微扫描于远心式镜头和非远心式镜头之应用.pdfVIP

2009 Taiwan AOI Forum, Show and Contest 2009 Taiwan AOI Forum, Show and Contest 微掃描於遠心式鏡頭和非遠心式鏡頭之應用 陳奕倫 方怡欽 陳永祥 蔡和霖 國立高雄第一科技大學 國立高雄第一科技大學 國家實驗研究院 國家實驗研究院 光電工程研究所 光電工程研究所 儀器科技研究中心 儀器科技研究中心 u9417814@ccms.nkfust.edu.t yfang@ccms.nkfust.edu.tw yschen@itrc.org.tw hltsay@itrc.org.tw w 摘要 隨著數位影像系統的快速發展，光學設計及測量在理論和優化方面因為數位化，輕量化，小型化和整 合化而有許多需要強化之處。產品材質的選擇，設計，公差的分析和後續的測量及整合變得更加複雜，這 些問題成為光學產品成敗的關鍵。本文著重在數位小型、輕量化光學影像系統的光學性能測量，調變轉換 函數(Modulation Transfer Function, MTF)的測量是基於線性反應之基礎上。然而，數位系統是離散的，即不 連續，必須提出離散調變轉換函數(Discrete Modulation Transfer Function, DMTF)的修正。再者，考慮相位 問題，以及取樣不足(Under-Sampling)的問題，如果取樣不足會造成混疊效應(Aliasing Effect) ，會使得系統 的影像失真。離散系統的調變轉換函數測量於高頻率會因為相位不同而產生不一致的結果。本文提出一套 改良式的數位系統調變轉換函數測量方法，理論與實驗並行，應用微掃描(Micro Scanning)的技術和減少高 頻雜訊的技術得到穩定的數位系統調變轉換函數測量。理論上會對調變轉換函數應用在數位系統上做出適 當的修正，即離散調變轉換函數。實驗方面，在遠心式和非遠心式鏡頭上驗證應用微掃描的技術和減低高 頻雜訊的技術。 壹、 前言 調變轉換函數(Modulation transfer function)簡稱 MTF ，是測試成像光學系統性能的一個客觀指標。一 般通常以不同空間頻率的黑白對線來對成像系統做測試，比較黑白對線成像後的對比情形，即可得知於特 定空間頻率之 MTF 值。光學成像品質測量系統是建立在線性與空間不變性的理論下，即調變轉換函數測 量是基於線性反應之基礎上。然而，現今的數位系統均為離散系統，調變轉換函數在數位系統測量時會有 問題。因此，必須由離散調變轉換函數(DMTF)來修正，來解決調變轉換函數在離散系統的量測問題。由 於取樣不足導致相位效應及混疊效應，使得影像失真，無法測量出真正的調變轉換函數。引發加光學低通 濾波器可以降低混疊效應，甚至消除，卻造成系統性能下降。本文應用微掃描技術，增加取樣頻率來消除 混疊效應，還原數位系統原始的性能，測量出數位系統真正的調變轉換函數。換言之，調變轉換函數應用 到數位影像系統上，必須要以離散調變轉換函數來修正高頻所產生的混疊效應(Aliasing Effect) ，且取樣不 足會導致系統的影像失真。因此，本文在實驗方面提出微掃描(Micro-Scanning)的方法，將混疊效應消除， 測量出數位系統真正的調變轉換函數。並且，實際應用於遠心式(Telecentric)及非遠心式(Non-telecentric)鏡 頭，觀測微掃描對於光學鏡頭在軸上或離軸的光學影像減少混疊效應的變化。 貳、 系統架構 一般在感測器的架構上，運用技術增加其取樣頻率，如此感測器可以涵蓋所有量測成像點，同時避免 感測器取樣不足問題。增加感測器空間取樣頻率的最直接方法就是降低感測器間距，舉例來說，感測器間 距從 10 μm 降為5 μm 時，其取樣空間頻率從50 lp/mm 升高為 100 lp/mm 。理論上，只要一直降低感測器 間距，就可以找到一個足夠取樣空間頻率。不幸的是，降低感測器間距也同時降低感測器面積及其響應。 必須一再增加光源強度才可