TW516003B - Undulating pattern reading apparatus - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) [發明所屬技術領域] 本發明係有關讀取指紋等凹凸面紋路圖案（undulated surace pattern)之凹凸紋路圖案讀取裝置。 [習知之技術] 第34圖為習知之凹凸紋路圖案讀取裝置之構成圖， 例如專利公開日本特開昭55_13446號公報所記載者。圖 中L為自光源1〇〇之入射光束。1〇1為指紋檢測稜鏡。1〇2 為檢測稜鏡101之入射面，係入射光束L入射之面。丨〇3 為檢測稜鏡101之檢測面，是為檢測指紋而用以置放手指 之檯。104為出射面，係使來自檢測面之反射光出射之面。 在此，於檢測稜鏡101之檢測面1〇3。將入射光束L之入 射角（Θ I)設定成對空氣之臨界角（0 c)以上。 105為有凹凸紋路圖案之被檢體之人手指頭。1〇6為 指紋等凹凸紋路圖案。107為攝像裝置，係用以將來自檢 測面103之反射光之指紋的凹凸紋路圖案予以攝像者。1〇8 I為處理裝置，為用以處理攝像裝置1〇7所攝取之攝像畫像 者。109為成像透鏡，係用以將指紋之紋路圖案成像於攝 像裝置107之受光面上者。攝像裝置1〇7例如可為電視攝 影機。 其次說明習知凹凸紋路圖案讀取裝置之動作。自入射 面所入射之入射光束L，照射於檢測稜鏡101之檢測面1〇3 的手指頭105時，雖然於檢測面1〇3之入射光束L之入 射角I)設定為對空氣之臨界角c)以上，但設定成對 指頭之臨界角以下，所以指紋等之凸面密接於檢測面1〇3 --------------^ ------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 310800 516003 A7 -—______ B7 五、發明說明（2 ) 之部分’因光會透過手指之内部而自檢測面1〇3之反射光 變小。另一方面，檢測面1〇3與指頭1〇5之間，由於指紋 等之凹面有空氣層時，入射光在檢測面被全反射，由攝像 裝置107的電視攝影機將檢測面1〇3之反射像檢測，經處 理裝置108處理而可得指紋紋路圖案資料。 第34圖所示習知之凹凸紋路圖案讀取裝置係有如上 之構成’為獲得較少失真的攝像畫像，需自指紋檢測面將 成像透鏡之距離充分加長，以致裝置全長變長，同時因光 源至指紋檢測稜鏡之光路及指紋檢測稜鏡之檢測面至成像 透鏡之光路互成垂直而擴大，以致有裝置變得笨大的缺 點。 本發明係針對上述缺點提出解決方案，為獲得形狀小 且薄的凹凸紋路圖案之讀取裝置為目的者。 [發明之目的] 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之凹凸紋路圖案讀取裝置，係具備：檢測面， 可放置有凹凸紋路圖案之被檢體；稜鏡，對前述檢測面形 成有傾斜第一角度之入射面，並對應於前述入射面之入射 光，在前述檢測面出射反射光；第一光學系，具有光源而 能將此光源之光，之光軸能對前述檢測面實質上成為平行 入射於前述稜鏡之入射面；第二光學系，能將自前述稜鏡 之出射光出射而送達攝像裝置。由此乃可獲得形狀小且薄 之凹凸紋路圖案讀取裝置。 另外，因前述出射光對前述檢測面，實質上成平行出 射’所以凹凸紋路圖案讀取裝置之形狀得以小而薄。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 2 310800 516003 A7 五、發明說明（3 ) 再者’刖述稜鏡’因對於前述檢測面具有第二角度之 傾斜的出射面，前述出射光由前述出射面出射，所以凹凸 紋路圖案讀取裝置的形狀得以小而薄。 再者’前述出射光相對於前述入射光，是自前述稜鏡 成逆向出射，所以凹凸紋路圖案讀取裝置的形狀得以小而 薄。 並且，前述稜鏡，對於前述檢測面具有第三角度之傾 斜的反射面，經此反射面折返之前述檢測面之前述之光， 即成為前述出射光自前述稜鏡出射，由此可減少零件數， 所以凹凸紋路圖案讀取裝置的形狀得以小而薄。 並且’前述第一光學系具備第一入射光折返裝置係接 收來自别述光源之前述入射光而將之折返，而使其入射於 前述入射面，所以凹凸紋路圖案讀取裝置的形狀得以小而 薄。 並且’前述第二光學系具備出射光折返裝置係具備， ®接收前述出射光而使其折返，並使其在前述攝像裝置之攝 像面成像，所以凹凸紋路圖案讀取裝置的形狀得以小而 薄。 並且’前述第二光學系具備垂直方向與水平方向各不 同倍率的透鏡’藉由前述透鏡將前述出射光向垂直方向或 水平方向聚集，在前述攝像裝置之前述攝像面成像，因此 影像之再現性良好，所以凹凸紋像圖案讀取裝置之形狀得 以小而薄〇 並且’前述稜鏡係具備光束聚集裝置，可在前述檢測 尺度適用中_冢標準（CNS)A4_規格⑵〇 χ撕公爱）- 3"""" " 310800 I! — 裝 I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 516003 A7 五、發明說明（4 ) 面上將前述出射光以水平方向聚集，因此畫像之再現性良 好，所以凹凸紋像圖案讀取裝置之形狀得以小而薄。 並且，前述稜鏡係具備：反射面，係用以將在前述檢 測面反射的前述光予以反射；透鏡部’係受到前述反射面 之光將其出射至前述第二光學系；因接受來自前述第二光 學部之光之前述攝像裝置之前述攝像面，而設成與前述檢 測面實質上平行，由此可減少零件數，所以凹凸紋路圖案 讀取裝置之形狀得以小而薄。 亚且，在前述檢測面反射之光在前述入射面再反射， 藉則述反射面成為出射光出射，因此檢測稜鏡之厚度可減 薄，所以凹凸紋路圖案讀取裝置之形狀得以小而薄。 並且’刖述第一角度係未滿45度，且較90度減去在 前述檢測面之反射角之角度（03)為大，所以凹凸紋路圖 案讀取裝置之形狀得以小而薄。 並且，與前述檢測面相對之前述稜鏡之面，切除了前 述稜鏡内之光束未通過之領域，所以凹凸紋路圖案讀取裝 置之形狀得以小而薄。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 並且，前述第一光學系係具備：設於電路板上之前述 光源，第二準直透鏡（collimate lens);設在前述光源與前 述第二準直透鏡之間之第二入射光折返裝置，前述入射光 藉由前述光源、前述第二入射光折返裝置及前述第二準直 透鏡之順序，入射於前述入射面，因此在光源至準直透鏡 間之光學距離維持不變下能縮短光源至準直透鏡間之距 離，所以裝置可以較短。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 310800 516003 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說明（5 ) 並且，前述第二之折返光學裝置係由透明樹脂或玻璃 一體成型，在前述第二之折返裝置入射光出射面裝設前述 第二準直透鏡，因此在光源至準直透鏡間之光學距離維持 不變下能縮短光源至準直透鏡間之距離，所以裝置可以較 短，且可以減少零件數。 [圖示之簡單說明] _ 第1圖為本發明實施形態1之凹凸紋路圖案諝取裝置 之構成圖。 第2圖為第1圖所示之檢測稜鏡2之放大圖。 第3圖為實施形態1之凹凸紋路圖案讀取裝置之另一 構成圖。 第4圖為本發明實施形態2之凹凸紋路圖案讀取裝置 之構成圖。 第5圖為實施形態2之凹凸紋路圖案讀取裝置之另一 構成圖。 t 第6圖為本發明實施形態3之凹凸紋路圖案讀取裝置 之構成圖。 第7圖為實施形態3之凹凸紋路圖案讀取裝置之另一 構成圖。 第8圖為本發明實施形態4之凹凸紋路圖案讀取裝置 之構成圖。 第9圖為第8圖所示之凹凸紋路圖案讀取裝置之側面 圖。 第10圖為實施形態4之另一凹凸紋路圖案讀取裝置 ^-----------------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 5 310800 516003 A7 B7

五、發明說明（6 ) 之上視圖。 第11圖為第10圖所不之凹凸紋路圖案讀取裝置之側 面圖。 第12圖為本發明實施形態5之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 第13圖為本發明實施形態6之凹凸紋路圖案讀取裝 置之上視圖。 第14圖為第13圖所示之凹凸紋路圖案讀取裝置之側 面圖。 第15圖為本發明實施形態7之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 第16圖為本發明實施形態8之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 第17圖為本發明實施形態9之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 第18圖為本發明實施形態1〇之凹凸紋路圖案讀取裝 置之上視圖。 第19圖為第18圖之凹凸紋路圖案讀取裝置之側面 圖。 第20圖為檢測稜鏡30之入射面34附近之放大圖。 第21圖為本發明之凹凸紋路圖案讀取裝置之上視 圖。 第22圖為第21圖之凹凸紋路圖案讀取裝置之側面 圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 310800 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 本 頁 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 516003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 第23圖為檢測稜鏡44之入射面45附近之放大圖。 第24圖為本發明實施形痣12之凹凸紋路圖案讀取裝 置之上視圖。 第25圖為第24圖之凹凸紋路圖案讀取裝置之側面 圖。 第26圖為準直透鏡55之構成圖。 第27圖為本發明實施形痞13之凹凸紋路圖案讀取裝 ’置之構成圖。 第28圖為本發明實施形態14之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 第29圖為實施形態14之凹凸紋路圖案讀取裝置之另 一構成圖。 第30圖為本發明實施形態15之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 第31圖為本發明實施形態16之凹凸紋路圖案讀取裝 鲁置之構成圖。 第32圖為本發明實施形態17之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 第33圖為本發明實施形態1 8之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 第34圖為習用之凹凸紋路圖案讀取裝置之構成圖。 [發明之實施形態] 茲就本發明，依所附之圖示詳予説明之。 實施形錐1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Ί 310800 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516003 A7 -— ---—- B7___ _ 五、發明說明（8 ) 第1圖為本發明實施形態丨之凹凸紋路圖案讀取裝置 之構成圖β 1為光源、2為檢測稜鏡、3為檢測稜鏡2之 入射面、4為檢測稜鏡2之出射面、5為被檢體的人手指 頭。光源1係對於檢測稜鏡2之出射面9,平行入射光束 L(入射光束L1)之用，例如由LED或LD所構成。檢測稜 鏡2為讀取指紋等凹凸紋路圖案之用者，係具備：檢測面 9，為放置被檢體指頭5之凹凸紋路圖案；入射面3，係 入射自光水源1之入射光束L1;及出射面4，為出射自 檢測面9之反射光成為出射光束L〇f。在檢測稜鏡2之 檢測面與入射面3之間的角度，檢測面9與出射面4之間 的角度，各形成為能使入射於射面3之入射光束L丨的指 頭5之凹凸紋路圖案反射像，能成為出射光束乙〇而與入 射光束L1成為平行自出射面4出射。檢測稜鏡2之構成 可為玻璃或樹脂。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6為光學系’是為使自檢測稜鏡2之檢測面9之反射 畫像所出射之出射光束LO，能聚集於攝像裝置7之受光 面内之用*。攝像裝置7是為攝像自檢測稜鏡2所出射之 反射畫像之用者，例如由CCD或CM〇s感測器（Sens〇r) 所構成。8為處理裝置，是為處理攝像裝置所攝像之影像 數據者。 第2圖為第1圖所示檢測棱鏡〕之放大圖。η為檢 測稜鏡2向人射面3之人射角，0 2為檢測稜鏡2在入射 面3之折射角’ Θ3為在檢測面9之入射角及反射角，$ 4為檢測稜鏡2向出射面4之人射角，w為檢測稜鏡2 本紙張尺錢針_緖準ic^T^_(21Gx 297 ^y 8 310800 516003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（9 ) 在出射面4之折射角。A、B、C為檢測稜鏡2之角頂點， θ A為檢測稜鏡2之檢測面9與入射面3所形成之角度， 0B為檢測稜鏡2之檢測面9與出射面4所形成之角度， 為入射面3與出射面4所形成之角度。^為空氣之 折射率，nl為檢測稜鏡2之折射率。 檢測稜鏡2在入射面3係設定角度θα，俾使與檢測 ^面9平行入射之入射光束L1，能全面照射指頭5之凹凸 紋路圖案。另設定0B，使凹凸紋路圖案之反射畫像之出 射光束LO’能與檢測面成平行出射。 檢測面9之入射角0 3，係設成能滿足對空氣之境界 有臨界角以上的條件，也能滿足對指紋等被檢體間之境界 有臨界角以下之條件，而在檢測面9之指紋等凸面密接部 分，光不全反射而透過指中，但指紋等凹面則形成有空氣 層，全反射是為能滿足的條件。 其次說明實施形態1之凹凸紋路圖案讀取裝置之動 .作。 檢測稜鏡2係設成角度0 a，使與檢測面9平行入射 之入射光束LI能全面照射指頭5之凹凸紋路圖案，另設 成角度0B，使檢測面9上之反射畫像所出射之出射光束 LO’能與檢測面9成平行出射，所以能使入射光束LI& 出射光束LO能與檢測面9成平行。 如此，使入射光束LI及出射光束LO與檢測面9成 平行，乃能成為薄型的凹凸紋路圖案讀取裝置。 再者，入射光束LI與出射光束LO平行係含：（1)入 ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 9 310800 516003 A7 _______ B7 五、發明說明（10 ) 射光束LI與出射光束LO平行及大略平行的兩種情形。 亦即，包含：入射光束LI與出射光束LO在一直線 上的情形’及入射光束LI與出射光束LO大略成平行面 分別為聚集光束或發散光束的情形。 在此’約略成為平行的基準是，裝置薄型化的可能範 圍内，在垂直方向能有些小擴大寬裕度者。 第3圖為實施形態1的凹凸紋路圖案讀取裝置之另一 構成圖。於第1圖係表示入射光束LI自光源1直接入射 於檢測稜鏡2的情形，但在第3圖則隨光源1之發散角， 在光源1與檢測稜鏡2之間插入平準透鏡1 〇，成為聚光 光束或發散光束，能入射於入射面3。 另，檢測稜鏡2之對於入射光束LI及出射光束LO 是平行時最適於裝置之薄型化。但是在裝置薄型化的可能 範圍内，入射光束LI或出射光束LO有若干傾斜亦無妨。 實施形態2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第4圖為本發明實施形態2之凹凸紋路圖案讀取裝置 之構成圖。11為入射光束折返稜鏡，係將光源1所產生 之光束L予以逆向折返者。12為出射光束折返稜鏡，係 將出射光束LO逆向折返者，其他符號如同實施形態1而 省略說明。 其次說明其動作。光源1發生的光束L在某種程度 的擴張下朝向檢測稜鏡2,如果檢測稜鏡2不在某種程度 的擴張位置時，在被檢體的光分布將不均勻，所以光源i 與檢測稜鏡2需有相當程度的距離，亦即需要有光路長 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 10 310800 516003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（11 ) 在此，光源1所發生的光束L與入射光束LI平行， 並且兩光束間之距離d例如接近l〇mm為度向逆向折返， 如此可保持入射側之光路長度而獲得薄型且深度淺的凹凸 紋路圖案讀取裝置。 另外，出射光束LO也欲縮短檢測稜鏡2至攝像裝置 ,7之光路長度時，光學系6之焦點距離需要短，但焦點距 ’離短的光學系，畫像變形大，因此與出射光束LO平行， 保持兩光束間之距離d例如為10mm以内時，可保持出射 側之光路長度而獲得薄型且深度淺的凹凸紋路圖案讀取裝 置。 在此，出射側之折返光束距離d與入射側之折返光束 距離d為相同者’但兩者不相同亦可。 如此，裝設光束折返稜鏡11、12，即可保持入射侧 之光路長度及出射側之光路長度，而獲得裝置長度冒2較 ，短的凹凸紋路圖案讀取裝置。 在實施形態2表示於檢測稜鏡2之入射面3側及出射 面4側的雙方裝設折返稜鏡H、12之情形，但任一方之 側亦可。 第5圖為實施形態2之凹凸紋路囷案讀取裝置之另一 構成圖。圖中13及丨4各為反射鏡。於第4圖說明了入射 面3側及出射面4側雙方均平行折返之情形，但如第$圖 所示，折返之前後的光束平一定是平行亦可。此時光源工 與所折返入射光束LI間之垂直距離dl : __ 厣度能變溥的 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 310800 1 ^----II--^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516003 ’出射光束LO與攝像裝置7間之距離们 五、發明說明（I2 範圍即可。又 之關係亦相同 f施形錐3 第6圖為本發明實施形態3之凹凸紋路圖案讀取裝置 之構成圖。15為做為凹凸紋路圖案用檢測稜鏡之指紋檢 測棱鏡，具有放置被檢體㈣5的檢測φ 9，㈣鏡之角 度分別設定為··從入射面3入射之入射光束以能照射於 扣頭5之凹凸紋路圖案的全面；日凸紋路圖案之反射像在 内壁16折返，成為出射光束L〇，對入射光束u反平行 出射。在此，入射光束U與出射光束L〇間之距離们， 例如為10mm程度之短。光學系6及攝像裝置7則薄薄配 設於出射光束LO之出射方向。 其次說明其動作。如第6圖所示，自光源〗入射於入 射面3之光束L，由檢測面9與入射面3之間所設定角度 θ A，入射光束l 1照射於檢測面9之全面。其次由於0 b 之設定’自凹凸紋路圖案之反射像所出射之出射光束L〇， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在指紋檢測稜鏡15之内壁16折返，對入射光束LI反平 行出射。 光學系ό及攝像裝置7，薄薄配設於出射光束l〇之 出射方向，所以入射光束LI與出射光束LO間之距離d3 之構成可較短，同時入射、出射光束方向之光路長度W2 可較短，因此可獲得薄型且深度短的凹凸紋路圖案讀取裝 置。 惟，如第7圖所示，為折返反射像之檢測稜鏡15之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 12 310800 516003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（I3 ) 内壁16之反射率較小時，可在檢測稜鏡15之内壁16之 外側裝設反射構件1 7亦可。 實施形態4 第8圖為本發明實施形態4之凹凸紋路圖案讀取裝置 之上視圖。第9圖為第8圖所示凹凸紋路圖案讀取裝置之 側面圖。18為光學系，係將檢測面9之反射像成像於攝 .像裝置7之攝像面之用者。19為做為垂直方向轉射光學 系之用的第1圓柱透鏡，20為做為水平方向轉射光學系 之用的第2圓柱透鏡。垂直方向之第j圓柱透鏡19與水 平方向之第2圓柱透鏡20係由不同透鏡所構成。又第！ 圓柱透鏡19與第2圓柱透鏡20之稜線係配置成互相垂 直。 其次說明動作。由於檢測面9上之凹凸紋路圖案之反 射像，自檢測稜鏡2之出射光束LO，因檢測稜鏡2在檢 測面9之反射角03與出射面4之折射角05之關係，檢 測面9之光束L之進行方向之凹凸紋路圖案之反射像光 束L被變更為垂直方向時光束乙之寬度會被縮小。另一 方面水平方向之光束L之寬度L，在檢測面9與出射光束 LO無變化。因此在攝像裝置7之攝像面，為再現在檢測 面9之反射像，由於使用垂直方向與水平方向倍率不同之 光學系18 ,所以可以復原為原比率之畫像。 或者，由於採用垂直方向與水平方向之倍率互異的光 學系統18,可以將檢測面9之反射像之任意領域在攝像 裝置7之攝像面全域檢測，獲得解析度高的影像。 Μ氏張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格⑵0,297公楚丁 13

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五、發明說明（U ) 第10圖為實施形態4之另一凹凸紋路圖案讀取裝置 之上視圖。第Π圖為第1〇圖所示凹凸紋路圖案讀取裝置 之側面圖。21為第3圓柱透鏡，係為自檢測稜鏡2之出 射光束LO聚集為水平方向之用者。 其次說明動作。自檢測稜鏡2之出射光束L〇之垂直 方向之光束寬度由檢測稜鏡2所縮小，但水平方向之光束 宽度則不被縮小而出射。所以水平方向之光束寬度較垂直 方向之光束寬度為寬，為使水平方向之像與垂直方向之像 大略一致’需將水平方向之縮小倍率設定成大於垂直方向 之縮小倍率。此時實施水平方向之轉射的第2圓柱透鏡20 之F值變小，但F值過小時製造透鏡有所困難。於是緊 接於檢測透鏡之後採用第3圓柱透鏡21，用以事先將水 平方向之光束聚集’第2圓柱透鏡20之F值得以保持適 當值。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如此，緊接於檢測稜鏡2之後採用第3圓柱透鏡21， 事先聚集水平方向之光束，構成第2圓柱透鏡20之F值 保持適當值，第2圓柱透鏡得以容易製作，也可得再現性 良妤的畫像。 實施形態5 第12圖為本發明實施形態5之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構造圖。圖中22為多角形之變形檢測棱鏡。在檢測 稜鏡22之壁面之一設圓柱狀反射面25，同時設定檢測棱 鏡22之各角度，使入射於入射面23之入射光束LI能照 射凹凸紋路圖案之全面，由反射像之出射光束LO對入射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14 310800 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 516003 A7 B7 五、發明說明（is ) 光束LI能反平行出射。圓柱狀反射面25係直接形成於檢 測稜鏡22之壁面24或其附近，為聚集入射光束成水平方 向者。26為自檢測稜鏡22出射出射光束L0之出射面。 27為圓柱透鏡。其他符號係與上述其他實施形態的構造 相同而省略其說明。 其次說明其動作。檢測稜鏡22之檢測面9上之反射 _像，由圓柱狀反射面25聚集為水平方向，又由設於出射 面26之圓柱透鏡27聚集為垂直方向，因此只要由光學系 6成像於攝像裝置7之攝像面上即可，所以光學系可單純 化並減少零件數。 因此可獲得零件數少、薄型且深度淺的凹凸紋路圖案 讀取裝置。 實施形態6 第13圖為本發明實施形態6之凹凸紋路圖案讀取裝 置之上視圖。第14圖為第13圖所示凹凸紋路圖案讀取裝 鲁置之側面圖。圖中28為光束聚集裝置，形成於檢測稜鏡 2之檢測面9;為聚集入射之光，將光出射至預定方向者。 光束聚集裝置28例如由曲面、菲〉呈耳透鏡（Fresnel lens)、 衍射光柵（Diffraction Grating)、體積型全息照相（hologram) 等所構成，直接形成於檢測稜鏡2之檢測面9或其附近。 其次說明其動作。因光束聚集裝置28形成於檢測面 9之附近，由此出射光之出射方向被固定，可僅由第2圓 柱透鏡20實施檢測面9之反射像在水平方向之攝像面上 成像。 II !·裝---I----訂·—-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 15 310800 516003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（16 ) 如此’光束聚集裝置因形成於檢測稜鏡2之檢測面9 或其附近’所以第2圓柱透鏡20之製作容易，可減少零 件數，且3獲得再現性良好之影像。 由於零件數減少，可獲得薄型且深度淺的凹凸紋路圖 案讀取裝置。 實施形態7 第15圖為本發明實施形態7之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。攝像裝置7之攝像面對出射光束L〇之光軸 之間傾斜有<9 Μ之傾斜角者。 其次說明動作。因為對於檢測稜鏡2之檢測面9出射 光束LO係光學上非垂直，依檢測面9内之位置至攝像裝 置7之距離不相同，在攝像裝置7之受光面上會發生台形 歪扭。 在第15圖所示之裝置，攝像裝置7之攝像面對出射 光束LO之光軸之間傾斜有0 μ之傾斜角，由此可減低台 形歪扭。 如是’減低歪扭即可得薄型且深度淺的凹凸紋路圖案 讀取裝置。 並且，如光源1是LED、LD等微小發光點光源則更 能得鲜明的影像。 再且，在光路中插入針孔（pinh〇le)或窄縫（SHt)用以 限制光路寬，亦可獲得同樣的效果。 實施形態8 第16圖為本發明實施形態8之凹凸紋路圖案讀取裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------線』 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 16 310800 516003 A7 B7 五、發明說明（η ) 置之構成圖。在本實施例，光學系18之第1圓柱透鏡19, 對出射光束L0之光轴之間傾斜有0 l之傾斜角。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其次說明動作。由於第1圓柱透鏡19之光轴對出射 光束L0之光軸傾斜0L之傾斜角，可以減少垂直方向之 台形歪扭。另，傾斜第2圓柱透鏡20之光轴亦能得同樣 效果。 _實施形熊9 第17圖為本發明實施形態9之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。29為複曲面透鏡（toric lens)，裝設於光學系 18内，係為補正入射於光學系18之影像在光軸之中心部 與周邊部之歪扭程度。其他符號與上述之其他實施形態之 構成相同而省略其說明。 其次說明動作。由於在光學系18内裝設複曲面透鏡 29，可減少像之中心部與外側起因於倍率不同的歪扭，亦 即減少歪曲像差。 ® 所以可以獲得減少歪曲像差薄型且深度淺的凹凸紋路 圖案讀取裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 實施形態10 第18圖為本發明實施形態1〇之凹凸紋路圖案讀取裝 置之上視圖。第19圖為第18圖之凹凸紋路圖案讀取装置 之側面圖。圖中1為光源、5為被檢體之指頭、3〇為做為 指紋之凹凸紋路圖案檢測用之檢測稜鏡、3 1為檢測稜鏡30 上之檢測領域、32為準直透鏡、33為檢測稜鏡3〇之檢測 面、34為檢測稜鏡30之入射面、35為檢測稜鏡3〇内之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 17 310800 516003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

五、發明說明（IS 反射面、36為檢測稜鏡3〇之出射面、37為第1透鏡、38 為第2透鏡、39為第3透鏡、4〇為稜鏡、41為攝像裝置、 42為電路板。l為光束、LI為入射至檢測稜鏡3〇之光束、 LO為自檢測稜鏡30之光束、$ A(不圖示）為檢測稜鏡3〇 之入射面34與檢測面33間之角度、Θ 3為光束L在檢測 面33之入射角。 D為光學系之長度、w為光學系之寬度、h為電路板 42之表面至檢測面33之高度、X為檢測領域31之寬度、 y為檢測領域3 1之長度。 其次說明動作。LED、LD等之光源〗所產生的光束 L經準直透鏡32大致成為平行光束，入射於例如由玻璃、 樹脂等所成型的檢測稜鏡30。在此，入射光束LI自檢測 棱鏡30之入射面34入射，並設定角度0A使其能照射檢 測面33之檢測領域31之全域，例如為x=2〇mm，y=15mm 之領域。另外，在檢測面33之入射角03，設定成能滿足 與空氣之境界成臨界角以上之條件，與指紋等被檢體之境 界成臨界角以下之條件，如是能滿足在檢測面33之指紋 等之凸面密著部分的光不反射而透過指中，指紋等凹面形 成有空乳而能滿足全反射條件。如是可獲得在全反射光的 指紋等之凹部為明部、非全反射光的指紋等之凸部為暗部 來構成的紋路圖案資料。將含此資料的光束L，在對光束 能成為凹面的反射膜等塗層塗布的反射面所反射， 反射光束自出射面36成為出射光束l〇出射。出射面36 為圓筒面形狀，形成第1透鏡37。檢測面33所得紋路圖 t紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇><297公爱） t -------t----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 516003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 --------— —_B7 _____ 五、發明說明（19 ) 案資料’由反射面35、第1透鏡37、第2透鏡38、第3 透鏡39轉寫於CCD、CMOS感測器等之攝像裝置41。在 此’第2透鏡38與第3透鏡39分別形成於稜鏡40之入 射面及出射面，藉光束L彎曲成大略直角，可將固定於 電路板42上之攝像裝置41之攝像面與檢測稜鏡3〇之檢 測面33配置成大致平行。 _ 第20圖為檢測稜鏡30之入射面34附近之擴大圖。 對檢測稜鏡30，入射光束LI自入射面34入射，由折射 而進行方向聲曲照射於檢測面33。此時，入射光束LI之 光軸與和檢測面33平行之面43形成角度0D構成大略0 度’所以入射光束LI之光軸與面43實質上可成平行，裝 置厚度得以減薄。在此入射光束LI之光軸與和檢測面33 平行之面43所形成角度0D，以10度以下為宜，3度以 下則更佳，此等情形亦包含於「實質上平行」的範圍。 如此，在檢測稜鏡30設反射面35，在出射面36形 成第1透鏡37，同時使攝像裝置41之攝像面與檢測面33 約略構成平行，即可減少零件數並可使裝置薄型化。 另外，在此實施型態，檢測面33之檢測領域3 1定為 x=20mm、y=15mm之領域，但可因指紋等檢測對象之大 小變更所需之領域。 又，反射面35雖為凹面，但非球面形狀或平面亦可。 再者，出射面36之形狀雖為圓筒面形狀，但球面或 非球面形狀亦可。 實施形態11 I I I I I · I----I I ^-----I--1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 19 310800 516003 A7

第21圖為本發明實施形態丨丨之凹凸紋路圖案讀取裝 置之上視圖。第22圖為第21圖之凹凸紋路圖案讀取裝置 之側面圖。圖t 44為檢測稜鏡、45為檢測稜鏡軻之入 射面、46為第1反射面、47為第2反射面、48為檢測稜 鏡44之出射面、49為設於出射面48之透鏡、50為透鏡。 其他的符號與上述其他實施形態之構成相同。第23圖為 檢測稜鏡44之入射面45附近之放大圖。0 a為檢測稜鏡 44之入射面45與檢測面33間之角度、03為檢測面33 之入射角、ΘΕ為入射面45之反射角。 五、發明說明（2〇 ) 其次說明動作。將檢測稜鏡44之入射面45與檢測面 3 3之間之角度沒A變小，檢測面3 3之反射角0 3變大， 如此可將在檢測面33反射之含有指紋等之凹凸紋路圖案 資料之光束再引導至入射面45，在入射面45反射，經檢 測稜鏡44之第1反射面46、檢測稜鏡44之第2反射面47， 由出射面48之透鏡49出射。在此，於入射面45、第1 反射面46及第2反射面47，設定檢測稜鏡44之各角度， 使光束L能滿足全反射條件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如此，檢測稜鏡44之入射面45與檢測面33間之角 度0 A變小，即能將檢測稜鏡44之厚度變小，裝置亦得 以薄型化。 另外，在本實施形態’第1反射面46、第2反射面47 為平面者，但曲面亦可。 實施形鹱1 2 第24圖為本發明實施形態12之凹凸紋路圖案讀取裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 20 310800 5l6〇〇3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 310800 A7 五、發明說明（21 ) 置之上視圖。第25圖為第24圖之凹凸紋路圖案讀取裝置 之側面圖。圖中5 1為檢測稜鏡、5 2為檢測稜鏡5 1之入 射面、53為檢測稜鏡51之反射面、54為檢測稜鏡51之 出射面、55為複曲面透鏡。其他符號如上述其他實施形 態之構成。第26圖為複曲面透鏡55之構成圖。 本實施形態，係在檢測稜鏡5 1之出射面54裝設複曲 >面透鏡55為其特徵。 如此，由於使用複曲面透鏡55，組合反射面53、複 曲面透鏡55、第2透鏡38、第3透鏡39的紋路圖案資料 之轉射，得以能有歪扭少的轉射。 另外’在本實施例，係裝設複曲面透鏡5 5替代形成 於出射面54之透鏡，第2透鏡38、第3透鏡39也同樣 可以由複曲面透鏡55替代。 1施形態1 3 第27圖為本發明實施形態13之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。56為檢測稜鏡、70為檢測稜鏡56之反射面、 76為檢測稜鏡56之出射面、72為複曲面透鏡。其他符號 如同上述其他實施例之構成者。0表示檢測稜鏡56之底 邊與水平面間之角度，LP為檢測稜鏡56中之光束。 在本實施形態係將上述其他實施形態之檢測稜鏡之底 面自水平面切除角度0者。在此切除之領域係在檢測稜鏡 56中光束LP不通過之領域。 如此’將檢測稜鏡56之底面從水平面切除角度0， 則可配置攝影裝置41於切除了之空間，裝置得以更加薄 本紙¥尺度適財_家標準—規格〈21G X 297公髮） — — — — — — — — — — — — — - IHIIII ^* — — — — — 1 — (請先閲讀背面之注意事項蒋填寫本頁) 516〇〇3 A7 B7 五、發明說明（22 ) 另’在本實施形態係將檢測稜鏡5 6之底面自水平面 切除角度0，但只要是檢測稜鏡56中之光束LP不通過 之領域，則以任意之形狀切除均可。 再者，於第27圖，檢測領域之長度y在i5mm以下 時’自電路板42之表面至檢測面33之距離h可構成1 〇mm 以下時，裝置之厚度可製成如同手提型電腦等攜帶終端器 内藏之硬碟機，即可内藏於手提電腦等之攜帶終端器。 實施形態14 第28圖為本發明實施形態14之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。圖中57為第1反射鏡、58為第2反射鏡、 59為第3反射鏡。其他符號如同上述形態之構成者。 於本實施形態，自光源1放出之光束，經第1反射鏡 57、第2反射鏡58、第3反射鏡59折彎入射於準直透鏡 32。由如此構成，可在維持光源1至準直透鏡32間之光 學距離之狀態下，縮短光源1至準直透鏡32間之距離， 而可縮短光學系之長度D。 再者’光源1放出之光束L，可對攝像裝置41之攝 像面成垂直方向配置，所以光源1與攝像裝置41可設置 於同一電子板42上而簡化構成。 第29圖為實施形態14之另一凹凸紋路圖案讀取裝置 之構成圖。在本裝置係以第2反射鏡58及第3反射鏡59 替代第1直角稜鏡61及第2直角稜鏡62之構成。光源1 放出之光束經第1反射鏡57、第1直角稜鏡61、第2直 角稜鏡62而折彎，入射於準直透鏡32。 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 S· Ϊ裝

I I I I I 朦 訂 經濟部智慧財產局員X消費合作枉印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 22 310800 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 516003 Α7 Β7 五、發明說明（23 ) 依如此構成，可在維持光源丨至準直透鏡32間之光 學距離之狀態下’縮短光源1至準直透鏡間之距離，而可 縮短光學系之長度D。 再者，光源1放出之光束L，可對攝像裝置41之攝 像面成垂直方向配置’所以光源1與攝像裝置41可和置 於同一電子板42上而簡化構成。 _實施形Μ 1 5 第30圖為本發明實施形態15之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。圖中63為折返稜鏡、64為準直透鏡，其他 符號如同上述其他實施形態之構成者。 在此實施形態’如第28圖所示，將分散的第1反射 鏡57、第2反射鏡58、第3反射鏡59以一個透明樹脂或 玻璃成型的折返稜鏡63替代，在折返稜鏡63之出射面形 成準直透鏡64者。 依如此構成，可在維持光源1至準直透鏡64間之光 Β學距離之狀態下，縮短光源1至準直透鏡64之距離，而 可縮短光學系之長度D，同時可減少零件數。 再者，光源1放出之光束L可對攝像裝置41之攝像 面配置成垂直方向，所以光源1與攝像裝置41設置在同 一電路板42上面簡化構成。 又，第29圖所示之第1反射鏡57、第1直角稜鏡61、 第2直角稜鏡62，可由透明樹脂或玻璃成型之折返直角 稜鏡所替代，在折返直角稜鏡之出射面形成準直透鏡64， 亦可獲得同樣的效果。 I — — — — — — —--^ ·1111111 ^ ------ - - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 23 310800 516003 A7 B7 五、發明說明（24 ) 實施形態16 第31圖為本發明實施形態16之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。圖中65為折返直角稜鏡、dc為折返直角棱 鏡65之長度、he為折返直角稜鏡65之高度。其他符號 如同上述其他實施形態之構成者。 在此實施形態’檢測領域31之寬度X為20mm以下 時，設定折返直角稜鏡65之長度Dc為15mm以下，高 度he為10mm以下，準直透鏡64之NA值為0.6以下者。 依如此構成，裝置之厚度可製成如同手提型電腦等攜 帶終端器内藏之硬碟機，即可内藏於手提電腦等之攜帶終 端器。 實施形態17 第32圖為本發明實施形態17之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本實施形態係組合實施形態13及實施形態16，在檢 測領域31之寬度X為20mm以下，長度y為15mm以下 時，裝置整體配置成··長度D為35mm以下、電路板42 之表面至檢測面33之高度h為10mm以下者。 依如此構成，裝置之厚度可製成如同手提型電腦等穩 帶終端器内藏之硬碟機，同時可減少裝置之設置面積，所 以容易内藏於手提型電腦等攜帶終端器。 實施形錐1 8 第33圖為本發明實施形態18之凹凸紋路圖案讀取裝 置之構成圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 24 310800 516003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（25 ) 在本實施形態係將攝像裝置66以裸露晶片（Bare Chip) 之形態直接按裝於電路板42或第3透鏡39。 依如此構成，攝像裝置66無需封裝（Packaging)，裝 置可更加薄。 有關本發明之實施形態有如上，在實施形態10所述， 於第20圖之角度<9D之各值，亦適用於其他實施形態。 | 又，除實施形態11之上述各實施形態，檢測稜鏡之 入射面與檢測面之間的角度0 A為未滿45度，且可設定 自90度減去對檢測面内面之反射角0 3之角度為大而可 獲得如次之效果。角度0A未滿45度可使裝置較薄，角 度ΘΑ大於90度減去上述反射角<93之角度時，可防止 檢測面所反射的光束碰到入射面。 又’對檢測稜鏡之入射光束之入射角Θ1與入射面之 折射角（92,除能滿足斯涅耳折射定律（Snell，s Law)，sin( 0 l)=nl/n0 ’ Sin( 6> 2)之外，亦能在幾何學上滿足0 A=9〇。 -(0 1+ <9 D)= 03 — 02。此式中之 01、Θ2、03、0D、 nl、n0則表示於第2圖及第20圖。例如檢測稜鏡之折射 率nl為1·5之玻璃或樹脂，0D為大致0度時，設定ΘΑ 為24度至30度，則凹凸紋路圖案讀取裝置之厚度可最薄。 [產業上之利用] 如上有關本發明之凹凸紋路圖案讀取裝置，最適合於 裝置小型且薄型化，適用於例如指紋讀取裝置等。 [元件符號說明] 1 水源 2 檢測稜鏡 -------------裝-------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） 25 310800 516003 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、 發明說明（26 ) 3 入射面 4 出射面 5 指頭 6 為光學系 7 攝像裝置 8 處理裝置 9 檢測面 10 平準透鏡 11 折返稜鏡 12 折返稜鏡 13 反射鏡 14 反射鏡 18 光學系 19 第1圓柱透鏡 20 第2圓柱透鏡 22 檢測稜鏡 25 圓柱狀反射面 26 出射面 27 圓柱透鏡 28 光束聚集裝置 29 複曲面透鏡 30 檢測稜鏡 31 檢測領域 32 準直透鏡 33 檢測面 34 入射面 35 反射面 36 出射面 37 第1透鏡 38 第2透鏡 39 第3透鏡 40 稜鏡 41 攝像裝置 42 電路板 43 平行之面 44 檢測稜鏡 45 入射面 46 第1反射面 47 第2反射面 48 出射面 49 透鏡 50 透鏡 51 檢測稜鏡 52 入射面 53 反射面 54 出射面 55 複曲面透鏡 56 檢測稜鏡 ------------裝--------訂.--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 26 310800 516003 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（27 ) 57 第1反射鏡 58 第2反射鏡 59 第3反射鏡 61 第1直角稜鏡 62 第2直角稜鏡 63 折返稜鏡 64 準直透鏡 65 折返直角稜鏡 66 攝像裝置 70 反射面 72 複曲面透鏡 76 出射面 101 檢測稜鏡 103 檢測面 104 光射面 105 指頭 106 指紋 107 攝像裝置 108 處理裝置 109 成像透鏡 D 長度 L 光束 LI 入射光束 LO 出射光束 W 寬度 Θ 角度 d 距離 h 局度 X 寬度 y 長度 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 27 310800

Claims (1)

1. 516003 8888 ABCD 六、申請專利範圍 1 · 一種凹凸紋路圖案讀取裝置，係具備··檢測面，可放 置有凹凸紋路圖案之被檢體；稜鏡，對前述檢測面具 有傾斜第1角度之入射面，並與前述入射面之入射光 相對應’將在前述檢測面所反射之光予以出射；第1 光學系’係具有光源面使前述光源之光之光軸對前述 檢測面能實質上成平行入射於前述稜鏡之入射面；以 及第2光學系，將前述稜鏡出射之出射光傳送至攝像 裝置為其特徵者。 2. 如申請專利範圍第1項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述出射光係對前述檢測面，實質上成平行出射者。 3. 如申請專利範圍第2項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述稜鏡係對前述檢測面具有傾斜第2角度之出射面， 前述出射光由前述出射面出射者。 4·如申請專利範圍第2項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述出射光係對前述入射光成逆方向，自前述稜鏡出射 者。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 5·如申請專利範圍第4項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述稜鏡係對前述檢測面具有傾斜第3角度之反射面， 由此反射面折返之來自前述檢測面之前述光，係成為 前述出射光而自前述稜鏡出射者。 6·如申清專利範圍第3項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述第1光學系具有第丨入射光折返裝置，係自前述光 源接文前述入射光而折返，並入射於前述入射面者。 二·如申請專利範圍第3項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 巧張尺度適用中國國家標準（CNS：)Μ規格（21〇 χ 297公髮〉---- 28 310800 516003 六、申請專利範圍 述第2光學系具有出射光折返裝置，係接受前述出射 光而折返’並成像於前述攝像裝置之攝像面者。 面 8·如申請專利範圍第3項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述第2光學系係具備垂直方向與垂直方向分別不同倍 率的透鏡’依前述透鏡，將前述出射光聚集於垂直方 向或水平方向’成像於前述攝像裝置之前述攝像面者< >9·如申請專利範圍第3項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述稜鏡具備光束聚集裝置，係在前述檢測面上將前述 出射光以水平方向聚集者。 10·如申請專利範圍第4項之凹凸紋路圖案讀取裝置，係 具備：反射面，係在前述檢測面將所反射的前述光反 訂 射；透鏡部，係接受自前述反射面之光，出射至前述 第2光學系，而接受前述第2光學系之光的前述攝像 裝置之前述攝像面係設成與前述檢測面實質上平行 者。 11·如申請專利範圍第5項之凹凸紋路圖案讀取裝置，在 前述檢測面反射之光係在前述入射面再反射，經前述 反射面成為出射光出射者。 12·如申請專利範圍第5項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述第1角度係未滿45度，且大於自90度減去在前述 檢測面之反射角的角度（沒3)者。 13·如申請專利範圍第10項之凹凸紋路圖案讀取裝置，在 與前述檢測面相對之前述稜鏡之面，切除前述稜鏡内 之光束未通通之領域者。 本紙張尺度適时關家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公爱） 烈 310800 516003 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ’、、申叫專利乾圍 14·如申請專利範圍第1〇項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述第1光學系係具備··設於電路板上之前述光源，第 2準直透鏡，及設於前述光源與前述第2準直透鏡間 之第2入射光折返裝置；而前述入射光係依前述光源、 前述第2入射光折返裝置及前述第2準直透鏡之順序， 入射於前述入射面者。 15·如申請專利範圍第14項之凹凸紋路圖案讀取裝置，前 述第2折返光學裝置係由透明樹脂或玻璃一體成型， 而且在前述第2折返裝置之入射光出射面，設有前述 第2準直透鏡者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 310800