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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:徐群智
研究生(外文):HSU,CHUN-CHIN
論文名稱:小型面型指紋辨識器之光學設計與良率分析
論文名稱(外文):The optical design and yield rate analysis of the compact area-type fingerprint reader.
指導教授:溫盛發
指導教授(外文):Senfar Wen
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:電機工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:38
中文關鍵詞:光學設計良率分析指紋辨識器
外文關鍵詞:optical designyield rate analysisfingerprint reader
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近年來科技日新月異,個人安全與資料保密成為生活中重要的一個難題,而生物特徵便是可解決此問題的方法之一。目前普遍常見的生物特徵辨識有指紋、臉形、虹膜、聲紋…等,其中指紋辨識是最常用的方法。
傳統指紋辨識器使用一稜鏡以及一成像透鏡組,經由稜鏡全反射之後的成像會有投影畸變產生。本論文研究一種改良式光指紋辨識器的光學設計,在稜鏡的出射光面為一個非球面鏡,並且將非球面鏡使用在成像透鏡上。光源垂直入射稜鏡的斜面,並以45度角照射按在稜鏡側邊的手指上,經過兩次全反射後成像,結果顯示畸變顯著地降低。
本論文光學設計流程首先是求出第一階光學結構參數,再利用ZEMAX光學設計軟體做最佳化,之後使用蒙地卡羅分差分析法取得樣本並統計與分佈,最後將取樣分佈的曲線透過 MATLAB 程式作曲線契合,進而求出較高的良率。

As information technologies advance in recent years, personal security and data protection are important problem issue. The use of biological feature is a way to solve this problem. Common utilized biometric features are fingerprint, facial, iris, voiceprint, in which fingerprint identification is the most widely used method.
Traditional fingerprint reader comprises a prism and an imaging lens set, There is the projection distortion due to the total reflection from the prism. This paper consider an improved optical design, in which the image exit edge of the prism is an aspherical lens surface, and the imaging lens is also an apherical. The light from source perpendicularly incidents on the slant surface of the prism and then incidents on the finger on a bottom surface of the prism in 45 degrees, after twice total reflections, the distortion of the fingerprint image can be significantly reduced.
In this paper, the first step of the optical design process is to find the first order optical parameters, The second step, is to optimize the lens parameters by ZEMAX optical design software, The third step is to perform tolerance analysis for the optimized design by the use of Monte Carlo method built in ZEMAX. From the sampling examples of the Monte Carlo method, we have the aberration data. We use MATLAB to fit the aberration distribution function so that the aberration probability density function can be obtained. From the distribution function, we are able to analyze its characteristics and calculate accurate yield rate.

目 錄

中文摘要 ---------------------------------------------------------------- Ⅰ
英文摘要 ---------------------------------------------------------------- Ⅱ
誌謝 ------------------------------------------------------------------- Ⅲ
目錄 ------------------------------------------------------------------- Ⅳ
表目錄 ----------------------------------------------------------------- Ⅵ
圖目錄 ----------------------------------------------------------------- VIII


Chapter 1 序論 1
1-1 引言 ----------------------------------------------------------- 1
1-2 指紋辨識的原理 -------------------------------------------------- 1
1-3 指紋辨識的優點--------------------------------------------------- 2
1-4 指紋辨識技術的種類------------------------------------------------ 3
1-5 全反射原理------------------------------------------------------- 3
1-6 傳統指紋辨識器架構----------------------------------------------- 4
1-7 研究動機與目的--------------------------------------------------- 5

Chapter 2 非球面鏡與像差理論 6
2-1 非球面鏡 -------------------------------------------------------- 6
2-2 波前像差 -------------------------------------------------------- 6
2-3 幾何像差 -------------------------------------------------------- 7
2-4 賽德像差 -------------------------------------------------------- 7
2-4-1 球差 --------------------------------------------------- 7
2-4-2 慧差 --------------------------------------------------- 7
2-4-3 像散 --------------------------------------------------- 8
2-4-4 場曲 --------------------------------------------------- 9
2-4-5 畸變 --------------------------------------------------- 10
2.5 色像差---------------------------------------------------------- 10

Chapter 3 最佳化設計與結果分析 11
3.1 光學成像評估----------------------------------------------------- 11
3-1-1 光斑圖-------------------------------------------------- 11
3-1-2 調變轉換函數--------------------------------------------- 12
3.2 光學設計系統與成像規格------------------------------------------- 12
3.3 設計流程 -------------------------------------------------------- 14
3.4 兩薄透鏡公式 ---------------------------------------------------- 14
3.5 第一階光學設計--------------------------------------------------- 15
3.6 初始透鏡參數 ---------------------------------------------------- 16
3.7 系統架構模擬 ---------------------------------------------------- 17
3.8 最佳化結果 ------------------------------------------------------ 18

Chapter 4 公差與良率分析 22
4.1 製程公差 -------------------------------------------------------- 22
4-1-1 曲率半徑公差--------------------------------------------- 22
4-1-2 元件厚度公差--------------------------------------------- 23
4.2 組裝公差-------------------------------------------------------- 23
4-2-1 元件距離公差--------------------------------------------- 23
4-2-2 元件離軸公差--------------------------------------------- 24
4-2-3 元件傾斜公差--------------------------------------------- 24
4.3 蒙地卡羅公差分析法 ----------------------------------------------- 25
4.4 常態機率分佈 ---------------------------------------------------- 25
4.5 公差模擬結果與良率分析-------------------------------------------- 26
4-5-1 公差上下限值--------------------------------------------- 26
4-5-2 公差取樣結果分析----------------------------------------- 27
4-5-3 良率分析------------------------------------------------ 28

Chapter 5 結論 35

參考文獻 ---------------------------------------------------------------- 36

參考文獻

[1] 吉紫娟和包佳祺,“指紋辨識系統辨識的光學設計”,湖北第二師 範學院學報,2008。
[2] D. Maltoni, D. Maio, A.K. Jain, S. Prabhakar,” Handbook of Fingerprint Recognition (Second Edition)”, Springer, London, 2009。
[3] 蔡宜璋,”指紋辨識技術”,TISC研究週報,2008。
[4] R. D. Bahuguna and Tom Corboline,”Prism fingerprint sensor that uses a holographic optical element”, Applied Optics, Vol.35, No.26, 1996。
[5] 曾玉明,非球面鏡的神奇魔力,戰略生產力雜誌,1995年8月。
[6] Warren J.Smith,“Moden Optical Enginerring”,fourth edition,McGraw-Hill,New York 2008。
[7] 耿繼業、何建娃,”幾何光學”,修訂版。
[8] 陸懋宏,“幾何光學”,第五版。
[9] 張鎬鵬,“光學成像系統之調變轉換函數理論”,碩士論文,成功大學,2005。
[10] Warren J. Smith,”Practical Optical System Layout”,McGraw-Hill,New York,1997。
[11] 鄭蕉杏,“公差分析之研究”,碩士論文,大葉大學,2005。
[12] 楊家逢,“ 模組化雙波長光學讀寫頭的設計與光學讀寫頭應用在角度量測的研究”,碩士論文,中央大學, 2007。
[13] 劉大銘、鄭蕉杏,Journal of Science and Engineering Technology,Vol.2, No.4, pp.67-81,2006。
[14] SHELDON ROSS,”機率導論 A FIRST COURSE IN PROBAILITY”,SEVENTH EDITION,林光賢、劉明郎譯,2006。
[15] 鄭錦聰、鄭錦隆,”MATLAB商用分析程式設計”,全華科技圖書,2006。
[16] 潘俊吉,“小型面型指紋辨識器之光學設計”,碩士論文,中華大學,2009。

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