生物辨识装置的制作方法

本实用新型涉及一种生物辨识装置。

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。由于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，指纹辨识装置可分为光学式与电容式。电容式指纹辨识装置组装于电子产品(例如：手机、平板电脑)时，电容式指纹辨识装置上方多设有透光元件(cover lens)，而电容式指纹辨识装置的感测效果会受到透光元件的影响。因此，光学式指纹辨识装置也倍受重视。

光学式指纹辨识装置包括光源、导光元件及影像撷取元件。光源用以发出光束，以照射按压指纹辨识装置的手指。手指的指纹是由多条不规则的凸纹与凹纹所组成。被凸纹与凹纹反射的光束会在影像撷取元件的接收面上形成为明暗交错的指纹影像。影像撷取元件可将指纹影像转换为对应的影像资讯，并将影像资讯输入至处理单元。处理单元可利用演算法计算对应于指纹的影像资讯，以进行使用者的身份辨识。然而，在已知的指纹辨识装置中，光源发出的光束耦入导光元件的效率不佳，造成指纹辨识装置的光利用率低。

技术实现要素：

本实用新型提供一种生物辨识装置。

根据本实用新型的实施例，生物辨识装置包括导光元件、光学结构、光源及影像撷取元件。导光元件包括第一表面、第二表面、内侧壁、外侧壁及底面。第二表面相对于第一表面设置。内侧壁与第二表面连接且与第二表面形成凹槽。外侧壁与第一表面连接且相对于内侧壁设置。底面相对于第一表面设置且连接于内侧壁与外侧壁之间。光学结构相对于底面设置且连接于第一表面与外侧壁之间。光学结构具有至少一反射面。光源设置于导光元件的底面旁且用以发出光束。光束自底面进入导光元件后被光学结构的至少一反射面反射，以向第一表面与第二表面之间的区域传递。影像撷取元件相对于导光元件的第二表面设置。

在根据本实用新型的实施例的生物辨识装置中，光学结构包括多个微凹陷。多个微凹陷形成于导光元件上。至少一反射面为多个反射面，而多个微凹陷分别具有多个反射面。

在根据本实用新型的实施例的生物辨识装置中，至少一反射面为一个反射面，而光学结构为直接连接于第一表面与外侧壁之间的一个反射面。

在根据本实用新型的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括反射层。反射层覆盖光学结构。光束自底面进入导光元件后被反射层反射，以向第一表面与第二表面之间的区域传递。

在根据本实用新型的实施例的生物辨识装置中，影像撷取元件位于凹槽中且具有光接收面，而光接收面朝向导光元件的第二表面。

在根据本实用新型的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括电路板。影像撷取元件配置于电路板上且与电路板电性连接，而影像撷取元件位于凹槽与电路板围出的空间中。

在根据本实用新型的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括准直元件。准直元件配置于导光元件的第二表面与影像撷取元件之间。

在根据本实用新型的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括透光元件。透光元件配置于导光元件的第一表面上。透光元件具有按压面，以供待辨识物按压。

在根据本实用新型的实施例的生物辨识装置中，待辨识物包括指纹、静脉、掌纹或其组合。

基于上述，本实用新型一实施例的生物辨识装置包括导光元件、光学结构、光源及影像撷取元件。光学结构连接于导光元件的第一表面与外侧壁之间且相对于导光元件的底面设置。光学结构具有至少一反射面。利用光学结构的至少一反射面能反射来自导光元件的底面的光束，以使光束向导光元件的第一表面与第二表面之间传递。藉此，光束耦入导光元件的工作区的效率提升，进而增加生物辨识装置的光利用效率。

附图说明

包含附图以便进一步理解本实用新型，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本实用新型的实施例，并与描述一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型一实施例的生物辨识装置的剖面示意图；

图2为本实用新型另一实施例的生物辨识装置的剖面示意图；

图3为本实用新型又一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。

附图标号说明：

10：待辨识物；

100、100A、100B：生物辨识装置；

110：导光元件；

110a：凹槽；

110b、110c：区域；

112：第一表面；

114：第二表面；

116：外侧壁；

118：内侧壁；

119：底面；

120、120B：光学结构；

120a：反射面

122：微凹陷

122a：连接面

130：光源；

140：影像撷取元件；

140a：光接收面；

142：像素区；

150：准直元件；

152：透光区；

160：电路板；

170：透光元件；

172：按压面；

180、194：光学胶；

192：支撑物；

196：反射层；

D：内径；

L：光束。

具体实施方式

现将详细地参考本实用新型的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1为本实用新型一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。请参照图1，生物辨识装置100包括导光元件110、光学结构120、光源130及影像撷取元件140。导光元件110包括第一表面112、第二表面114、外侧壁116、内侧壁118及底面119。第二表面114相对于第一表面112设置。内侧壁118与第二表面114连接。内侧壁118与第二表面114形成凹槽110a。外侧壁116与第一表面112连接且相对于内侧壁118设置。底面119相对于第一表面112设置且连接于外侧壁116与内侧壁118之间。第一表面112与第二表面114之间的区域110b与影像撷取元件140重叠。更进一步地说，区域110b在影像撷取元件140的光接收面140a上的正投影涵盖光接收面140a。换言之，区域110b在光接收面140a上的正投影面积可大于或等于光接收面140a的面积。区域110b为导光元件110的工作区。区域110b以外的区域110c为导光元件110的入光区，所述入光区具有外侧壁116、内侧壁118及底面119。在本实施例中，第一表面112与第二表面114可选择性地平行，外侧壁116与内侧壁118可选择性地平行，内侧壁118与第一表面112可选择性地垂直，但本实用新型不以此为限。在本实施例中，导光元件110的材质可为玻璃、聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。但本实用新型不限于此，在其他实施例中，导光元件110的材质也可为其他适当材料。

光学结构120相对于底面119设置且连接于第一表面112与外侧壁116之间。光学结构120形成于导光元件110上。在本实施例中，光学结构120的材质与导光元件110的材质可相同。换言之，光学结构120与导光元件110可为一体成型，而光学结构120可为导光元件110的部份表面。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，光学结构120与导光元件110也可分别制作，然后，再将光学结构120配置于导光元件110上。

值得注意的是，光学结构120具有至少一反射面120a。在本实施例中，光学结构120包括多个微凹陷122。至少一反射面120a为多个反射面120a。每一微凹陷122具有对应的一个反射面120a。在本实施例中，每一微凹陷122除了具有反射面120a外还可具有连接于相邻的两个反射面120a之间的连接面122a。在本实施例中，每一微凹陷122的反射面120a与连接面122a可相对于导光元件110的第一表面112倾斜，且反射面120a与连接面122a的倾斜方向可相反。更进一步地说，在本实施例中，微凹陷122的反射面120a与连接面122a可直接连接，而微凹陷122可呈V字型凹陷。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，微凹陷122也可呈其他适当形状。举例而言，在另一实施例中，微凹陷122也可为向导光元件110内部凹陷的曲面，所述微凹陷122的反射面120a也可为曲面。换言之，微凹陷122的反射面120a的型态并不限于图1所显示的相对于第一表面112倾斜的平面。

光源130设置于导光元件110的底面119旁。举例而言，在本实施例中，生物辨识装置100可选择性地包括支撑物192。支撑物192由底面119向光源130所在侧延伸，以维持底面119与光源130之间的间隙。在本实施例中，支撑物192可与导光元件110、电路板160或光源130一体成型，或为导光元件110、电路板160及光源130以外的构件，本实用新型并不加以限制。生物辨识装置100还可包括光学胶194。光学胶194可填入导光元件110的底面119与光源130之间的间隙，以减少光束L在入射导光元件110前的损失。需说明的是，上述的支撑物192、导光元件110的底面119、电路板160及其相对关系仅是用以举例说明光源130设置于底面119旁的一种方式。在其他实施例中，生物辨识装置100也可不包括支撑物192，而用其他适当方式将光源130设置于底面119旁。举例而言，在另一实施例中，生物辨识装置100可不包括支撑物192，导光元件110的底面119可具有凹陷(未显示)，光源130可选择性地配置于底面119的凹陷与电路板160围出的空间中。在另一实施例中，生物辨识装置100可不包括支撑物192，导光元件110的底面119可不具凹陷，而电路板160可具有凹陷(未显示)，光源130可配置于电路板160的所述凹陷中，导光元件110的底面119配置于电路板160的所述凹陷上方，而光束L也可自不具凹陷的底面119进入导光元件110。

光源130用以发出光束L。在本实施例中，光束L例如是不可见光(例如：红外光)。但本实用新型不限于此，在其他实施例中，光束L也可以是可见光(例如：红光、蓝光、绿光或其组合)或可见光与不可见光的组合。在本实施例中，光源130例如为发光二极体。但本实用新型不限于此，在其他实施例中，光源130也可为其他适当种类的发光元件。图1所示二个光源130为示例，且光源130设置在导光元件110的相对两侧。但本实用新型不限于此，在其他实施例中，光源130的数量也可为单个且设置在导光元件110的单侧，或者光源130的数量也可为三个以上且设置在导光元件110的三个以上的侧边。

影像撷取元件140相对于导光元件110的第二表面114设置。影像撷取元件具有光接收面140a。光接收面140a朝向导光元件110的第二表面114。详言之，在本实施例中，生物辨识装置100还包括电路板160，影像撷取元件140可配置于电路板160上且与电路板160电性连接。更进一步地说，在本实施例中，影像撷取元件140可配置于导光元件110的凹槽110a与电路板160所围出的空间内，但本实用新型不以此为限。影像撷取元件140具有阵列排列的多个像素(pixel)区142，以接收被待辨识物10反射的光束L，进而取得待辨识物10的影像。在本实施例中，影像撷取元件140可为电荷耦合元件(charge-coupled device；CCD)、互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)或其他适当种类的图像传感器阵列。

在本实施例中，生物辨识装置100还包括透光元件170。透光元件170配置于导光元件110的第一表面112上。透光元件170具有背向导光元件110的按压面172。按压面172供待辨识物10按压。在本实施例中，于正常的使用情况下，待辨识物10可为生物的生物特征，例如：指纹、静脉、掌纹或上述至少二者的组合等。然而，本实用新型不限于此，于不正常的使用情况下，待辨识物10也可能是伪造物，例如：假手指。在本实施例中，生物辨识装置100还包括光学胶180。透光元件170可透过光学胶180与导光元件110的第一表面112连接。在本实施例中，透光元件170、光学胶180及导光元件110的折射率可相同或相近，以减少光束L在透光元件170与光学胶180的交界及光学胶180与导光元件110的交界的反射，以提升生物辨识装置100的光利用效率和/或取像品质。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，透光元件170、光学胶180及导光元件110的折射率也可相异。

值得注意的是，光束L自底面119进入导光元件110后会被光学结构120的至少一反射面120a反射，以向第一表面112与第二表面114之间的区域110b传递。藉此，光束L耦入导光元件110的工作区(即区域110b)的效率可提升，进而增加生物辨识装置100的光利用效率。举例而言，在本实施例中，光束L穿过底面119后可被微凹陷122的反射面120a反射，以使光束L向第一表面112与第二表面114之间的区域110b传递。

在本实施例中，生物辨识装置100还可包括反射层196。反射层196覆盖光学结构120。详言之，在本实施例中，反射层196可覆盖微凹陷122的反射面120a与连接面122a，而不覆盖导光元件110的工作区(即区域110b)。光束L自底面119进入导光元件110后可被反射层196反射，以向第一表面112与第二表面114之间的区域110b传递。藉此，更多的光束L能耦入导光元件110的工作区(即区域110b)，而更进一步地提升生物辨识装置100的光利用效率。在本实施例中，反射层196例如为金属薄膜。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，反射层196也可为其他适当材料。

在本实施例中，生物辨识装置100还可包括准直元件150。准直元件150配置于导光元件110的第二表面114与影像撷取元件140之间。在本实施例中，准直元件150可透过光学胶(未显示)与影像撷取元件140连接，但本实用新型不以此为限。值得注意的是，准直元件150具有多个透光区152。多个透光区152分别对应影像撷取元件140的多个像素区142。被待辨识物10的每一处反射的光束L可通过对应的一个透光区152传递至对应的像素区142，而不易传递至其他像素区142。藉此，生物辨识装置100的取像品质能进一步地提升。但本实用新型不限于此，在其他实施例中，生物辨识装置100也可选择性地不包括准直元件150。

图2为本实用新型另一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。图2的生物辨识装置100A与图1的生物辨识装置100类似，两者的差异在于，生物辨识装置100A的导光元件110的形状与生物辨识装置100的导光元件110的形状不同。详言之，在图2的实施例中，导光元件110的外侧壁116及内侧壁118可相对于第一表面112倾斜，凹槽110a的内径D可随着远离第一表面112而增加。生物辨识装置100A具有与生物辨识装置100类似的功效与优点，于此便不再重述。

图3为本实用新型又一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。图3的生物辨识装置100B与图1的生物辨识装置100类似，两者的差异在于，生物辨识装置100B的光学结构120B与生物辨识装置100的光学结构120不同。详言之，在图3的实施例中，光学结构120B可为连接于第一表面112与外侧壁116之间的一个反射面120a。光束L自底面119进入导光元件110后会被反射面120a反射，以向第一表面112与第二表面114之间的区域110b传递。在本实施例中，反射面120a可为相对于第一表面112倾斜的平面。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，反射面120a也可为曲面。生物辨识装置100B具有与生物辨识装置100类似的功效与优点，于此便不再重述。

综上所述，本实用新型一实施例的生物辨识装置包括导光元件、光学结构、光源及影像撷取元件。光学结构连接于导光元件的第一表面与外侧壁之间且相对于导光元件的底面设置。光学结构具有至少一反射面。利用光学结构的至少一反射面能反射来自导光元件的底面的光束，以使光束向导光元件的第一表面与第二表面之间传递。藉此，光束耦入导光元件的工作区的效率提升，进而增加生物辨识装置的光利用效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。