結合等高線地圖與光纖耦合法則之自動化光學檢測系統 A study of automatic optical inspection system for fiber coupler with novel contour map algorithm

圖 A 圖 B

逢甲大學自動控制工程學系林宸生教授、田春林教授、賴群皇、陳昱翰、黃衍禎、蔡宗祐、陳建成

(x*,y*)

起點250

250

-250-250

摘要 本研究對於光纖耦合器之耦合製程中軸心對位檢測其光纖耦合效率，研究五軸空間光連接塑膠射出模組中光纖在微透鏡軸心偏移或傾斜情況下之耦合效率，並以耦合效率之變化量對軸心位移做比較，使用 Intel( 英特爾 ) 的新光纖連接器標準Light Peak 的主要零組件來進行實驗 , 找出對應之偏移量，尋找最佳光纖耦合效率之位置，達到定位效果。 利用微透鏡的曲率、焦距及光源的特性等參數，以光學設計軟體做驗證，搭配CCD 紅外線攝影機擷取耦合光點影像，透過曲線擬合方法，提出等高線地圖創新光纖耦合法則，進行影像處理計算出最佳耦合效率。並以五軸精密平移台為對位平台，微調各軸偏移量與角度，在最佳耦合效率情況下，以五軸精密平移台之最小單位移動量作為改變，計算出各軸軸心偏移或傾斜時之耦合效率，並建立耦合效率資料庫。透過比對資料庫的數據，求出光纖軸心對位之偏移量，最後經由程式判斷軸心偏移或傾斜之方向性，以達到最佳耦合效率位置。

設計原理分析1. 影像亮度值檢測 令 f1 為像素之灰階分量函數，首先找出耦合光中心位置 之灰階 ，令上

下限閥值 與 。 由 自動統計其上下限閥值 與 範圍內之點素數量，當 時，逐漸減

少 p之值、再增加 k之值。其中

如果 ，可判定找到下限閥值，此時 p值固定，只逐漸增加 k之值。 反之如果 ，可判定找到上限閥值，此時 k值固定，只逐漸減少 p 之值， 為一預設差異量。 當灰階值範圍調整至使像素個數 時，我們可判知 C1 為耦合光所形成之

像素群，而此時耦合光之像素在灰階值為 p到 k之間，如此可成功的將耦合光分割出來。

如果始終並沒有出現 的情形時時，則以 最接近 時之 p與 k為搜尋結果。

因此對影像以灰階值 p與 k為上下閥值，而進行灰階分劃，分離出耦合光點與背景後，計算出耦合光點之灰階值總合與像素點總合，即可求得平均灰階值 Gavg ，即為亮度值。其中

2. 平面資料庫比對搜尋法 :利用光學模擬軟體 Zemax 模擬 Plug Lens 與 Re-Lens 軸心對位，對 Plug Lens X 軸與 Y軸偏移時，所模擬出耦合效率損失趨勢圖，並以橫軸代表 X 偏移，縱軸代表 Y 偏移，畫出耦合效率等高線圖，如下圖 A X-Y 偏移耦合效率等高線圖所示。

3. 等高線搜尋法 :在個別對 X 、 Y 軸做多項式近似法的搜尋，尋找出平面的最佳座標位置，並假設此點為平面之最佳耦合效率，如下圖 B 所示。

系統流程

實驗架構與結果

1. 本專題研究之創新性在於利用等高線地圖創新光纖耦合法提高光纖微透鏡耦合效率。2. 以紅外線雷射作為光源，經光纖連接器輸入端，通過光纖傳輸後由光纖連接器輸出端投射至成像面之實驗系統。利用影像處理法，將影像中的光源與背景分離，並算出耦合光點的亮度值，作為光功率值。並以單位移動量調整五軸精密平移台之各軸向，計算出耦合效率，建立出資料庫。再使用資料庫比對法，比對資料庫內的數據求出光纖對接之偏移量，經由耦合效率變化得知最佳耦合效率座標位於平面的某個象限。得知最佳耦合效率座標之後，可由程式計算出 X 軸及 Y 軸偏移量，並進行校正，之後判斷有無傾斜角度，校正完傾斜角度後，最後比對 Z 軸資料庫，計算 Z 軸偏移量。3. 使用精度較高之五軸精密平移台，不需人工調整偏移量避免產生 誤差，利用多軸高精密度的自動定位移動平台與光纖耦合檢測程式連結，可達成全自動化系統。即可找到最佳耦合效率之位置。

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102年度半導體光電製程設備零組件 與系統設計專題競賽