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薄型化高成像质量的指纹辨识装置

阅读：248发布：2022-08-12

专利汇可以提供薄型化高成像质量的指纹辨识装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明为薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其包括：透光层；成像组件；光传感器；以及至少一个光源，或是薄型化高成像质量的指纹辨识装置包括：多个透光层；多个成像组件；多个光传感器；以及至少一个光源。藉本发明的实施，指纹辨识系统的制造不须复杂制作工艺或制造设备，实施成本低廉；可节省使用空间，大幅提高应用范围；适合使用不同厚度的透光层；适合使用于透光层与光传感器之间填充胶体的应用；并且可以增加指纹特征点判别，降低指纹辨识的误判率。，下面是薄型化高成像质量的指纹辨识装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用以感测或辨识指纹的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其包括有：
透光层，其为透光材质所形成，待测手指的指纹接触该透光层的表面；
成像组件，与该透光层相邻设置，并与该手指接触的表面的相对表面相接；
光传感器，与该成像组件相邻设置，并使该成像组件位于该透光层与该光传感器之间；
以及
至少一个光源，邻近该透光层设置，该光源发出的光线并照射置放于该透光层的该指纹。
2.一种用以感测或辨识指纹的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其包括有：
多个透光层，其为透光材质所形成，待测手指的指纹接触至少二相邻的该透光层的表面；
多个成像组件，每一个该成像组件与该透光层相邻设置，并与该手指接触的表面的相对表面相接；
多个光传感器，每一个该光传感器与该成像组件相邻设置，并使该成像组件位于该透光层与该光传感器之间；以及
至少一个光源，邻近上述多个透光层设置，该光源发出的光线并照射置放于任一该透光层的该指纹。
3.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中任一该透光层为玻璃所形成。
4.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中该光源为至少一个发光二极管或至少一个激光二极管。
5.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中该成像组件为针孔成像装置，并具有与该透光层相接触且不透光的第一表面，针孔位于该第一表面，又该针孔的孔径大小是小于或等于该成像组件的厚度的4倍。
6.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中该成像组件由多个具有针孔的腔体所组成，且每一个腔体的任一侧壁24皆不透光。
7.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中该成像组件产生该指纹的指纹影像，并使该指纹影像受该光传感器接收以进行辨识或处理。
8.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中该透光层受可见光、红外光、或是紫外光所穿透。
9.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中该透光层的厚度介于1微米～800微米之间。
10.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中该透光层的厚度大于、等于或小于该成像组件的厚度。
11.如权利要求1或2所述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其特征在于，其中该成像组件的厚度除以该透光层的厚度的数值介于0.3至1.3之间。

说明书全文

薄型化高成像质量的指纹辨识装置

技术领域

[0001] 本发明是关于一种指纹辨识装置，特别是关于一种薄型化高成像质量的指纹辨识装置。

背景技术

[0002] 传统的光学式指纹辨识系统或装置，为了能够获得指纹的影像，通常在装置内加上一个成像系统(Image System)。而且，由于传统装置的使用/占用空间大，能够便利于以使用一个正透镜(Positive Lens)的方式在成像系统内进行成像。

[0003] 然而，随着指纹辨识系统或装置日渐普及至现今大量使用的手持装置或行动装置，在手持装置或行动装置讲究轻薄短小的现在，可供指纹辨识系统或指纹辨识装置使用的空间非常的有限。

[0004] 因此，若将指纹辨识系统或装置应用于空间较小的应用装置时，会因为物理限制而无法使用正透镜成像的方法。

[0005] 有鉴于此，本案将提出一种薄型化且具有高成像质量的指纹辨识装置，而可将之应用于薄型、超薄型或迷你型装置的有限空间之内。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其包括：透光层；成像组件；光传感器；以及至少一个光源，或是薄型化高成像质量的指纹辨识装置包括：多个透光层；多个成像组件；多个光传感器；以及至少一个光源。藉本发明的实施，指纹辨识系统的制造不须复杂制作工艺或制造设备，实施成本低廉；可节省使用空间，大幅提高应用范围；适合使用不同厚度的透光层；适合使用于透光层与光传感器之间填充胶体的应用；并且可以增加指纹特征点判别，降低指纹辨识的误判率。

[0007] 本发明解决其技术问题可以采用以下技术方案来实现。

[0008] 本发明提供一种用以感测或辨识指纹的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其包括有：透光层，其为透光材质所形成，待测手指的指纹系接触透光层的表面；成像组件，与透光层相邻设置，并与手指接触的表面的相对表面相接；光传感器，与成像组件相邻设置，并使成像组件位于透光层与光传感器之间；以及至少一个光源，邻近透光层设置，光源发出的光线并照射置放于透光层的指纹。

[0009] 本发明解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现。

[0010] 本发明又提供一种用以感测或辨识指纹的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其包括有：多个透光层，其为透光材质所形成，待测手指的指纹接触至少二相邻的透光层的表面；多个成像组件，每一个成像组件与透光层相邻设置，并与手指接触的表面的相对表面相接；多个光传感器，每一个光传感器与成像组件相邻设置，并使成像组件位于透光层与光传感器之间；以及至少一个光源，邻近上述多个透光层设置，光源发出的光线并照射置放于任一透光层的指纹。

[0011] 本发明解决其技术问题还可以采用以下技术措施来实现。

[0012] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中任一该透光层为玻璃所形成。

[0013] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中该光源为至少一个发光二极管或至少一个激光二极管。

[0014] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中该成像组件为针孔成像装置，并具有与该透光层相接触且不透光的第一表面，针孔位于该第一表面，又该针孔的孔径大小是小于或等于该成像组件的厚度的4倍。

[0015] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中该成像组件由多个具有针孔的腔体所组成，且每一个腔体的任一侧壁24皆不透光。

[0016] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中该成像组件产生该指纹的指纹影像，并使该指纹影像受该光传感器接收以进行辨识或处理。

[0017] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中该透光层受可见光、红外光、或是紫外光所穿透。

[0018] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中该透光层的厚度介于1微米～800微米之间。

[0019] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中该透光层的厚度大于、等于或小于该成像组件的厚度。

[0020] 上述的薄型化高成像质量的指纹辨识装置，其中该成像组件的厚度除以该透光层的厚度的数值介于0.3至1.3之间。

[0021] 藉由本发明的实施，至少可以达到下列进步功效：

[0022] 不须复杂制作工艺或制造设备，实施成本低廉。

[0023] 大幅节省使用空间，提高应用范围。

[0024] 高分辨率，可以正确判别及辨识指纹。

[0025] 为使任何熟习相关技术者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、申请专利范围及图式，任何熟习相关技术者可轻易地理解本发明相关的目的及优点，因此将在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点。附图说明

[0026] 图1A为本发明实施例的一种薄型化高成像质量的指纹辨识装置的组成结构示意图。

[0027] 图1B为本发明实施例的另一种薄型化高成像质量的指纹辨识装置的组成结构示意图。

[0028] 图2A为本发明实施例的一种指纹辨识的示意图。

[0029] 图2B为本发明实施例的一种成像组件的示意图。

[0030] 图3A为本发明实施例的一种使用针孔数组的薄型化高成像质量的指纹辨识装置的立体示意图。

[0031] 图3B为本发明实施例的一种使用针孔数组的薄型化高成像质量的指纹辨识装置的侧剖视图。

[0032] 【主要组件符号说明】

[0033] 100：薄型化高成像质量的指纹辨识装置

[0034] 100’：薄型化高成像质量的指纹辨识装置

[0035] 10：透光层

[0036] 20：成像组件

[0037] 20’：成像组件

[0038] 21：针孔

[0039] 22：第一表面

[0040] 23：底面

[0041] 24：侧壁

[0042] 30：光传感器

[0043] 40：光源

[0044] 200：手指

[0045] 300：指纹

[0046] 300’：指纹影像

[0047] H1：透光层的厚度

[0048] H2：成像组件的厚度

[0049] Wpixel：像素大小

[0050] PSF：点扩散函数

[0051] Wpsf：有效宽度

[0052] Whole：孔径大小

[0053] Wdiff:扩散宽度

[0054] Eimage:照度

[0055] Wc:针孔宽度

具体实施方式

[0056] 请参考图1A所示，为实施例的一种薄型化高成像质量的指纹辨识装置(High Resolution Thin Device For Fingerprint Recognition)100，其包括：透光层10；成像组件20；光传感器30；以及至少一个光源40。

[0057] 如图1A所示，薄型化高成像质量的指纹辨识装置100的透光层10可以为玻璃等透光材质所形成，透光层10并且可以受可见光、红外光、或是紫外光所穿透，且透光层的厚度可以介于1微米～800微米之间。

[0058] 在实际应用时，待测者的手指200的指纹300可以与透光层10的表面相接触以方便进行指纹300的辨识或处理。

[0059] 如图1A所示，在实际应用时，待测者的手指200放置在透光层10的上方，并利用位于光传感器30周围的至少一个光源40，将光源40发出的光入射至手指200并使手指200反射光线。

[0060] 如图1A所示，成像组件20将手指200上的指纹300成像于光传感器30上，并进而以光传感器30或与光传感器30相连接的外部装置进行指纹300的辨识或处理的功能。

[0061] 如图1A所示的光源40，邻近于透光层10设置，光源40发出的光线并照射置放于透光层10的指纹300，光源40则可以为至少一个发光二极管(LED)或激光二极管(LD)等，成本低廉、耗电量小且使用方便的光源所组成。

[0062] 接着，请参考图1B所示，为实施例的另一种薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’，其具有多个透光层10；多个成像组件20；多个光传感器30；以及至少一个光源40，其中每一个成像组件20及光传感器30的组合都受到一个透光层10所覆盖而形成一种透光层10加上成像组件20加上光传感器30的组合。

[0063] 除了透光层10、成像组件20及光传感器30的组合方式及数量的不同，薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’的透光层10、成像组件20、光传感器30及光源40之间的特征及连接关系与薄型化高成像质量的指纹辨识装置100的透光层10、成像组件20、光传感器30及光源40相同，在此不再赘述。

[0064] 如图1B所示，薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’对指纹300的辨识或处理，最少由相邻的2个透光层10加上成像组件20加上光传感器30的组合，以及最少一个光源40进行。

[0065] 如图1A至图2B所示，薄型化高成像质量的指纹辨识装置100或薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’的成像组件20，为与透光层10相连接的针孔成像装置，成像组件20产生指纹300的指纹影像300’，并使指纹影像300’受光传感器30接收以进行辨识或处理。

[0066] 如图2A所示，成像组件20是以下述的方程式对指纹300进行成像为指纹影像300’：

[0067]

[0068] 其中Li为像距(指纹影像300’与成像组件20的距离)、Lo为物距(指纹300与成像组件20的距离)、fe为成像组件20的等效焦距(Effective Focal Length)。

[0069] 而如图2A所示的实施例中，Li等于透光层10的厚度H1，而Lo则为成像组件20的厚度H2。

[0070] 接着如图2B所示，为成像组件20的一种实施例，成像组件为单一个腔体，其与透光层10相接触的第一表面22具有针孔21且不透光，手指200所反射的光线会被针孔21以外的第一表面22所阻隔；而针孔21则受手指200所反射的光线通过，并使通过的光线在光传感器30上依据指纹300的纹路或形状形成指纹影像300’。

[0071] 另一方面，所述的成像组件20，除了第一表面22的针孔21以及与第一表面22相对的底面23以外，其他的任一个侧壁24则都不受光线穿透。如此指纹300所反射且穿过针孔21的光线，便仅可以穿透针孔21及底面23在产生针孔效应后进入光传感器30形成指纹影像300’。

[0072] 接下来，请参考图3A及图3B所示，为了有效获取较大范围的指纹影像，可以利用针孔数组形成的成像组件20’的方式对指纹300进行成像。其中成像组件20’是由多个针孔21所排列形成，而排列的方式通常可以选择为针孔21的矩阵式排列(pinhole array)。

[0073] 也就是，如图3A及图3B所示，透光层10与光传感器30之间的成像组件20’是由多个具有针孔21的腔体所组成，并且每一腔体的任一个侧壁24皆不透光，如此，每个腔体由针孔成像所产生的影像能够彼此靠近，却又不会互相重叠而造成彼此间的干扰，能够最大幅度的提升光传感器30的像素利用率。

[0074] 使用多个针孔21的针孔数组形成的成像组件20’，具有多个针孔21布满整个光传感器30的上方，如此则可以对指纹300的每一个区块/部份(Segment)进行分区成像，分区成像之后再经由影像拼接的方式，则进而可以获得大范围的指纹影像300’。

[0075] 如图3B所示，实施例中，透光层10的高度H1与针孔21至光传感器30的距离H2的比例，可以选择为

[0076] 0.3≤H2/H1≤1.3

[0077] 而其中当H2/H1<1时，为缩小型态的成像，也就是说指纹影像300’的尺寸较所侦测到的指纹300的尺寸为小；而当H2/H1＝1时为1：1的成像，也就是说指纹影像300’的尺寸与所侦测到的指纹300的尺寸相同；而当H2/H1>1时为放大型态的成像，也就是说指纹影像300’的尺寸较所侦测到的指纹300的尺寸为大。

[0078] 其中，当使用或设置的薄型化高成像质量的指纹辨识装置100或薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’之中，H2/H1＝1时，薄型化高成像质量的指纹辨识装置100或薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’为1：1的成像，可以有效的获取指纹300的指纹影像300’的图案。

[0079] 当H2/H1<1时，薄型化高成像质量的指纹辨识装置100或薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’进行缩小成像，此时光传感器30所取得的每一个区块的指纹影像300’会有一部分彼此重复。其优点是可以有效获取全局指纹影像，并且能够藉由重复的影像消除噪声；而其缺点则是当光传感器30的像素大小Wpixel固定时，薄型化高成像质量的指纹辨识装置
100或薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’的指纹辨识分辨率会稍微下降。

[0080] 而当H2/H1>1时，薄型化高成像质量的指纹辨识装置100或薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’为放大成像，此时虽然会造成部分影像无法被取得，但其优点是当光传感器30的像素大小Wpixel为固定时，薄型化高成像质量的指纹辨识装置100或薄型化高成像质量的指纹辨识装置100’的分辨率会提升。

[0081] 前述各实施例中，针孔成像的影像质量由点扩散函数(Point Spread Function)所决定，其公式可以表达为

[0082] Image＝Object*PSF

[0083] 其中，Image为成像的影像强度、Object为待测物影像强度，点扩散函数PSF的有效宽度Wpsf受到针孔21的孔径大小Whole所影响，孔径大小Whole较大时绕射效应不明显，有效宽度Wpsf几乎等于孔径大小Whole；在应用时可以直接缩小孔径大小Whole来改善或调整有效宽度Wpsf。

[0084] 另一方面，当孔径大小Whole与光源40的波长接近时，绕射(Diffraction)效应会趋向严重，使得绕射效应造成的影像的扩散宽度Wdiff开始主导有效宽度Wpsf。此时，点扩散函数PSF的宽度便可以表达成为

[0085] Wpsf≒max[Whole,Wdiff]

[0086] 其中≒表示“大致等于”的意思。

[0087] 此外，针孔21的大小也直接影响到光传感器30的成像的照度Eimage，其数学式可表示为

[0088] Eimage＠(Whole)2

[0089] 其中＠表示“趋近于”，为大致相等的意思。

[0090] 在考虑到能量与影像质量的优化时，可以将孔径大小Whole与光传感器30的像素大小Wpixel设置为

[0091] 0.3Wpixel≤Whole≤3Wpixel

[0092] 再者，多个针孔21的针孔数组所形成的成像组件20’在光传感器30上所产生的指纹影像300’，在光传感器30中心处的像素(pixel)与光传感器30外围处的像素(pixel)所接收到的照度(Irradiance)并不相同，容易导致因明暗度不同而产生的辨识误差。

[0093] 为了避免光传感器30上不同像素(pixel)的照度(Irradiance)差异过大，甚至超出光传感器30所能感测的动态范围(Dynamic Range)，可以选择设置成像组件20’的每一个针孔21，使得针孔宽度Wc与针孔21的高度(等于成像组件的厚度)H2具有如下的关系[0094] Wc＜4H2或Wc＝4H2

[0095] 此外，如图1B、图3A及图3B所示，在实施例中，多个针孔21的针孔数组所形成的成像组件20’的上方，可以仅覆盖一个透光层10，或是在形成成像组件20’的每一个针孔21上方的相对位置上，都分别设置一个透光层10。

[0096] 但上述各实施例是用以说明本发明的特点，其目的在使熟习该技术者能了解本发明的内容并据以实施，而非限定本发明的专利范围，故凡其他未脱离本发明所揭示的精神而完成的等效修饰或修改，仍应包含在申请专利范围中。

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薄型化高成像质量的指纹辨识装置

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