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光學模擬與應用案例

螢幕下指紋辨識

  • 使用OLED光源照射手指紋路,經反射後並於螢幕下感測器處成像,進而得到指紋影像資訊
  • 主要會利用準直層與螢幕下鏡頭的技術
    • 準直層(Collimator):在OLED顯示器下方放置陣列孔徑結構,藉此過濾出準直光結果,最後則可在感測器端成像



    • 螢幕下鏡頭(Lens):使用2P~4P透鏡與CIS作為感測模組,透過定焦透鏡的方式進行成像

建模概要
  • 手指模型:透過LightTools內Henyey-Greenstein模型模擬手指生物組織
    • 直接套用生物組織資料庫材料
  • 顯示器與蓋板玻璃:使用LightTools內部建模環境抑或外部文件定義模型外形,並且設定光學特性
  • OLED陣列光源:
    • 使用LightTools內建工具快速生成RGB陣列光源
      • 移動/陣列/複製/選取工具
    • 於各光源定義光學特性
      • 光形、頻譜與能量
    • 使用「綠光」做為檢測光源



  • 準直層與透鏡:
    • 準直層:使用LightTools微結構功能進行建模,並自定義結構外型排列方式
    • 透鏡:透過CODE V進行設計廣角鏡頭,使指紋反射影像成像在接收面上
  • 接收器:
    • 建立平面接收器以模擬CIS所偵測的圖像與數據資料
      • 解析度:160 X 160
      • 接收器尺寸:2mm X 2mm
  • 使用者可在圖表內調整對比度與動態範圍
  • 可將網格數據匯出進行資料後處理,以進行後續演算法測試
分析結果
  • 準直器模擬結果
    • 可明顯地看到指紋影像
    • 透過LightTools控制動態範圍,藉此調整影像清晰度
    • 左圖為調整前的模擬結果,右圖為調整後的模擬結果

  • 透鏡模擬結果
    • 在透鏡模型中須討論雜散光影響
    • 可看出透鏡成像所產生的畸變情況
    • 左圖為包含雜散光的模擬結果,右圖為單純手指影像的模擬結果

  • 探討波動行為
    針對週期性結構而言,當其週期達到一定的尺度(~10λ)時,光線的波動行為將越發顯著,則此時就須引進相對應工具來探討波動行為-RSoft,下面將以準直層系統為例,將整體模組(OLED+準直層)一同置於RSoft內進行計算,分析出波動行為後再將結果套用到LightTools內進行系統性的探討
 

RSoft介面
 
左圖為包含RSoft波動計算的模擬結果,右圖為僅討論幾何光學的模擬結果
 
 

 

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