指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块的制作方法

本发明涉及一种指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块，特别涉及一种可达到薄型化要求的指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块。

背景技术：

一般而言，指纹辨识装置进行指纹读取的通常作法是，以固定手指的方法来读取指纹。例如，可以一压板供手指接触，再利用多个发光元件提供“当镜头要撷取已接触压板的手指的指纹影像时”所需的光源。由于此种指纹辨识装置为了要满足全反射的原理，其镜头、手指与光源之间必须要有特定角度存在，方能撷取到明显且清晰的指纹影像，所以使得现有光学式指纹辨识装置普遍存在有尺寸较大而无法达到薄型化要求的缺失。故，如何通过结构设计的改良，来克服上述的缺失，已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。

技术实现要素：

本发明实施例在于提供一种指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块，其至少可解决“现有光学式指纹辨识装置普遍存在有尺寸较大而无法达到薄型化要求”的缺失。

本发明其中一实施例所提供的一种指纹影像撷取装置，其包括：一电路基板、一外壳体、一透光元件及一指纹影像撷取模块。所述外壳体设置在所述电路基板上，其中所述外壳体的顶端具有一顶端开口；所述透光元件设置在所述外壳体上，以封闭所述外壳体的所述顶端开口；所述指纹影像撷取模块设置在所述外壳体内，其中所述指纹影像撷取模块包括：至少一发光元件、一第一光学元件、一第二光学元件、一透镜组件、以及一指纹影像感测元件。至少一所述发光元件电性连接于所述电路基板；所述第一光学元件设置在至少一所述发光元件的其中一侧旁且相距至少一所述发 光元件一第一预定距离，其中所述第一光学元件具有两个反光结构及一连接于两个所述反光结构之间的导光结构；所述第二光学元件设置在至少一所述发光元件的另外一侧旁且相距至少一所述发光元件一第二预定距离；所述透镜组件设置在至少一所述发光元件及所述第二光学元件之间；所述指纹影像感测元件设置在所述第二光学元件的下方且电性连接于所述电路基板；其中，至少一所述发光元件所产生的一投射光束直接投向所述反光结构，所述投射光束通过两个所述反光结构的反射，以形成一先穿过所述透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束；其中，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述导光结构且被所述导光结构所导引的影像光束，所述影像光束先穿过所述透镜组件后，再通过所述第二光学元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，藉此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。

本发明另外一实施例所提供的一种指纹影像撷取模块，其包括：至少一发光元件、一第一光学元件、一第二光学元件、一透镜组件、以及一指纹影像感测元件。所述第一光学元件设置在至少一所述发光元件的其中一侧旁且相距至少一所述发光元件一第一预定距离，其中所述第一光学元件具有两个反光结构及一连接于两个所述反光结构之间的导光结构；所述第二光学元件设置在至少一所述发光元件的另外一侧旁且相距至少一所述发光元件一第二预定距离；所述透镜组件设置在至少一所述发光元件及所述第二光学元件之间；所述指纹影像感测元件设置在所述第二光学元件的下方；其中，至少一所述发光元件所产生的一投射光束直接投向所述反光结构，所述投射光束通过两个所述反光结构的反射，以形成一先穿过一透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束；其中，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述导光结构且被所述导光结构所导引的影像光束，所述影像光束先穿过所述透镜组件后，再通过所述第二光学元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，藉此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。

本发明另外再一实施例所提供的一种指纹影像撷取模块，其包括：至少一发光元件、一具有两个反光结构及一导光结构的第一光学元件、一第二光学元件、一透镜组件、以及一指纹影像感测元件，其中所述指纹影像 撷取模块的特征在于：至少一所述发光元件所产生的一投射光束直接投向所述反光结构，所述投射光束通过两个所述反光结构的反射，以形成一先穿过一透光元件后再投向一手指的一指纹上的照明光束，所述照明光束通过所述手指的反射，以形成一投向所述导光结构且被所述导光结构所导引的影像光束，所述影像光束先穿过所述透镜组件后，再通过所述第二光学元件的反射以投向所述指纹影像感测元件，藉此所述指纹影像感测元件通过感测所述影像光束，以得到所述手指的所述指纹的一指纹影像。

本发明的有益效果可以在于，本发明实施例所提供的指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块，其可通过至少一所述发光元件、所述第一光学元件、所述第二光学元件、所述透镜组件及所述指纹影像感测元件之间的特殊排列设计，以使得本发明的指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块可达到薄型化的要求，并可应用于任何需要薄型化要求的电子产品内。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而说明书附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的指纹影像撷取装置的立体示意图。

图2为图1的A-A割面线的剖面示意图。

图3为图1的B-B割面线的剖面示意图。

图4为本发明第二实施例的指纹影像撷取模块的上视剖面示意图。

图5为本发明第二实施例的指纹影像撷取模块的侧视剖面示意图。

附图标记说明：

指纹影像撷取装置 S

电路基板 1

外壳体 2 顶端开口 20

透光元件 3 透镜部 30

指纹影像撷取模块 G

发光元件 4

第一光学元件 6 反光结构 61

反光曲面 610

第一定位部 611

导光结构 62

第一平台 621

第二平台 622

第一凸透镜 623

第二凸透镜 624

第二光学元件 7

透镜组件 8 光学镜头 8A

透镜单元 80

透镜部 800

第二定位部 801

孔径光阑 8B

遮光部 810

穿孔部 811

指纹影像感测元件 9

投射光束 L

照明光束 R

影像光束 M

第一指纹影像光束 M1

第二指纹影像光束 M2

第三指纹影像光束 M3

手指 F

指纹 f

聚焦点 P

具体实施方式

以下是通过特定的具体实例来说明本发明所公开“指纹影像撷取装置及其指纹影像撷取模块”的实施方式，熟悉此技艺的相关人士可由本说明 书所公开的内容轻易了解本发明的优点与技术效果。本发明亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，亦即未反应出相关构成的实际尺寸，先予叙明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的技术范畴。

〔第一实施例〕

请参阅图1至图3所示，其中图2为图1的A-A割面线的剖面示意图，图3为图1的B-B割面线的剖面示意图。配合上述图中可知，本发明第一实施例提供一种指纹影像撷取装置S，其包括：一电路基板1、一外壳体2、一透光元件3及一指纹影像撷取模块G，其中指纹影像撷取模块G设置在外壳体2内，并且指纹影像撷取模块G包括至少一发光元件4(本发明的附图以至少两个发光元件4为例子来做说明，但并不以此为限)、一第一光学元件6、一第二光学元件7、一透镜组件8及一指纹影像感测元件9。

首先，配合图1及图3所示，外壳体2设置在电路基板1上，其中外壳体2的顶端具有一顶端开口20，并且透光元件3设置在外壳体2上。由于透光元件3的尺寸可设计成与外壳体2的顶端开口20相同大小，所以透光元件3刚好可以容置在顶端开口20内，以封闭外壳体2的顶端开口20。举例来说，透光元件3的底部以一体成型的方式连接有一透镜部30，或者是，将一光学透镜(图未示)设置于透光元件3与第一光学元件6之间，其中透光元件3与第一光学元件6都与光学透镜(图未示)彼此分离一预定距离。电路基板1可以是在表面设计有一预定电路布局的基板，外壳体2是由不透光的材料所制成，并且透光元件3可以是由玻璃或塑胶材料所制成的透明板，以供使用者的手指F可以置放其上。

再者，配合图2及图3所示，发光元件4电性连接于电路基板1。更进一步来说，发光元件4(例如发光二极管(LED))是被横向摆放在电路基板1上，所以发光元件4所产生的投射光束L是以大致平行于电路基板1的方式来进行横向照射。

此外，配合图2及图3所示，第一光学元件6设置在至少一发光元件4的其中一侧旁且相距至少一发光元件4一第一预定距离，并且第一光学元 件6具有两个反光结构61及一连接于两个反光结构61之间的导光结构62。更进一步来说，每一个反光结构61具有一反光曲面610及一定位在外壳体2内的第一定位部611，并且导光结构62具有一面向透光元件3的第一平台621、一面向透镜组件8且垂直于第一平台621的第二平台622、一设置在第一平台621上的第一凸透镜623、以及一设置在第二平台622上的第二凸透镜624。当然，导光结构62亦可采用光纤来取代。

另外，配合图2及图3所示，第二光学元件7设置在至少一发光元件4的另外一侧旁且相距至少一发光元件4一第二预定距离。透镜组件8设置在至少一发光元件4及第二光学元件7之间。指纹影像感测元件9设置在第二光学元件7的下方且电性连接于电路基板1。更进一步来说，第二光学元件7可为一实体的多段导光棱镜(prism)，其内部具有至少3个导光面，以提供光束进行至少3次的反射。透镜组件8包括一由至少一透镜单元80(本发明的附图以至少两个透镜单元80为例子来做说明，但并不以此为限)所组成的光学镜头8A及一紧靠光学镜头8A的孔径光阑8B(或称为光瞳)，其中每一个透镜单元80具有一透镜部800及一连接于透镜部800且定位在外壳体2内的第二定位部801，并且孔径光阑8B具有一遮光部810及一穿过遮光部810的穿孔部811。另外，指纹影像感测元件9可为任何种类的指纹影像感测器或指纹影像感测晶片。

因此，配合图2及图3所示，发光元件4所产生的一投射光束L会通过第一光学元件6的反光结构61的反光曲面610的反射，以形成一先穿过透光元件3后再“向上”投向一手指F的一指纹f上的照明光束R。由于反光元件6的反光结构61的使用，所以照明光束R能够以广角的方式来照明手指F的指纹f，以提升手指F的指纹f被照明光束R所照射到的面积。照明光束R会通过手指F的反射而折回，以形成一“向下”投向导光结构62且被导光结构62所导引的影像光束M。影像光束M先穿过透镜组件8后，会再通过第二光学元件7的反射，以“向下”投向指纹影像感测元件9。因此，指纹影像感测元件9可通过感测影像光束M，以得到手指F接触到透光元件3时的指纹f的一指纹影像。

更进一步来说，配合图2及图3所示，照明光束R会通过手指F的反射而折回，以形成一先穿过透光元件3后再“向下”投向导光结构62且 被导光结构62所导引的第一指纹影像光束M1(如图3所示)，其中第一指纹影像光束M1通过第一凸透镜623以进入导光结构62内，且第一指纹影像光束M1通过第二凸透镜624以离开导光结构62。第一指纹影像光束M1会穿过透镜组件8，以形成一投向第二光学元件7的第二指纹影像光束M2(如图2或图3所示)。第二指纹影像光束M2会通过第二光学元件7的反射，以形成一“向下”投向指纹影像感测元件9的第三指纹影像光束M3(如图3所示)。因此，指纹影像感测元件9可通过感测第三指纹影像光束M3，以得到手指F接触到透光元件3的指纹f的指纹影像。值得注意的是，第一指纹影像光束M1及第三指纹影像光束M3都为近似垂直移动光束，而第二指纹影像光束M2则为近似水平移动光束。

值得一提的是，导光结构62的第二凸透镜624可为一光学物镜，透镜组件8的透镜部800可为一光学目镜，第一指纹影像光束M1可通过光学物镜(第二凸透镜624)与光学目镜(透镜部800)的配合(其中，第一指纹影像光束M1会被聚焦在位于光学物镜与光学目镜之间的一聚焦点P上)，以使得第二指纹影像光束M2投射在第二光学元件7上的照射区域(或成像区域)被放大，藉此以提升指纹影像感测元件9所撷取到的手指F的指纹f的指纹影像的清晰度。

综上所述，由于至少一发光元件4、第一光学元件6、第二光学元件7、透镜组件8及指纹影像感测元件9之间的特殊排列设计，所以本发明第一实施例所提供的指纹影像撷取装置S可达到薄型化的要求，使得指纹影像撷取装置S可应用于任何需要薄型化要求的电子产品内，例如手机。

〔第二实施例〕

请参阅图4至图5所示，本发明第二实施例提供一种指纹影像撷取模块G，其包括：至少一发光元件4(本发明的附图以至少两个发光元件4为例子来做说明，但并不以此为限)、一第一光学元件6、一第二光学元件7、一透镜组件8及一指纹影像感测元件9。

更进一步来说，第一光学元件6设置在至少一发光元件4的其中一侧旁且相距至少一发光元件4一第一预定距离，并且第一光学元件6具有两个反光结构61及一连接于两个反光结构61之间的导光结构62。每一个反光结构61具有一反光曲面610，并且导光结构62具有一面向透光元件3的 第一平台621、一面向透镜组件8且垂直于第一平台621的第二平台622、一设置在第一平台621上的第一凸透镜623、以及一设置在第二平台622上的第二凸透镜624。当然，导光结构62亦可采用光纤来取代。第二光学元件7设置在至少一发光元件4的另外一侧旁且相距至少一发光元件4一第二预定距离。透镜组件8设置在至少一发光元件4及第二光学元件7之间。透镜组件8包括一光学镜头8A及一紧靠光学镜头8A的孔径光阑8B(或称为光瞳)。指纹影像感测元件9设置在第二光学元件7的下方。

因此，配合图4及图5所示，发光元件4所产生的一投射光束L会通过第一光学元件6的反光结构61的反光曲面610的反射，以形成一先穿过透光元件3后再“向上”投向一手指F的一指纹f上的照明光束R。由于反光元件6的反光结构61的使用，所以照明光束R能够以广角的方式来照明手指F的指纹f，以提升手指F的指纹f被照明光束R所照射到的面积。照明光束R会通过手指F的反射而折回，以形成一“向下”投向导光结构62且被导光结构62所导引的影像光束M。影像光束M先穿过透镜组件8后，会再通过第二光学元件7的反射，以“向下”投向指纹影像感测元件9。因此，指纹影像感测元件9可通过感测影像光束M，以得到手指F接触到透光元件3时的指纹f的一指纹影像。

更进一步来说，配合图4及图5所示，照明光束R会通过手指F的反射而折回，以形成一先穿过透光元件3后再“向下”投向导光结构62且被导光结构62所导引的第一指纹影像光束M1(如图5所示)，其中第一指纹影像光束M1通过第一凸透镜623以进入导光结构62内，且第一指纹影像光束M1通过第二凸透镜624以离开导光结构62。第一指纹影像光束M1会穿过透镜组件8，以形成一投向第二光学元件7的第二指纹影像光束M2(如图4或图5所示)。第二指纹影像光束M2会通过第二光学元件7的反射，以形成一“向下”投向指纹影像感测元件9的第三指纹影像光束M3(如图5所示)。因此，指纹影像感测元件9可通过感测第三指纹影像光束M3，以得到手指F接触到透光元件3的指纹f的指纹影像。值得注意的是，第一指纹影像光束M1及第三指纹影像光束M3都为近似垂直移动光束，而第二指纹影像光束M2则为近似水平移动光束。

值得一提的是，导光结构62的第二凸透镜624可为一光学物镜，透镜 组件8的透镜部800可为一光学目镜，第一指纹影像光束M1可通过光学物镜(第二凸透镜624)与光学目镜(透镜部800)的配合(其中，第一指纹影像光束M1会被聚焦在位于光学物镜与光学目镜之间的一聚焦点P上)，以使得第二指纹影像光束M2投射在第二光学元件7上的照射区域(或成像区域)被放大，藉此以提升指纹影像感测元件9所撷取到的手指F的指纹f的指纹影像的清晰度。

综上所述，由于至少一发光元件4、第一光学元件6、第二光学元件7、透镜组件8及指纹影像感测元件9之间的特殊排列设计，所以本发明第一实施例所提供的指纹影像撷取装置S可达到薄型化的要求，使得指纹影像撷取装置S可应用于任何需要薄型化要求的电子产品内，例如手机。

〔实施例的可能技术效果〕

综上所述，本发明的有益效果可以在于，本发明实施例所提供的指纹影像撷取装置S及其指纹影像撷取模块G，其可通过至少一发光元件4、第一光学元件6、第二光学元件7、透镜组件8及指纹影像感测元件9之间的特殊排列设计，以使得本发明的指纹影像撷取装置S及其指纹影像撷取模块G可达到薄型化的要求，并可应用于任何需要薄型化要求的电子产品内。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。