本发明涉及用于阅读或辨识图型的装置，且特别涉及一种指纹辨识装置。
背景技术：
指纹辨识技术因具有良好的防盗及个人隐私保护功能，被广泛地应用于各种电子器件中，以防止电子器件遭盗用。
在过去，指纹辨识装置中的影像感测芯片的尺寸主要依据受感测区域的尺寸而定。更具体言之，受感测区域愈小，则影像感测芯片的尺寸也愈小；反之，受感测区域愈大，则影像感测芯片的尺寸也愈大，且影像感测芯片的尺寸会相同于受感测区域的尺寸，藉以提高影像感测芯片的解析能力。然而，大尺寸的影像感测芯片具有高成本及大体积等缺点。
技术实现要素：
本发明的目的，在于提供一种指纹辨识装置，其可缩减影像感测芯片的尺寸来达到降低成本的效果。
本发明提供的一种指纹辨识装置，具有一手指感测区域并包含一盖板、一影像感测芯片、一导光件、至少一发光件、一准直件及一折光件。影像感测芯片位于盖板的一侧；导光件罩设影像感测芯片并包含一入光面及一出光面，出光面设置有一微结构；发光件设置邻近于入光面。准直件位于出光面及影像感测芯片之间，折光件位于准直件及影像感测芯片之间并包含多个折光结构；所述折光结构的外径随着远离准直件渐缩形成一尖角，且所述折光结构的尖角的角度随着远离折光件的中心线而逐渐增加。
在本发明的一实施方式中，影像感测芯片包含多个感测像素，当影像感测芯片于所述的感测像素的光轴构成的横截面上的长度为a，手指感测区域于横截面上的长度为b时，满足下列条件：b≥2a。
在本发明的一实施方式中，所述的感测像素的数量相同于所述折光结构的数量
在本发明的一实施方式中，所述的感测像素小于所述折光结构的数量。
在本发明的一实施方式中，指纹辨识装置更包含多个微透镜，所述的微透镜分别设于所述的感测像素上。
在本发明的一实施方式中，准直件包含多个遮光部及多个透光部，所述的遮光部及所述的透光部呈交错排列，且所述的透光部对应于所述的折光结构设置。
在本发明的一实施方式中，折光件更包含一基部，所述的折光结构设于基部上，且所述的折光结构的外径随着远离基部渐缩形成尖角。
在本发明的一实施方式中，折光结构的外表面为一平面或一曲面。
在本发明的一实施方式中，指纹辨识装置更包含一光整型件，设于出光面及准直件之间。
在本发明的一实施方式中，指纹辨识装置更包含一第一黏着件及第二黏着件，第一黏着件设于盖板及出光面之间，第二黏着件设于出光面及准直件之间。
本发明藉由折光件的折光结构来转折于手指感测区域产生的反射光束的角度，使影像感测芯片的尺寸得以缩减，达到降低成本的效果。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示依照本发明第一实施方式的数字电子器件的俯视图；
图2绘示依照本发明第一实施方式的指纹辨识装置的剖视图；
图3绘示依照本发明第一实施方式的准直件及折光件的剖视图；
图4绘示依照本发明第二实施方式的指纹辨识装置的剖视图；以及
图5绘示依照本发明第二实施方式的准直件及折光件的剖视图。
附图标记
1数字电子器件
10壳体
11屏幕
12指纹辨识装置
123手指感测区域
124基板
1240上表面
126盖板
1260内表面
1262外表面
128影像感测芯片
1280感测像素
1282电极
130发光件
132导光件
1320入光部
1321入光面
1322导光部
1323出光面
1324微结构
1326凹槽
133容置空间
134准直件
1340遮光部
1342透光部
136折光件
1360基部
1362折光结构
137导线
138光整型件
139黏着剂
140第一黏着件
142第二黏着件
144微透镜
c中心线
i光轴
具体实施方式
请参见图1，其绘示依照本发明第一实施方式的数字电子器件的俯视图。数字电子器件1可为一智能型电话、一平板型电脑、个人电脑、个人数字助理、媒体播放器及其它静止及携带型电子器件；数字电子器件1包含一壳体10、一屏幕11及一指纹辨识装置12；屏幕11及指纹辨识装置12分别露出于壳体10外，屏幕11用以显示信息给使用者观看并供使用者以触控的方式操作；指纹辨识装置12用以对使用者的身份执行指纹认证功能，藉以增加数字电子器件1的使用安全性。
请参见图2，其绘示依照本发明第一实施方式的指纹辨识装置的剖视图，其剖视位置为沿图1所示的线段2。指纹辨识装置12具有一手指感测区域123，手指感测区域123的大小可经设定以撷取单手手指的指纹。在图2中，指纹辨识装置12包含一盖板126、一影像感测芯片128、至少一发光件130、一导光件132、一准直件134及一折光件136，其等配合拾取使用者的指纹信息并对指纹信息进行认证。
盖板126具有一内表面1260及一外表面1262，内表面1260与外表面1262相对，且外表面1262为指纹辨识装置12的触控操作面；换言之，使用者以其手指碰触盖板126的外表面1262，以进行指纹拾取及认证。盖板126可为具有高机械强度及高穿透率的基板(例如：玻璃基板)，高机械强度主要用以避免因手指的按压或其它外力冲击而损害到位于盖板126下方的元件，高穿透率则可避免遮蔽来自发光件130的光束。
影像感测芯片128位于盖板126的一侧，适于接收在手指感测区域123被手指反射的光束所产生指纹信息并对指纹信息进行认证。影像感测芯片128可安装在基板124的上表面1240，并通过跨接在影像感测芯片128的电极1282(如图3所示)及上表面1240的导线137而与基板124上的电路布线(图中未示)形成电性连接；指纹信息认证结果可通过形成在基板124上的电路布线传递至屏幕11以进行显示。影像感测芯片128可包含一电荷耦合元件(charge-coupleddevice；简称ccd)或一互补式金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor；简称cmos)元件。
如图1所示，影像感测芯片128可呈矩形，且其上可包含彼此隔开地排成一阵列的多个感测像素1280(如图3所示)；其中，感测像素1280适于接收被手指反射的光束并产生指纹信息。
每个感测像素1280具有一光轴i，所有感测像素1280的光轴i排列在一横截面上(例如沿图1所示的线段2的剖视)；当影像感测芯片128在前述横截面上的长度为a，手指感测区域123在前述横截面上的长度为b时，满足下列条件：
b≥2a。
发光件130设于基板124的上表面1240，并位于影像感测芯片128旁。图2示意性地绘示两个发光件130，且两个发光件130分别配置在影像感测芯片128的左右两侧；在实际实施时，发光件130的数量及其等与影像感测芯片128的相对配置关系并不限于图2所绘示者，且指纹辨识装置1包含多个发光件130，这些发光件130可例如是等角度地设在影像感测芯片128旁。发光件130适于朝导光件132的一入光面1321发出光束。发光件130可例如为发光二极管，并供产生非可见光束(例如红外光束)。
导光件132可透光，其设于基板124及盖板126之间并罩设影像感测芯片128；导光件132除了可将发光件130产生的光束引导至手指感测区域123之外，还可引导被手指反射的光束(以下称反射光线)，使反射光束能通过准直件134及折光件136传递至影像感测芯片128。
在图2中，导光件132使用高穿透率的材料制作而成，并包含一入光部1320、一导光部1322及多个微结构1324。入光部1320可呈环型，其一端连接于导光部1322，另一端设于基板124的上表面1240。如图2所示，入光部1320的入光面1321可形成有朝向导光部1322的方向凹陷的多个凹槽1326，以供发光件130容设于其中，藉以增加发光件130发出的光束进入入光部1320的机率。凹槽1326的数量相同于发光件130的数量。入光部1320设于基板124上，用以将导光部1322具有一定距离地撑立于基板124上，影像感测芯片128、准直件134及折光件136分别位于基板124、入光部1320及导光部1322配合界定的一容置空间133中。
进一步地，入光部1320的外径随着由基板124往盖板126的方向逐渐缩减，使导光件132的侧剖视大致呈梯型；藉此，可以使让发光件130发出的光束得以传递至手指感测区域123。在本发明中，入光部1320及导光部1322可为一体成型；导光部1322的顶面可通过一第一黏着件140而贴附于盖板126的内表面1260。第一黏着件140呈透明状，且其折射率可例如是相同于盖板126的折射率。
导光件132更包含一出光面1323，其为导光部1322远离盖板126的表面；在本实施方式中，出光面1323的法线方向平行于入光面1321的法线方向。微结构1324设于出光面1323，且微结构1324与导光部1322可为一体成形。如图2所示，微结构1324可为由出光面1323凹入导光部1322的锯齿状结构；在实际实施时，微结构1324也不排除可以是凸出于出光面1323的锯齿状结构、柱状结构或棱镜结构。
发光件130及导光件132配合产生传递至手指感测区域132的光束；发光件130产生的光束主要经由的入光面1321进入入光部1320，再传递至导光部1322；其中，进入导光部1322的光线传播路径有二：其一直接经导光部1322折射后通过盖板126传递至位于手指感测区域123内的使用者手指，另一则以全内反射的方式于导光部1322内来回传递，直至微结构1324使光束的传播角小于全内反射的临界角，光束才得以通过盖板126传递至位于手指感测区域123内的使用者手指。申言之，微结构1324用以抑制光束以全内反射方式不断在导光部1322中传递。被手指反射的光束(即反射光束)由出光面123出射，并依序通过准直件134及折光件136传递至影像感测芯片128。
准直件134位于导光件132的出光面1323及影像感测芯片128之间，并可通过一第二黏着件142而贴附于导光件132。手指感测区域123的长度可大致相同于准直件134的长度。准直件134可恰好碰触微结构1324的底端，以避免反射光束在通过导光部1322之后，直接传递至基板124(意即未通过准直件134及折光件136即传递至基板124)，造成影像感测芯片128的对比度及影像品质不佳的问题。此外，当第二黏着件142附着于微结构1324时，除了让微结构1324无法抑制光束以全内反射的方式在导光部1322中传递，还可能让部分未经过手指反射的光束向下折射并传递至影像感测芯片128，而让影像感测芯片128产生错误的指纹信息。因此，在组装时，应避免用以将准直件134固定于导光件132上的第二黏着件142附着于微结构1324；在图2中，第二黏着件1324设于入光部1320邻近于出光面1323的位置。第二黏着件142可例如于光固化胶(例如紫外光固化胶)。
准直件134用于限制由出光面1323出射的反射光束传输至折光件136的入光面积。请参见图3，准直件134包含多个遮光部1340及多个透光部1342，透光部1342排列在相邻二遮光部1340之间；换言之，遮光部1340及透光部1342呈交错排列。
在反射光束中，以大角度入射者会受到排列在透光部1342两侧的遮光部1340阻挡而无法传递至折光件136，而以小角度入射者可直接通过透光部1342传递至折光件136。在此，定义通过准直件134的光束为准直光束。此外，透光部1342的数量经设计使相同于感测像素1280的数量，意即通过单一透光部1342的准直光束用以供单一感测像素1280产生指纹信息；再者，调整准直件134的长度l及透光部1342的口径ψ，可以调整准直光束传输至折光件136的入光面积。
折光件136设于准直件134及影像感测芯片128之间，并具有一间隔地位于影像感测芯片128上方。折光件136接收准直光束，并用以将通过透光部1342的准直光束会聚于影像感测芯片128的感测像素1280。折光件136的厚度t可为50～200微米。
在图3中，折光件136包含一基部1360及多个折光结构1362；基部1360为一透光片，其可通过黏着剂139而贴附于准直件134，并可例如以聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate；简称pet)等高分子材料制作而成。折光结构1362设于基板1360上，且其外径随着远离基部1360而渐缩形成一尖角；折光结构1362可例如由光固化胶制作而成。折光结构1362的外表面为平面。
折光结构1362的数量相同于感测像素1280的数量，折光结构136的尖角的角度随着远离折光件136的中心线c而逐渐增加，以让远离折光件136的中心线c的准直光束转折大角度后会聚于相对应的感测像素1280，而靠近折光件136的中心线c的准直光束转折小角度后会聚于相对应的感测像素1280。
综合前述，在本发明的指纹辨识装置中，发光件130产生的光束由入光面1321进入导光件132并传递至手指感测区123；由使用者手指反射前述光线所产生的反射光束依序通过出光面1323、准直件134及折光件136对焦于影像感测芯片128的感测像素1280。其中，通过本发明通过折光件136上的折光结构1362，可以改变通过准直件134的准直光束入射到感测像素1280的角度，达到缩小影像感测芯片128的长度的效果。
请参见图4，其绘示依照本发明第二实施方式的指纹辨识装置的剖视图。图4所绘示的指纹辨识装置12应用于如图1所示的数字电子器件1中，用以对使用者的身份执行指纹认证功能，达到增加数字电子器件1使用安全性的效果。
指纹辨识装置12设于一基板124的一上表面1240，并用以拾取的指纹信息并对指纹信息进行认证。指纹辨识装置12包含一盖板126、一影像感测芯片128、多个发光件130、一导光件132、一准直件134及一折光件136。
盖板126的一外表面1262为指纹辨识装置12的触控操作面；使用者以其手指碰触外表面1262，以进行指纹拾取及认证。
影像感测芯片128位于盖板126的一侧，适于接收于一手指感测区域123内被手指反射的光束(以下称反射光束)以产生指纹信息并进行认证。影像感测芯片128安装在基板124一上表面1240。
影像感测芯片128呈矩形(如图1所示)，且其上可包含彼此隔开地排成一阵列的多个感测像素1280，如图5所示；感测像素1280适于接收被指纹反射的光束并产生指纹信息。每个感测像素1280具有一光轴i，所有感测像素1280的光轴i排列在一横截面上(例如沿图1所示的线段2的剖视)；当影像感测芯片128在前述的横截面的长度为a，手指感测区域123在前述的横截面的长度为b时，满足下列条件：
b≥2a。
发光件130设于基板124上，并位于影像感测芯片128旁，其等适于朝向导光件132的一入光面1321发出非可见光束。
导光件132可透光，其设于基板124及盖板126之间并罩设影像感测芯片128；导光件132包含一入光部1320、一导光部1322及多个微结构1324。入光部1320呈环型，且其外径随着由基板124往盖板126的方向逐渐缩减，用以让发光件130发出的光束得以传递至手指感测区域123。入光部1320的一端连接于导光部1322，另一端设于基板124的上表面1240并包含入光面1321；多个凹槽1326可形成于入光面1321以供发光件130容设于其中，藉以使发光件130产生的光束得以传递至导光部1322。基板124、入光部1320及导光部1322配合界定的一容置空间133以供影像感测芯片128、准直件134及折光件136容设于其中。导光部1322的顶面可通过一第一黏着件140而贴附于盖板126的一内表面1260。
微结构1324形成于出光面1323，并用以抑制由入光部1320传递至导光部1322的光束不断以全内反射的方式于导光部1322内传递；微结构1324可为凹入出光面1323的锯齿状结构。
发光件130及导光件132配合产生传递至手指感测区域132的光束；发光件130产生的光束由入光面1321进入导光部1322，其中进入导光部1322的光线传播路径有二：其一直接经导光部1322折射后通过盖板126传递至使用者的手指，另一则以全内反射的方式于导光部1322内来回传递，直至微结构1324使光束的传播角小于全内反射的临界角，光束才得以通过盖板126传递至使用者的手指。被手指反射的光束(即反射光束)由出光面123出射，并依序通过准直件134及折光件136传递至影像感测芯片128。
在此要特别说明的是，图5所绘示的微结构1324的角度小于图2所绘示的微结构1324的角度，其可用以使大角度入射的反射光束得以进入准直件134。
准直件134位于导光件132的出光面1323及影像感测芯片128之间，并可通过一第二黏着件142而贴附于导光件132；其中，第二黏着件142设于准直件134及导光件132的微结构1324之间，第二黏着件142可例如于光固化胶。
准直件134用于限制反射光束传输至折光件136的入光面积，其可包含交错排列的多个遮光部1340及多个透光部1342(如图5所示)。遮光部1340用以防止大角度射入其中的反射光束传递至折光件136，透光部1342则供小角度入射于其中的反射光束通过而传递至折光件136。在此，定义通过准直件134的光束为准直光束。
折光件136位于准直件134及影像感测芯片128之间，并具有一间隔地位于影像感测芯片128上方；折光件136接收准直光束，并会聚准直光束于影像感测芯片128的每一感测像素1280。
折光件136包含一基部1360及多个折光结构1362；基部1360为一透光片，其可通过黏着剂139而贴附于准直件134的底部。折光结构1362设于基板1360上，且其外径随着远离基部1360渐缩形成一尖角。在图5中，折光结构1362的外表面为一曲面；其中，曲面设计可进一步地扩大其对准直光束的转折角度。
折光结构1362的数量相同于透光部1342的数量，且折光结构1362对应于透光部1342设置，以接受通过透光部1342的准直光束。折光结构136的尖角的角度随着远离折光件136的中心线c而逐渐增加，以让远离折光件136的中心线c的准直光束转折大角度后会聚于感测像素1280，而靠近折光件136的中心线c的准直光束转折小角度后会聚于感测像素1280，来达到缩小影像感测芯片128的长度的效果。在本实施方式中，感测像素1280的数量小于折光结构1362的数量；换言之，单一个感测像素1280可接受来自多个折光结构1362的光束。举例来说，在图5中，每个感测像素1280可接受来自三个折光结构1362的光束并产生指纹信息以进行认证。
此外，指纹辨识装置12还可以包含一光整型件138及多个微透镜144；光整型件138设于第二黏着件142及准直件134之间，用以将进入准直件134的反射光束进行整型，例如让以大角度进入光整形件138的反射光束以小角度出射至准直件134。微透镜144设于每个感测像素1280上，用以将通过折光件136的光束进一步地聚焦于感测像素1280，以提高感测效果。
综合前述，在本发明的指纹辨识装置中，发光件130产生的光束由入光面1321进入导光件132并传递至手指感测区123；由使用者手指反射前述光线所产生的反射光束依序通过出光面1323、光整形件138、准直件134及折光件136对焦于影像感测芯片128的感测像素1280。其中，通过本发明的折光件136上的折光结构1362，可以改变通过准直件134的准直光束入射到感测像素1280的角度，藉此可达到缩小影像感测芯片128的长度的效果。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。