本发明涉及一种生物辨识装置。
背景技术：
生物特征辨识的种类包括脸部、声音、虹膜、视网膜、静脉、指纹和掌纹辨识等。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特征辨识装置。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、平板计算机)时，电容式指纹辨识装置上方多设有保护元件(coverlens)。一般而言，需额外加工(例如钻孔或薄化)保护元件，以使电容式指纹辨识装置能够感测到手指触碰所造成的容值或电场变化。
相较于电容式指纹辨识装置，光学式指纹辨识装置获取容易穿透保护元件的光束以进行指纹辨识，而可以不用额外加工保护元件，因此在与电子产品的结合上较为便利。
光学式指纹辨识装置通常包括光源、影像获取组件及盖板。光源用以发出光束，以照射按压在盖板上的手指。手指的指纹是由多条不规则的凸纹与凹纹所组成。被凸纹与凹纹作用(例如：漫射)的光束会在影像获取元件的光接收面上形成为明暗交错的指纹影像。影像获取元件可将指纹影像转换为对应的影像信息，并将影像信息输入处理单元。处理单元可利用算法计算对应于指纹的影像信息，以进行用户的身份辨识。然而，在上述的取像过程中，被指纹漫射的光束易散乱地传递至影像获取元件，而造成取像质量不佳，影响辨识结果。
技术实现要素：
本发明是针对一种生物辨识装置，取像质量佳。
根据本发明的实施例，生物辨识装置包括光源、导光元件、影像获取元件以及准直器。光源用以提供光束。导光元件位于光束的传递路径上。影像获取元件具有多个像素区。准直器位于导光元件与影像获取元件之间。准直器包括多个透光元件、至少一第一遮光层、第二遮光层以及第三遮光层。每一第一遮光层位于相邻的两个透光元件之间且具有分别重叠于多个像素区的多个第一开口。第二遮光层位于多个透光元件中离影像获取元件最远的透光元件上且具有分别重叠于多个第一开口的多个第二开口。第二遮光层与至少一第一遮光层分别位于离影像获取元件最远的透光元件的相对侧。第三遮光层位于多个透光元件中离影像获取元件最近的透光元件上且具有分别重叠于多个第一开口的多个第三开口。第三遮光层与至少一第一遮光层分别位于离影像获取元件最近的透光元件的相对侧。特别是，所述多个透光元件包括依序堆叠的三个透光元件，所述三个透光元件的相邻两个透光元件的厚度相同，而所述三个透光元件的另一个透光元件的厚度与所述相邻两个透光元件的任一个的厚度不同。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，所述另一个透光元件的厚度大于所述相邻两个透光元件的任一个的厚度。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，所述另一个透光元件为多个透光元件中离影像获取元件最远或最近的透光元件。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，所述另一个透光元件及所述相邻两个透光元件朝影像获取元件的方向依序堆叠。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，所述另一个透光元件及所述相邻两个透光元件朝远离影像获取元件的方向依序堆叠。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，多个透光元件包括依序堆叠的n个透光元件，n为大于或等于3的正整数，n个透光元件的厚度和为h，所述相邻两个透光元件的任一个的厚度为h·(1/2)n-1。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，n个透光元件的第x个透光元件的厚度为h·(1/2)x，而x为大于或等于1且小于或等于n-2的正整数。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括控光元件。控光元件位于导光元件与准直器之间，控光元件包括多个棱镜，且多个棱镜的多个顶角指向导光元件。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括盖板。盖板位于导光元件上，其中盖板具有按压面，以供待辨识物按压。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，导光元件的材质包括玻璃。
在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括多个粘着层。每一粘着层位于相邻的两个透光元件之间。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例的生物辨识装置的剖面示意图；
图2为图1的部份导光元件及控光元件的放大示意图；
图3为图1的准直器及影像获取元件的俯视示意图；
图4为图1的准直器、影像获取元件及电路板的剖面的放大示意图；
图5为图1的生物辨识装置的影像获取元件上的光分布模拟图；
图6为比较例的准直器的剖面示意图；
图7为采用图6的准直器取代图1的准直器所获得的生物辨识装置的影像获取元件上的光分布模拟图；
图8为另一比较例的准直器剖面示意图；
图9为采用图8的准直器取代图1的准直器所获得的生物辨识装置的影像获取元件上的光分布模拟图；
图10为本发明另一实施例的生物辨识装置的准直器、影像获取元件及电路板的剖面示意图；
图11为本发明又一实施例的生物辨识装置的准直器、影像获取元件及电路板的剖面示意图；
图12为本发明一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。
附图标号说明
10、20、140、140a、140b：准直器；
11、21、142、142-1、142-2、142-3、142-4：透光元件；
100、100a：生物辨识装置；
110：光源；
112：发光元件；
120：导光元件；
122：出光部；
122a：表面；
124：入光部；
124a：凹陷；
130：影像获取元件；
130a：像素区；
132：电荷耦合元件；
134：光接收面；
144：第一遮光层；
144a：第一开口；
146：第二遮光层；
146a：第二开口；
148：第三遮光层；
148a：第三开口；
150：电路板；
160：盖板；
162：按压面；
170：控光元件；
172：棱镜；
180：粘着层；
a-a’：剖线；
b、b’：光束；
ba；底角；
d1、d2：方向；
f：待辨识物；
h/2、h/3、h/4、h/8：厚度；
ta：顶角；
r：区域；
x：法线；
α：夹角。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，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为本发明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例如为指纹辨识装置，用以辨识待辨识物f的指纹。但本发明不限於此，在另一实施例中，生物辨识装置100也可用以辨识静脉、掌纹、其他生物特征或上述至少两个的组合。
生物辨识装置100包括光源110、导光元件120、影像获取元件130及准直器140。
光源110用以提供光束b。光源110可为非可见光光源、可见光光源或其组合。换言之，光束b可为非可见光(例如：红外光)、可见光(例如：红光、蓝光、绿光或其组合)或其组合。举例而言，在本实施例中，光源110可包括多个发光元件112。每一发光元件112可为发光二极管或其他适当种类的发光元件。图1示意地显示两个发光元件112，且两个发光元件112位在影像获取元件130的相对侧。但本发明不限于此，在其他实施例中，发光元件112的数量及配置方式可依实际需求做适当的改变。
导光元件120位于光束b的传递路径上。导光元件120用以将光束b导向待辨识物f。举例而言，在本实施例中，导光元件110的材质可为玻璃、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或其他适当材料。光源110与影像获取元件130可选择性地位于导光元件120的同一侧。生物辨识装置100可进一步包括电路板150。光源110可配置在电路板150上且与电路板150电性连接。导光元件120具有出光部122以及连接于出光部122的至少一入光部124。光源110与影像获取元件130可位于出光部122的下方，而光源110位于影像获取元件130旁。入光部124位于光源110与出光部122之间。详言之，在本实施例中，入光部124可固定在电路板150上，入光部124可具有凹陷124a，光源110位于凹陷124a与电路板150围出空间中。但本发明不限於此，在另一实施例中，电路板150可具有凹陷(未示出)，入光部124可不具凹陷，而光源110也可设置在电路板150的凹陷与入光部124围出的空间中。在又一实施例中，入光部124与电路板150可通过固定机构(未示出)或黏着层(未示出，例如：光学胶)固定在一起。在再一实施例中，入光部124可通过粘着层(未示出，例如：光学胶)而固定在光源110上，且入光部124可不与电路板150接触。图1示意地显示两个入光部124，且两个入光部124位在出光部122的相对侧。但本发明不限于此，在其他实施例中，入光部124的数量以及配置方式可依实际的需求做其他适当设计。
请参照图1，生物辨识装置100可进一步包括盖板160。盖板160位于导光元件120上，且导光元件120位于盖板160与准直器140之间。盖板160具有按压面162，以供待辨识物f按压。在本实施例中，盖板160可为所欲组装的电子产品(例如：触控面板或触控显示面板)的保护元件(coverlens)，但本发明不以此为限。在一实施例中，盖板160与导光元件120可通过连接机构或粘着层(例如：光学胶)而固定在一起，但本发明不以此为限。若采用黏着层(未显示)固定盖板160与导光元件120，黏着层、盖板160与导光元件120的折射率可相同或相近，以减少介面反射，进而提升生物辨识装置100的光利用效率和/或取像质量。但本发明不限于此，在其他实施例中，黏着层、盖板160与导光元件120的折射率也可相异。在设置盖板160的架构下，来自光源110的光束b可依序通过入光部124、出光部122及盖板160，并在盖板160的按压面162发生全内反射。经待辨识物f作用(例如：漫射)的光束b’可依序通过盖板160及出光部122并传递至出光部122的表面122a。传递至表面122a的光束b’的一部分会被表面122a反射，而再次朝盖板160的按压面162传递。另一方面，传递至表面122a的光束b’的另一部分会自表面122a射出导光元件120。
在本实施例中，生物辨识装置100可进一步包括控光元件170。控光元件170位于导光元件120与准直器140之间，且控光元件170位于光束b’的传递路径上。举例而言，在本实施例中，控光元件170可配置在导光元件120的表面122a上，且导光元件120与控光元件170可通过连接机构或粘着层(例如：光学胶)而固定在一起。但本发明不以此为限，在其他实施例中，控光元件170也可选择性地配置于准直器140上；换言之，控光元件170也可通过连接机构或粘着层与准直器140固定在一起。
控光元件170适于在光束b’通过准直器140前，预先将光束b’准直化，以收敛光束b’的发散角。藉此，可增加光束b’后续通过准直器140的机率。图2为图1的部份导光元件120以及控光元件170的放大示意图。请参照图1及图2，在本实施例中，控光元件170可包括多个棱镜172，且棱镜172的顶角ta指向导光元件120。在本实施例中，各棱镜172的两个底角ba的角度可相同。但本发明不以此为限，在其他实施例中，棱镜172的顶角ta及底角ba可依据实际的需求做其他适当设计。
图3为图1的准直器140及影像获取元件130的俯视示意图。图4为图1的准直器140、影像获取元件130及电路板150的剖面的放大示意图。图4对应于图3的剖线a-a’。请参照图1、图3及图4，影像获取元件130位于导光元件120下方且具有多个像素(pixel)区130a(绘于图4)，以接收经待辨识物f作用的光束b’，进而取得待辨识物f的影像。在本实施例中，影像获取元件130例如包括多个电荷耦合元件132(charge-coupleddevice,ccd)。影像获取元件130可配置于电路板150上并与电路板150电连接。电荷耦合元件132所在的区域为影像获取元件130的像素区130a。在另一实施例中，影像获取元件130可包括多个互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor,cmos)，而互补金属氧化物半导体所在的区域为影像获取元件130的像素区130a。
请参照图1，准直器140位于导光元件120与影像获取元件130之间，且准直器140位于待辨识物f作用后的光束b’的传递路径上。举例而言，在本实施例中，准直器140可配置在影像获取元件130上，且准直器140与影像获取元件130可通过连接机构或粘着层(例如：光学胶)而固定在一起，但本发明不以此为限。
请参照图3及图4，准直器140包括多个透光元件142、至少一第一遮光层144、第二遮光层146及第三遮光层148。每一第一遮光层144位于相邻两个透光元件142之间且具有分别重叠于多个像素区130a的多个第一开口144a。第二遮光层146位于多个透光元件142中离影像获取元件130最远的一个透光元件142-1上。第二遮光层146与第一遮光层144分别位于透光元件142-1的相对侧。第二遮光层146具有分别重叠于多个第一开口144a的多个第二开口146a。第三遮光层148位于多个透光元件142中离影像获取元件130最近的透光元件142-3上。第三遮光层148与第一遮光层144分别位于透光元件142-3的相对侧。第三遮光层148具有分别重叠于多个第一开口144a的多个第三开口148a。在本实施例中，第一遮光层144、第二遮光层146及第三遮光层148的材质以选用吸光材料为佳。举例而言，可采用含有吸光材料(例如：碳)的硅胶系、压克力系或光阻材料制作第一遮光层144、第二遮光层146及第三遮光层148。但本发明不限于此，在其他实施例中，第一遮光层144、第二遮光层146及第三遮光层148的材质也可选用其他适当的遮光材料，例如：反光材料。
在本实施例中，第二开口146a的宽度可大于或等于第一开口144a的宽度，第一开口144a的宽度可大于或等于第三开口148a的宽度。举例而言，在本实施例中，第二开口146a的宽度、第一开口144a的宽度及第三开口148a的宽度可相同。进一步而言，第二开口146a、第一开口144a及第三开口148a可具有相同或实质上相同的形状及尺寸。所谓实质上相同的形状及尺寸是考虑到制作工艺所造成的误差。在本实施例中，第二开口146a、第一开口144a及第三开口148a的形状例如是矩形。但本发明不以此为限，在其他实施例中，第二开口146a、第一开口144a及第三开口148a的形状也可以是圆形、三角形、五边形或其他适当形状。
请参照图4，值得注意的是，准直器140的多个透光元件142包括依序堆叠的透光元件142-1、透光元件142-2及透光元件142-3，其中相邻的两个透光元件142-2及透光元件142-3的厚度h/4相同，而另一透光元件142-1的厚度h/2与透光元件142-2及透光元件142-3的任一个的厚度h/4不同。更进一步地说，透光元件142-1的厚度h/2大于透光元件142-2的厚度h/4。在本实施例中，透光元件142-1、透光元件142-2及透光元件142-3可朝影像获取元件130的方向d1依序堆叠。换言之，在本实施例中，厚度h/2最厚的透光元件142-1可为所有透光元件142中离影像获取元件130最远的透光元件。但本发明不限于此，在其他实施例中，透光元件142-1、透光元件142-2及透光元件142-3也可以其他适当方式堆叠，以下将于后续段落配合其他图式举例说明之。
在本实施例中，多个透光元件142的厚度可依特定规则设计。具体而言，准直器140的多个透光元件142包括依序堆叠的的n个透光元件142-1、142-2、142-3，n为大于或等于3的正整数，n个透光元件142的厚度和为h，多个透光元件142-1、142-2、142-3的相邻两个透光元件142-2、142-3具有相同的厚度，而所述相同的厚度为h·(1/2)n-1。n个透光元件142-1、142-2、142-3的第x个透光元件142的厚度为h·(1/2)x，而x为大于或等于1且小于或等于n-2正整数。举例而言，在本实施例中，准直器140可包括依序堆叠的3个透光元件142-1、142-2、142-3(即n＝3，x＝3-2＝1)，3个透光元件142-1、142-2、142-3的厚度和为h，3个透光元件142-1、142-2、142-3的相邻两个透光元件142-2、142-3具有相同的厚度h·(1/2)3-1＝h/4，而第1个透光元件142-1的厚度为h·(1/2)1＝h/2。需说明的是，在图2的实施例中，是以包括3个透光元件142的准直器140为例说明，但本发明不限于此，在其他实施例中，准直器140也包括其他适当数量(例如4个或4个以上)的透光元件142，以下将于后续段落配合其他图式举例说明之。
请参照图4，在本实施例中，准直器140还包括多个粘着层180。每一粘着层180位于相邻的两个透光元件142之间，以连接相邻的两个透光元件142。在本实施例中，粘着层180的折射率以等于或接近透光元件142的折射率为佳，但本发明不限于此。粘着层180的材质例如为光学胶(opticalclearadhesive，oca)或薄膜型粘晶层(dieattachfilm，daf)，但本发明不以此为限。
值得一提的是，向准直器140传递的光束b’是否能被准直器140良好地准直化可取决于第一遮光层144的第一开口144a的宽度w、第一遮光层144的多个第一开口144a的排列间距、第二遮光层146的第二开口146a的宽度w、第二遮光层146的多个第二开口146a的排列间距、第三遮光层148的第三开口148a的宽度w、第三遮光层148的多个第三开口148a的排列间距和/或多个透光元件142的厚度h/4、h/2等。在本实施例中，准直器140包括依序堆叠的三个透光元件142-1、142-2、142-3，其中相邻两个透光元件142-2、142-3的厚度h/4相同，而另一个透光元件142-1的厚度h/2与相邻两个透光元件142-2、142-3的任一个的厚度h/4不同。藉此，与影像获取元件130的光接收面134的法线x夹角α大的光束b’会被位于准直器140内部的第一遮光层144阻挡。被待辨识物f的每一处作用的光束b’可传递至对应的像素区130a而不易误入相邻的其他像素区130a，进而提高生物辨识装置100的取像质量。以下搭配图5至图9进一步地说明。
图5为图1的生物辨识装置100的影像获取元件130上的光分布模拟图。图5中以虚线圈起的多个区域r分别对应图3的多个第二开口146a所在的区域。图6为比较例的准直器10剖面示意图。请参照图4及图6，比较例的准直器10与本实施例的准直器140的差异在于，比较例的准直器10包括准直器140的第二遮光层146及第三遮光层148，但比较例的准直器10不包括设置于准直器140内部的第一遮光层144，且比较例的准直器10是用厚度h单一的一个透光元件11取代准直器140的多个透光元件142。图7为采用图6的准直器10取代图1的准直器140所获得的生物辨识装置的影像获取元件130上的光分布模拟图。图7中以虚线圈起的多个区域r分别对应图3的多个第二开口146a所在的区域。由图7可知，若采用图6的比较例的准直器10，应通过中央的一个第二开口146a而进入对应像素区130a的光束b’容易误入相邻的其他8个像素区130a。
图8为另一比较例的准直器20剖面示意图。请参照图4及图8，图8的比较例的准直器20与本实施例的准直器140的差异在于，比较例的准直器20包括准直器140的第一遮光层144、第二遮光层146及第三遮光层148，但比较例的准直器20是用厚度h/3相同的多个透光元件21取代准直器100的多个透光元件142。图9为采用图8的准直器20取代图1的准直器140所获得的生物辨识装置的影像获取元件130上的光分布模拟图。图9中以虚线圈起的多个区域r分别对应图3的多个第二开口146a所在的区域。由图9可知，即便准直器20的内部也设有第一遮光层144，但在准直器20的多个透光元件21的厚度h/3未经特殊设计下，应通过中央的一个第二开口146a而进入对应像素区130a的光束b’仍易误入相邻的其他4个像素区130a。比对图5、图7与图9可证，本实施例的生物辨识装置100透过将第一遮光层144设置在具有不同厚度h/2、h/4的透光元件142-1、142-2之间，应通过每一第二开口146a而进入对应像素区130a的光束b’不易误入其他相邻的像素区130a，而生物辨识装置100具有高取像质量。
图10为本发明另一实施例的生物辨识装置的准直器、影像获取元件及电路板的剖面示意图。请参照图10，准直器140a的多个透光元件142包括依序堆叠的透光元件142-1、透光元件142-2及透光元件142-3，其中相邻的两个透光元件142-2及透光元件142-3的厚度h/4相同，而另一透光元件142-1的厚度h/2与透光元件142-2及透光元件142-3的任一个的厚度h/4不同。更进一步地说，透光元件142-1的厚度h/2大于透光元件142-2的厚度h/4。在图10的实施例中，透光元件142-1、透光元件142-2及透光元件142-3可朝远离影像获取元件130的方向d2依序堆叠，而厚度最厚的透光元件142-1可为所有透光元件142中离影像获取元件130最近的透光元件。采用准直器140a的生物辨识装置也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11为本发明又一实施例的生物辨识装置的准直器、影像获取元件及电路板的剖面示意图。请参照图11，准直器140b的多个透光元件142包括依序堆叠的n个透光元件142-1、142-2、142-3、142-4，n为大于或等于3的正整数，n个透光元件142的厚度和为h，多个透光元件142的相邻两个透光元件142-3、142-4具有相同的厚度，而所述相同的厚度为h·(1/2)n-1。n个透光元件142的第x个透光元件142的厚度为h·(1/2)x，而x为大于或等于1且小于或等于n-2正整数。举例而言，准直器140b可包括依序堆叠的4个透光元件142-1、142-2、142-3、142-4(即n＝4，x＝1,2)，4个透光元件142-1、142-2、142-3、142-4的厚度和为h，4个透光元件142-1、142-2、142-3、142-4的相邻两个透光元件142-3、142-4具有相同的厚度h·(1/2)4-1＝h/8。第1个透光元件142-1的厚度为h·(1/2)1＝h/2。第2个透光元件142-2的厚度为h·(1/2)2＝h/4。采用准直器140b的生物辨识装置也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12为本发明一实施例的生物辨识装置的剖面示意图。请参照图12，前述准直器140、140a、140b的任一个也可应用在生物辨识装置100a中。图12的生物辨识装置100a与图1的生物辨识装置100的差异在于：在生物辨识装置100a中，供待辨识物f按压的按压面可为导光元件120的表面122a。换言之，待辨识物f可直接按压导光元件120的表面122a上，而生物辨识装置100a的导光元件120可取代生物辨识装置100的盖板160的功能。在本实施例中，导光元件120的材质例如为玻璃，但本发明不限于此，具备足够耐压性且外观符合需求的材质均可用以制作生物辨识装置100a的导光元件120。
综上所述，本发明一实施例的生物辨识装置包括光源、导光元件、具有多个像素区的影像获取元件及位于导光元件与影像获取元件之间的准直器。准直器包括多个透光元件、至少一第一遮光层、第二遮光层及第三遮光层。每一第一遮光层位于相邻两个透光元件之间且具有分别重叠于多个像素区的多个第一开口。第二遮光层位于多个透光元件中离影像获取元件最远的透光元件上且具有分别重叠于所述多个第一开口的多个第二开口。第三遮光层位于多个透光元件中离影像获取元件最近的透光元件上且具有分别重叠于多个第一开口的多个第三开口。特别是，多个透光元件的至少两个相邻的透光元件的厚度不同。透过将第一遮光层设置在不同厚度的透光元件之间，与影像获取元件的光接收面的法线夹角大的光束会被位于准直器内部的第一遮光层阻挡。藉此，被待辨识物的每一处作用的光束可传递至对应的像素区而不易误入其他像素区，进而提高生物辨识装置的取像质量。
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权利要求的范围。