指紋辨識之光學成像系統設計

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姓名

許漢忠(Han-Chung Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

指紋辨識之光學成像系統設計
(Optical imaging system design of fingerprint indentification)

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摘要(中)

本論文為指紋辨識之光學成像系統設計。研究流程為：（1）幾何光學理論初階計算；（2）以Zemax光學軟體來進行優化，找尋系統最佳參數；（3）於光機模擬商用軟體建構系統模型，模擬指紋特徵光源間距大小為0.1mm，觀察聚焦成像於感測器上之能量分佈；（4）進行公差分析，以找出公差上下限。
在直角稜鏡式指紋辨識系統中，以直角稜鏡提供指紋按觸，會使得影像在斜面的維度會壓縮除以1.414因子，且在有限共軛成像的條件下，如何縮短成像距離且兼顧成像品質是個難題。傳統式模擬出來的結果，在22.63mm範圍的最外兩側之影像對比度低於0.2以下，不符合系統之影像對比度0.4以上要求，而改良式提升效果均在0.5以上。
提出新型稜鏡式架構以改善直角稜鏡式架構其影像會有壓縮之缺點，採用離軸光路設計，增加一全反射光學面，以減少雜散光，並提升系統的訊雜比。新型式1在16mm範圍內之離軸負4mm外，低於影像對比度0.6之要求，而新型式2整體均在0.65上。
在實際生產製造上，設計者必須訂出合理的公差範圍，能讓製程人員有所依循。藉由Zemax光學軟體的公差靈敏度分析，來求得公差範圍，可以知道哪個參數對於系統影像對比度較具有高靈敏度。

摘要(英)

In this paper, we research on optical imaging system of fingerprint identification. We follow these design process: (1) We use geometrical optics theories to calculate first-order structure. (2) We use Zemax optical software to optimization. (3) It builds point source that simulate fingerprint feature into ASAP to trace ray. Then, it estimate the energy distribution on sensor. (4) We analysis the simulation model’s tolerance. It provides a reference data for manufacturer.
On Right-angle prism type fingerprint identification, it restricts to right-angle prism. It causes object distances fixed. The short imaging distance lets tilted axis angle could be bigger. Then, distortion aberration also could be influence seriously.
Traditional type’s fingerprint range is 22.63mm . We discuss fingerprint size is 0.1mm. It’s two outside image contrast lower 0.2. It can not satisfy image quality specification. However, Innovation type’s image contrast raise higher to 0.5.
We provide new prism type fingerprint identification. It designs off-axis optical system. In order to prevent image compressed, it adds a reflective optical surface. It’s advantages is reducing stray light and improving S/N ratio of system performance. New type 1’s fingerprint range is 16mm. Outside negative 4mm, the image contrast lower 0.6. But, New type 2’s image contrast raise higher to 0.65.

關鍵字(中)

★ 公差靈敏度
★ 指紋辨識
★ 非球面
★ 有限共軛成像
★ 畸變量

關鍵字(英)

★ aspherical
★ finite-conjugate imaging
★ fingerprint identification
★ distortion

論文目次

第 1 章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 文獻回顧 4
1.4 論文架構 6
第 2 章光學設計基本理論及光學品質分析 7
2.1 幾何光學基本理論 7
2.1.1 符號定義 7
2.1.2 Snell’s Law 8
2.1.3 全反射(TIR) 9
2.1.4 近軸光線追跡(Paraxial-Ray Tracing) 10
2.1.5 光闌（stop）與光瞳（pupil） 12
2.2 單鏡群的有限共軛成像 13
2.3 雙鏡群的有限共軛成像 15
2.4 薄透鏡像差理論 16
2.5 成像品質評鑑 22
第 3 章直角稜鏡式指紋辨識系統設計 25
3.1 設計目標及流程 25
3.2 影像感測器之選用 31
3.3 成像透鏡之設計及優化 33
3.3.1 規格需求訂立 33
3.3.2 高斯結構安排 34
3.3.3 觀察像差求解形狀因子 35
3.3.4 薄透鏡之增厚程序 36
3.3.5 導入非球面及優化 37
3.3.6 成像透鏡之像質評鑑 38
3.4 架構分類 42
3.4.1 傳統式-稜鏡側邊加對稱非球面 43
3.4.2 改良式-稜鏡側邊加非對稱非球面 49
3.4.3 傳統式與改良式架構之成像品質比較 54
第 4 章新型稜鏡式指紋辨識系統設計 63
4.1 設計目標及流程 63
4.2 架構分類 65
4.2.1 新型式1-稜鏡側邊加對稱非球面 66
4.2.2 新型式2-稜鏡側邊加非對稱非球面 72
4.2.3 新型式1與新型式2之成像品質比較 78
第 5 章公差分析 84
5.1 靈敏度分析 87
5.1.1 改良式架構 87
5.1.2 新型式2架構 91
5.2 反向靈敏度分析 95
5.2.1 改良式架構 95
5.2.2 新型式2架構 97
第 6 章結論 100
參考文獻 102

參考文獻

1 M. S. Alam, M. Akhteruzzaman, A. K. Cherrri, “Real-time fingerprint identification”, Optics & Laser Technology, Vol. 36, pp. 191-196, 2004
2 張凱然, 指紋辨識器之光學系統設計,私立輔仁大學物理研究所, 碩士論文,民國86年
3 X. Xia, L. O’Gorman, “Innovations in fingerprint capture devices”, Pattern recognition, Vol. 36, pp. 361-369, 2003
4 A. Shimizu, M. Hase, “Entry method of fingerprint image using a prism”, Trans. Inst. Electron. Commun. Eng. Jpn. J67-D 627-628, 1984
5 Seigo Igaki, “Real-time fingerprint sensor using a hologram”, Applied optics, Vol. 31, No. 11, pp. 1794-1802, 1992
6 R.D. Bahuguna, T. Corboline, “Prism fingerprint sensor that uses a holographic optical element”, Applied optics, Vol. 35, No. 26, pp. 5242-5244, 1996
7 A. Podmaniczky, P. Kallo, “Optical imaging system”, USA Patent NO. 5,764,347, Jun. 9, 1998
8 G. Zhou, “Fingerprint sensing system using a sheet prism”, U.S. Patent 5,796,858, Aug. 18, 1998
9 Takashi Shinzaki, “Uneven-surface data detection apparatus”, U.S. Patent 6,127,674, Oct. 3, 2000
10 Chen Feng, “Compact Optical Fingerprint Sensor and Method”, USA Patent NO. 6,750,955, Jun. 15, 2004
11 Harry H. Teng, “Compact Optical Fingerprint Capturing and Recognition System”, U.S. Patent 6,870,946, Mar. 22, 2005
12 陳翹湘, 華定國, 康世杰, “指紋辨識器之光學引擎改良結構”, 中華民國專利號 555,113 , 民國91年
13 林瑞興, 高解析度變焦數位相機鏡頭設計, 私立元智大學電機工程研究所, 碩士論文, 民國89年
14 W. J. Smith, Modern Optical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill Inc., New York, 2001
15 林永昌, 新型變焦鏡頭設計, 國立中央大學光電科學研究所, 碩士論文, 民國90年
16 許哲源, 手機相機模組之光學設計, 私立元智大學電機工程研究所, 碩士論文, 民國93年
17 陳昭先, 對給定初階像差目標值之光學薄透鏡組, 國立交通大學光電工程研究所, 博士論文, 民國86年
18 王國權, 變焦光學系統之設計及分析, 國立台北科技大學光電技術研究所, 碩士論文, 民國92年
19 張弘, 幾何光學, 初版, 東華書局, 台北, 民國76年
20 Robert E. Fischer, Biljana Tradic-Galeb, Optical System Design, International Editions, McGraw-Hill Inc., New York, 2001
21 E. Hecht, Optics, 4th Edition, Addison Wesley Longman, New York, 2002
22 Focus Software, ZEMAX Optical Design Program User’s Guide, Version 8.0, 1999
23 Breault Research Organization, The ASAP Primer, Version 8.0, 2005
24 OminiVision Technologies, Inc, CMOS Senor product information
25 莊正當, 非球面的光學設計與測試, 國立中央大學光電科學研究所, 博士論文, 民國82年
26 Wison Technology Corp., Fingerprint Identification Reader Module
27 ZEMAX 快速學習手冊, 訊技科技公司, 2005

指導教授

陳奇夆(Chi-Feng Chen)

審核日期

2006-7-22

推文