第三章、微光谱仪检测系统架构.pdf

第三章、微光譜儀檢測系統架構 本篇論文主要建立一套自動化供量測彩色濾光片中 R、G、B 像素 各別的穿透率及在整個彩色濾光片上分佈的均勻度。每一像素的穿透 率均涵蓋整個可見光譜範圍，本系統最大的優點即是取信號用光纖 頭，不佔空間，並且能在10ms內完成一個像素的測量。由於LCD的飽 和度取決於彩色濾光片的透射光譜，因此只要掌握CF穿透率光譜的穩 定性，運用我們已建立的三色光刺激值計算軟體，算出此彩色濾光片 在色域座標上的位置，也就是說確保 LCD 的色彩飽和鮮豔的品質。而 此微光譜儀自動量測系統主要可分為六個主要子系統，分別為光學延 像鏡頭、微繞射光柵光譜儀、CMOS 感測器之驅動及放大器、脈波產生 器、AD/DA card、自動移動平台等六種，以下就此微光譜系統的硬體 與軟體做分別的敘述： 3-1 量測基台及光學鏡頭組之設計 光學延像鏡頭組設計的主要目的是為了能夠將光照在彩 色濾光片上以 1:1 的成像大小進入光纖中，增加訊號的強度。 因此，在設計上，使用兩片焦距 22mm 的凸透鏡來聚焦點光源， 如圖 3-1 為鏡片組的示意圖。量測時，將要量測的彩色濾光片 放置如圖 3-2 的量測基台示意圖的量測試片的位置上，經由焦 聚位置的調整，即可量測出最大能量聚焦的色光。 33 圖 3-1 延像聚焦鏡頭組示意圖 圖 3-2 延像聚焦鏡頭實體圖 34 圖 3-3 量測實驗基台示意圖 圖 3-4 量測實驗基台實體圖 35 3-2 微繞射光柵光譜儀 本實驗中的微繞射光柵(micro Diffraction Grating)光 譜儀是由德國 Microparts 公司使用 LIGA 技術所製作出來的， 其實體見圖 3-5 中的灰色及黑色部分，可以看到光纖及微光柵 的外觀，尺寸大小約 20mm*3 0mm。 圖 3-5 微光譜儀實體圖 圖 3-6 為微繞射光柵光譜儀實際動作圖，圖中可以看到微光譜 儀是利用光纖將顏色光之訊號傳入繞射光柵光譜儀後，以散射 方式投照於圓弧型的微光柵上，經由光柵所形成的平面散射， 而對光束中的各個波長，產生了干涉現象，其建設性的干涉部 分，使得各個色光被分離出來並投射到 CMOS 影像感測器上的 不同位置，代表不同顏色的譜線，有如彩虹般的色譜分佈圖。 36 而本實驗中所使用光二極體陣列是由 256 個相對應之光感測 器所組成的，經由此陣列將光源依照功率的大小轉換成電流的 訊號，而後將電流訊號經 過阻抗轉換放大器轉換成電壓模式， 訊號轉換成數位信號後，便可以加以運算並且表達成有意義的 資訊。 圖 3-6 VIS- 微光譜儀的原理 其基本規格可由表 3-1 得知，由表中我們可以瞭解此微光 譜儀可偵測到的範圍是 380-780nm 的可見光波長，光譜解析度 是 7nm，光纖纖核的外徑為 50μm，纖覆的外徑為 125μm，而 其數值孔徑 N