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研究生: 吳俊傑
Chun-Chieh Wu
論文名稱: 自動化光學微透鏡陣列檢測系統開發
Development of an Automatic Optical Inspection System for Microlens Array
指導教授: 陳品銓
Pin-Chuan Chen
鄧昭瑞
Geo-Ry Tang
口試委員: 陳品銓
Pin-Chuan Chen
鄧昭瑞
Geo-Ry Tang
修芳仲
Fang-Jung Shiou
陳亮光
Liang-kuang Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 自動化光學檢測系統微透鏡陣列
外文關鍵詞: Automatic optical inspection system, microlens array
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本研究旨在開發一套自動化檢測系統,主要功能包含兩個部分,一為快速判別微透鏡陣列產品是否具有瑕疵,二為量測微透鏡陣列之直徑及焦距。判別微透鏡陣列瑕疵的方法是利用透鏡的聚光性質,使得雷射穿過微透鏡陣列時形成光斑。藉由軟體程式對光斑影像進行分析判別,如發現瑕疵之後再記錄其位置。量測微透鏡陣列的直徑與焦距是透過擷取的影像尋圓,藉由比例因子換算得知微透鏡的直徑,接著利用移動CCD相機平台與分析微透鏡內部光斑圖塊尺寸,求出球形微透鏡的焦距。
本系統設備元件有紅光氦氖雷射、短焦與長焦擴束鏡組、偏振片、光圈、分光鏡、螺桿平台與馬達驅動設備、以及CCD相機。完成的硬體架構能將雷射光經由擴束後,先透過偏振片與光圈改善雷射光的一致性,再經由分光鏡改變光路之後將光線投射於待測的微透鏡陣列上,藉由CCD相機擷取影像傳送給軟體程式分析處理。
利用既有之樣本與外購之標準片,取像分析並演算。而後利用立體顯微鏡得到的數據推算樣本真實的直徑以及焦距。實驗結果顯示,系統自行開發的量測與工具顯微鏡所取得的直徑誤差位於5%以內,焦距誤差2mm與1mm樣品誤差小於4%,唯有0.5mm樣品誤差達到11%,因此本系統自行開發的量測方法與公據顯微鏡所取得的數據有一定程度的吻合。


An automatic inspection system is developed in this study, which is used to: (1) detect flaw on the microlens array (MLAS); and (2) measure the diameter and focus length of the MLAS. This inspection system consists of a laser beam, beam expansion system, polarizers, spectroscope and CCD camera.
In the detection of flaw on the MLAS, a CCD camera was used to capture the image of MLAS under the exposure of laser beam. Then the captured image was analyzed by an image-processing algorithm to highlight the defects. In the estimation of MLAS uniformity and the focal length of MLAS, an image-processing algorithm associated with the motorized X-Y table were used. To validate the measurement from the home-built inspection system, a stereomicroscope was used. The comparison between the home-built system and the stereomicroscope show a good agreement and proved that this optical inspection system for MLAS is highly useful.

摘要 IV ABSTRACT V 誌謝 VI 目錄 VII 圖索引 X 表索引 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究目的 2 1.2 文獻回顧 3 1.2.1 折射式球面微透鏡相關文獻 4 1.2.2 微透鏡檢測相關文獻 7 1.3 研究方法 11 1.4 論文架構 14 第二章 系統硬體架構 15 2.1 微透鏡簡介 15 2.1.1 曲率半徑 16 2.1.2 焦距 16 2.2 微透鏡瑕疵 17 2.2.1 透鏡瑕疵 17 2.2.2 光斑瑕疵 18 2.3 系統硬體架構 19 2.3.1 雷射光源模組 20 2.3.2 透鏡光學模組 21 2.3.3 影像視覺模組 25 2.3.4 電控模組 26 第三章 系統軟體架構 29 3.1程式軟體 29 3.2影像處理方法 30 3.2.1 灰階影像 30 3.2.2 修正影像 31 3.2.3 自動二值化 31 3.2.4 影像遮罩 34 3.2.5 圓偵測 35 3.2.6 焦距量測 37 3.3影像處理流程 39 第四章 實驗結果 41 4.1 校正比例因子 42 4.2 光斑瑕疵檢測 44 4.3 微透鏡尺寸量測及均勻度 46 4.4 焦距量測結果 50 4.5 標準片量測 54 4.5.1 尺寸量測 55 4.5.2 焦距量測 56 第五章 結論與未來展望 58 5.1 結論 58 5.2 未來展望 59 參考文獻 60 附錄A 透鏡光學特性 62 附錄B 透鏡規格 63 附錄C 馬達NED-50B 規格表 64 附錄D 微透鏡 圓直徑量測數據 65 附錄E 微透鏡 聚焦長度量測 68

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