本發(fā)明涉及一種指紋影像擷取裝置及其指紋影像擷取模塊，特別涉及一種可達(dá)到薄型化要求的指紋影像擷取裝置及其指紋影像擷取模塊。

背景技術(shù)：

一般而言，指紋辨識裝置進(jìn)行指紋讀取的通常作法是，以固定手指的方法來讀取指紋。例如，可以一壓板供手指接觸，再利用多個發(fā)光元件提供“當(dāng)鏡頭要擷取已接觸壓板的手指的指紋影像時”所需的光源。由于此種指紋辨識裝置為了要滿足全反射的原理，其鏡頭、手指與光源之間必須要有特定角度存在，方能擷取到明顯且清晰的指紋影像，所以使得現(xiàn)有光學(xué)式指紋辨識裝置普遍存在有尺寸較大而無法達(dá)到薄型化要求的缺失。故，如何通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改良，來克服上述的缺失，已成為該項(xiàng)事業(yè)所欲解決的重要課題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例在于提供一種指紋影像擷取裝置及其指紋影像擷取模塊，其至少可解決“現(xiàn)有光學(xué)式指紋辨識裝置普遍存在有尺寸較大而無法達(dá)到薄型化要求”的缺失。

本發(fā)明其中一實(shí)施例所提供的一種指紋影像擷取裝置，其包括：一電路基板、一外殼體、一透光元件及一指紋影像擷取模塊。所述外殼體設(shè)置在所述電路基板上，其中所述外殼體的頂端具有一頂端開口；所述透光元件設(shè)置在所述外殼體上，以封閉所述外殼體的所述頂端開口；所述指紋影像擷取模塊設(shè)置在所述外殼體內(nèi)，其中所述指紋影像擷取模塊包括：至少一發(fā)光元件、一第一光學(xué)元件、一第二光學(xué)元件、一透鏡組件、以及一指紋影像感測元件。至少一所述發(fā)光元件電性連接于所述電路基板；所述第一光學(xué)元件設(shè)置在至少一所述發(fā)光元件的其中一側(cè)旁且相距至少一所述發(fā) 光元件一第一預(yù)定距離，其中所述第一光學(xué)元件具有兩個反光結(jié)構(gòu)及一連接于兩個所述反光結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)；所述第二光學(xué)元件設(shè)置在至少一所述發(fā)光元件的另外一側(cè)旁且相距至少一所述發(fā)光元件一第二預(yù)定距離；所述透鏡組件設(shè)置在至少一所述發(fā)光元件及所述第二光學(xué)元件之間；所述指紋影像感測元件設(shè)置在所述第二光學(xué)元件的下方且電性連接于所述電路基板；其中，至少一所述發(fā)光元件所產(chǎn)生的一投射光束直接投向所述反光結(jié)構(gòu)，所述投射光束通過兩個所述反光結(jié)構(gòu)的反射，以形成一先穿過所述透光元件后再投向一手指的一指紋上的照明光束；其中，所述照明光束通過所述手指的反射，以形成一投向所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)且被所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)所導(dǎo)引的影像光束，所述影像光束先穿過所述透鏡組件后，再通過所述第二光學(xué)元件的反射以投向所述指紋影像感測元件，藉此所述指紋影像感測元件通過感測所述影像光束，以得到所述手指的所述指紋的一指紋影像。

本發(fā)明另外一實(shí)施例所提供的一種指紋影像擷取模塊，其包括：至少一發(fā)光元件、一第一光學(xué)元件、一第二光學(xué)元件、一透鏡組件、以及一指紋影像感測元件。所述第一光學(xué)元件設(shè)置在至少一所述發(fā)光元件的其中一側(cè)旁且相距至少一所述發(fā)光元件一第一預(yù)定距離，其中所述第一光學(xué)元件具有兩個反光結(jié)構(gòu)及一連接于兩個所述反光結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)；所述第二光學(xué)元件設(shè)置在至少一所述發(fā)光元件的另外一側(cè)旁且相距至少一所述發(fā)光元件一第二預(yù)定距離；所述透鏡組件設(shè)置在至少一所述發(fā)光元件及所述第二光學(xué)元件之間；所述指紋影像感測元件設(shè)置在所述第二光學(xué)元件的下方；其中，至少一所述發(fā)光元件所產(chǎn)生的一投射光束直接投向所述反光結(jié)構(gòu)，所述投射光束通過兩個所述反光結(jié)構(gòu)的反射，以形成一先穿過一透光元件后再投向一手指的一指紋上的照明光束；其中，所述照明光束通過所述手指的反射，以形成一投向所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)且被所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)所導(dǎo)引的影像光束，所述影像光束先穿過所述透鏡組件后，再通過所述第二光學(xué)元件的反射以投向所述指紋影像感測元件，藉此所述指紋影像感測元件通過感測所述影像光束，以得到所述手指的所述指紋的一指紋影像。

本發(fā)明另外再一實(shí)施例所提供的一種指紋影像擷取模塊，其包括：至少一發(fā)光元件、一具有兩個反光結(jié)構(gòu)及一導(dǎo)光結(jié)構(gòu)的第一光學(xué)元件、一第二光學(xué)元件、一透鏡組件、以及一指紋影像感測元件，其中所述指紋影像 擷取模塊的特征在于：至少一所述發(fā)光元件所產(chǎn)生的一投射光束直接投向所述反光結(jié)構(gòu)，所述投射光束通過兩個所述反光結(jié)構(gòu)的反射，以形成一先穿過一透光元件后再投向一手指的一指紋上的照明光束，所述照明光束通過所述手指的反射，以形成一投向所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)且被所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)所導(dǎo)引的影像光束，所述影像光束先穿過所述透鏡組件后，再通過所述第二光學(xué)元件的反射以投向所述指紋影像感測元件，藉此所述指紋影像感測元件通過感測所述影像光束，以得到所述手指的所述指紋的一指紋影像。

本發(fā)明的有益效果可以在于，本發(fā)明實(shí)施例所提供的指紋影像擷取裝置及其指紋影像擷取模塊，其可通過至少一所述發(fā)光元件、所述第一光學(xué)元件、所述第二光學(xué)元件、所述透鏡組件及所述指紋影像感測元件之間的特殊排列設(shè)計(jì)，以使得本發(fā)明的指紋影像擷取裝置及其指紋影像擷取模塊可達(dá)到薄型化的要求，并可應(yīng)用于任何需要薄型化要求的電子產(chǎn)品內(nèi)。

為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，然而說明書附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的指紋影像擷取裝置的立體示意圖。

圖2為圖1的A-A割面線的剖面示意圖。

圖3為圖1的B-B割面線的剖面示意圖。

圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的指紋影像擷取模塊的上視剖面示意圖。

圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例的指紋影像擷取模塊的側(cè)視剖面示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

指紋影像擷取裝置 S

電路基板 1

外殼體 2 頂端開口 20

透光元件 3 透鏡部 30

指紋影像擷取模塊 G

發(fā)光元件 4

第一光學(xué)元件 6 反光結(jié)構(gòu) 61

反光曲面 610

第一定位部 611

導(dǎo)光結(jié)構(gòu) 62

第一平臺 621

第二平臺 622

第一凸透鏡 623

第二凸透鏡 624

第二光學(xué)元件 7

透鏡組件 8 光學(xué)鏡頭 8A

透鏡單元 80

透鏡部 800

第二定位部 801

孔徑光闌 8B

遮光部 810

穿孔部 811

指紋影像感測元件 9

投射光束 L

照明光束 R

影像光束 M

第一指紋影像光束 M1

第二指紋影像光束 M2

第三指紋影像光束 M3

手指 F

指紋 f

聚焦點(diǎn) P

具體實(shí)施方式

以下是通過特定的具體實(shí)例來說明本發(fā)明所公開“指紋影像擷取裝置及其指紋影像擷取模塊”的實(shí)施方式，熟悉此技藝的相關(guān)人士可由本說明 書所公開的內(nèi)容輕易了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)效果。本發(fā)明亦可通過其他不同的具體實(shí)施例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不悖離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。另外，本發(fā)明的附圖僅為簡單說明，并非依實(shí)際尺寸描繪，亦即未反應(yīng)出相關(guān)構(gòu)成的實(shí)際尺寸，先予敘明。以下的實(shí)施方式將進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，但所公開的內(nèi)容并非用以限制本發(fā)明的技術(shù)范疇。

〔第一實(shí)施例〕

請參閱圖1至圖3所示，其中圖2為圖1的A-A割面線的剖面示意圖，圖3為圖1的B-B割面線的剖面示意圖。配合上述圖中可知，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種指紋影像擷取裝置S，其包括：一電路基板1、一外殼體2、一透光元件3及一指紋影像擷取模塊G，其中指紋影像擷取模塊G設(shè)置在外殼體2內(nèi)，并且指紋影像擷取模塊G包括至少一發(fā)光元件4(本發(fā)明的附圖以至少兩個發(fā)光元件4為例子來做說明，但并不以此為限)、一第一光學(xué)元件6、一第二光學(xué)元件7、一透鏡組件8及一指紋影像感測元件9。

首先，配合圖1及圖3所示，外殼體2設(shè)置在電路基板1上，其中外殼體2的頂端具有一頂端開口20，并且透光元件3設(shè)置在外殼體2上。由于透光元件3的尺寸可設(shè)計(jì)成與外殼體2的頂端開口20相同大小，所以透光元件3剛好可以容置在頂端開口20內(nèi)，以封閉外殼體2的頂端開口20。舉例來說，透光元件3的底部以一體成型的方式連接有一透鏡部30，或者是，將一光學(xué)透鏡(圖未示)設(shè)置于透光元件3與第一光學(xué)元件6之間，其中透光元件3與第一光學(xué)元件6都與光學(xué)透鏡(圖未示)彼此分離一預(yù)定距離。電路基板1可以是在表面設(shè)計(jì)有一預(yù)定電路布局的基板，外殼體2是由不透光的材料所制成，并且透光元件3可以是由玻璃或塑膠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，配合圖2及圖3所示，發(fā)光元件4電性連接于電路基板1。更進(jìn)一步來說，發(fā)光元件4(例如發(fā)光二極管(LED))是被橫向擺放在電路基板1上，所以發(fā)光元件4所產(chǎn)生的投射光束L是以大致平行于電路基板1的方式來進(jìn)行橫向照射。

此外，配合圖2及圖3所示，第一光學(xué)元件6設(shè)置在至少一發(fā)光元件4的其中一側(cè)旁且相距至少一發(fā)光元件4一第一預(yù)定距離，并且第一光學(xué)元 件6具有兩個反光結(jié)構(gòu)61及一連接于兩個反光結(jié)構(gòu)61之間的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62。更進(jìn)一步來說，每一個反光結(jié)構(gòu)61具有一反光曲面610及一定位在外殼體2內(nèi)的第一定位部611，并且導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62具有一面向透光元件3的第一平臺621、一面向透鏡組件8且垂直于第一平臺621的第二平臺622、一設(shè)置在第一平臺621上的第一凸透鏡623、以及一設(shè)置在第二平臺622上的第二凸透鏡624。當(dāng)然，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62亦可采用光纖來取代。

另外，配合圖2及圖3所示，第二光學(xué)元件7設(shè)置在至少一發(fā)光元件4的另外一側(cè)旁且相距至少一發(fā)光元件4一第二預(yù)定距離。透鏡組件8設(shè)置在至少一發(fā)光元件4及第二光學(xué)元件7之間。指紋影像感測元件9設(shè)置在第二光學(xué)元件7的下方且電性連接于電路基板1。更進(jìn)一步來說，第二光學(xué)元件7可為一實(shí)體的多段導(dǎo)光棱鏡(prism)，其內(nèi)部具有至少3個導(dǎo)光面，以提供光束進(jìn)行至少3次的反射。透鏡組件8包括一由至少一透鏡單元80(本發(fā)明的附圖以至少兩個透鏡單元80為例子來做說明，但并不以此為限)所組成的光學(xué)鏡頭8A及一緊靠光學(xué)鏡頭8A的孔徑光闌8B(或稱為光瞳)，其中每一個透鏡單元80具有一透鏡部800及一連接于透鏡部800且定位在外殼體2內(nèi)的第二定位部801，并且孔徑光闌8B具有一遮光部810及一穿過遮光部810的穿孔部811。另外，指紋影像感測元件9可為任何種類的指紋影像感測器或指紋影像感測晶片。

因此，配合圖2及圖3所示，發(fā)光元件4所產(chǎn)生的一投射光束L會通過第一光學(xué)元件6的反光結(jié)構(gòu)61的反光曲面610的反射，以形成一先穿過透光元件3后再“向上”投向一手指F的一指紋f上的照明光束R。由于反光元件6的反光結(jié)構(gòu)61的使用，所以照明光束R能夠以廣角的方式來照明手指F的指紋f，以提升手指F的指紋f被照明光束R所照射到的面積。照明光束R會通過手指F的反射而折回，以形成一“向下”投向?qū)Ч饨Y(jié)構(gòu)62且被導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62所導(dǎo)引的影像光束M。影像光束M先穿過透鏡組件8后，會再通過第二光學(xué)元件7的反射，以“向下”投向指紋影像感測元件9。因此，指紋影像感測元件9可通過感測影像光束M，以得到手指F接觸到透光元件3時的指紋f的一指紋影像。

更進(jìn)一步來說，配合圖2及圖3所示，照明光束R會通過手指F的反射而折回，以形成一先穿過透光元件3后再“向下”投向?qū)Ч饨Y(jié)構(gòu)62且 被導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62所導(dǎo)引的第一指紋影像光束M1(如圖3所示)，其中第一指紋影像光束M1通過第一凸透鏡623以進(jìn)入導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62內(nèi)，且第一指紋影像光束M1通過第二凸透鏡624以離開導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62。第一指紋影像光束M1會穿過透鏡組件8，以形成一投向第二光學(xué)元件7的第二指紋影像光束M2(如圖2或圖3所示)。第二指紋影像光束M2會通過第二光學(xué)元件7的反射，以形成一“向下”投向指紋影像感測元件9的第三指紋影像光束M3(如圖3所示)。因此，指紋影像感測元件9可通過感測第三指紋影像光束M3，以得到手指F接觸到透光元件3的指紋f的指紋影像。值得注意的是，第一指紋影像光束M1及第三指紋影像光束M3都為近似垂直移動光束，而第二指紋影像光束M2則為近似水平移動光束。

值得一提的是，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62的第二凸透鏡624可為一光學(xué)物鏡，透鏡組件8的透鏡部800可為一光學(xué)目鏡，第一指紋影像光束M1可通過光學(xué)物鏡(第二凸透鏡624)與光學(xué)目鏡(透鏡部800)的配合(其中，第一指紋影像光束M1會被聚焦在位于光學(xué)物鏡與光學(xué)目鏡之間的一聚焦點(diǎn)P上)，以使得第二指紋影像光束M2投射在第二光學(xué)元件7上的照射區(qū)域(或成像區(qū)域)被放大，藉此以提升指紋影像感測元件9所擷取到的手指F的指紋f的指紋影像的清晰度。

綜上所述，由于至少一發(fā)光元件4、第一光學(xué)元件6、第二光學(xué)元件7、透鏡組件8及指紋影像感測元件9之間的特殊排列設(shè)計(jì)，所以本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的指紋影像擷取裝置S可達(dá)到薄型化的要求，使得指紋影像擷取裝置S可應(yīng)用于任何需要薄型化要求的電子產(chǎn)品內(nèi)，例如手機(jī)。

〔第二實(shí)施例〕

請參閱圖4至圖5所示，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種指紋影像擷取模塊G，其包括：至少一發(fā)光元件4(本發(fā)明的附圖以至少兩個發(fā)光元件4為例子來做說明，但并不以此為限)、一第一光學(xué)元件6、一第二光學(xué)元件7、一透鏡組件8及一指紋影像感測元件9。

更進(jìn)一步來說，第一光學(xué)元件6設(shè)置在至少一發(fā)光元件4的其中一側(cè)旁且相距至少一發(fā)光元件4一第一預(yù)定距離，并且第一光學(xué)元件6具有兩個反光結(jié)構(gòu)61及一連接于兩個反光結(jié)構(gòu)61之間的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62。每一個反光結(jié)構(gòu)61具有一反光曲面610，并且導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62具有一面向透光元件3的 第一平臺621、一面向透鏡組件8且垂直于第一平臺621的第二平臺622、一設(shè)置在第一平臺621上的第一凸透鏡623、以及一設(shè)置在第二平臺622上的第二凸透鏡624。當(dāng)然，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62亦可采用光纖來取代。第二光學(xué)元件7設(shè)置在至少一發(fā)光元件4的另外一側(cè)旁且相距至少一發(fā)光元件4一第二預(yù)定距離。透鏡組件8設(shè)置在至少一發(fā)光元件4及第二光學(xué)元件7之間。透鏡組件8包括一光學(xué)鏡頭8A及一緊靠光學(xué)鏡頭8A的孔徑光闌8B(或稱為光瞳)。指紋影像感測元件9設(shè)置在第二光學(xué)元件7的下方。

因此，配合圖4及圖5所示，發(fā)光元件4所產(chǎn)生的一投射光束L會通過第一光學(xué)元件6的反光結(jié)構(gòu)61的反光曲面610的反射，以形成一先穿過透光元件3后再“向上”投向一手指F的一指紋f上的照明光束R。由于反光元件6的反光結(jié)構(gòu)61的使用，所以照明光束R能夠以廣角的方式來照明手指F的指紋f，以提升手指F的指紋f被照明光束R所照射到的面積。照明光束R會通過手指F的反射而折回，以形成一“向下”投向?qū)Ч饨Y(jié)構(gòu)62且被導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62所導(dǎo)引的影像光束M。影像光束M先穿過透鏡組件8后，會再通過第二光學(xué)元件7的反射，以“向下”投向指紋影像感測元件9。因此，指紋影像感測元件9可通過感測影像光束M，以得到手指F接觸到透光元件3時的指紋f的一指紋影像。

更進(jìn)一步來說，配合圖4及圖5所示，照明光束R會通過手指F的反射而折回，以形成一先穿過透光元件3后再“向下”投向?qū)Ч饨Y(jié)構(gòu)62且被導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62所導(dǎo)引的第一指紋影像光束M1(如圖5所示)，其中第一指紋影像光束M1通過第一凸透鏡623以進(jìn)入導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62內(nèi)，且第一指紋影像光束M1通過第二凸透鏡624以離開導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62。第一指紋影像光束M1會穿過透鏡組件8，以形成一投向第二光學(xué)元件7的第二指紋影像光束M2(如圖4或圖5所示)。第二指紋影像光束M2會通過第二光學(xué)元件7的反射，以形成一“向下”投向指紋影像感測元件9的第三指紋影像光束M3(如圖5所示)。因此，指紋影像感測元件9可通過感測第三指紋影像光束M3，以得到手指F接觸到透光元件3的指紋f的指紋影像。值得注意的是，第一指紋影像光束M1及第三指紋影像光束M3都為近似垂直移動光束，而第二指紋影像光束M2則為近似水平移動光束。

值得一提的是，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)62的第二凸透鏡624可為一光學(xué)物鏡，透鏡 組件8的透鏡部800可為一光學(xué)目鏡，第一指紋影像光束M1可通過光學(xué)物鏡(第二凸透鏡624)與光學(xué)目鏡(透鏡部800)的配合(其中，第一指紋影像光束M1會被聚焦在位于光學(xué)物鏡與光學(xué)目鏡之間的一聚焦點(diǎn)P上)，以使得第二指紋影像光束M2投射在第二光學(xué)元件7上的照射區(qū)域(或成像區(qū)域)被放大，藉此以提升指紋影像感測元件9所擷取到的手指F的指紋f的指紋影像的清晰度。

綜上所述，由于至少一發(fā)光元件4、第一光學(xué)元件6、第二光學(xué)元件7、透鏡組件8及指紋影像感測元件9之間的特殊排列設(shè)計(jì)，所以本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的指紋影像擷取裝置S可達(dá)到薄型化的要求，使得指紋影像擷取裝置S可應(yīng)用于任何需要薄型化要求的電子產(chǎn)品內(nèi)，例如手機(jī)。

〔實(shí)施例的可能技術(shù)效果〕

綜上所述，本發(fā)明的有益效果可以在于，本發(fā)明實(shí)施例所提供的指紋影像擷取裝置S及其指紋影像擷取模塊G，其可通過至少一發(fā)光元件4、第一光學(xué)元件6、第二光學(xué)元件7、透鏡組件8及指紋影像感測元件9之間的特殊排列設(shè)計(jì)，以使得本發(fā)明的指紋影像擷取裝置S及其指紋影像擷取模塊G可達(dá)到薄型化的要求，并可應(yīng)用于任何需要薄型化要求的電子產(chǎn)品內(nèi)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，非因此局限本發(fā)明的專利范圍，故舉凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所做的等效技術(shù)變化，均包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。