emitting diode，amoled)。屏幕触控层1022设置于屏幕显示层1021的上方。其中，屏幕触控层1022可具有触控屏幕的功能，借以可省去额外的输入装置，并能使操作更加直观。透明平板1023设置于屏幕触控层1022的上方。其中，透明平板1023可提供保护的功能，借以减少额外元件的使用。此外，显示装置102还包含光学指纹辨识装置1026。光学指纹辨识装置1026包含多个上述第四实施例的光学指纹辨识系统40，其中图11仅绘示两个光学指纹辨识系统40作为示意用途，并且图11中的光学指纹辨识系统40与手指fg非依实际比例绘示。如第四实施例中所述，光学指纹辨识系统40除了具有指纹辨识的功能，其所包含的屏幕单元451也可显示影像，触控层46也可提供触控屏幕的功能，并且保护层48也可提供保护的功能。光学指纹辨识装置1026也可改为配置其他实施例的光学指纹辨识系统，本发明并不以此为限。
175.请参照图12与图13，其中图12绘示图10的光学指纹辨识装置的配置关系上视示意图，且图13绘示图10的光学指纹辨识装置的分解示意图。
176.光学指纹辨识装置1026包含多个光路转向元件47、多个发光元件452、多个准直单元43以及多个感光元件42。由图13可看出，光路转向元件47在迭层方向z上位于发光元件452的上方。由图12与图13可看出，光路转向元件47在第一方向x与第二方向y上等间隔地设
置，光路转向元件47各自在第一方向x与第二方向y上位于各两个相邻的发光元件452之间，并且光路转向元件47与发光元件452在第一方向x与第二方向y上相互错位，其中第二方向y实质上垂直于第一方向x与迭层方向z。发光元件452分别在第一方向x与第二方向y上等间隔地设置。多个准直单元43布满整个层状结构，因此形成准直层(未另标号)。感光元件42在迭层方向z上位于发光元件452的下方，并且感光元件42在第一方向x上等间隔地设置。具体来说，感光元件42各自在第一方向x上位于各两个相邻的发光元件452之间，并且感光元件42在迭层方向z上与光路转向元件47和准直单元43相互对位而可接收来自光路转向元件47和准直单元43的成像光以成像在感光元件42上。
177.在本实施例中，光路转向元件47与发光元件452如图12中的配置方式并非用来限定本发明。
178.本发明的光学指纹辨识系统10～90与光学指纹辨识装置1026可适用于屏幕下指纹辨识，并兼具优良像差修正与良好成像品质的特色，但不以应用于智能手机为限。举例来说，光学指纹辨识系统10～90与光学指纹辨识装置1026还可多方面应用于平板计算机、随身影像纪录器与多镜头装置等电子装置中。
179.虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。