微透镜之三维立体形貌自动化检测系统-AOIEA自动光学检测设备联盟.PDF

微透鏡之三維立體形貌自動化檢測系統 楊士緯 林宸生 傅書賢 葉茂勳 林宏霖 逢甲大學 逢甲大學 逢甲大學 中山科學研究院 逢甲大學 電機工程學系 自動控制工程 自動控制工程 材料與光電 自動控制工程 m9901655@mail.fcu.edu.tw 學系 學系 研究所 學系 摘要 本研究利用 CCD 攝影機搭配顯微鏡組，並透過菲索干涉儀原理，建構出一套微透鏡之三維立體 形貌自動化檢測系統。此非接觸式之微透鏡3D 輪廓檢測系統，其檢測對象可為對稱型或非對稱型之 微透鏡。以非對稱型之微透鏡為例，其干涉條紋分佈呈現一邊疏一邊密的情況，與對稱型兩邊等密的 情況不同。因此本研究提出一創新演算法：分別找出每圈暗紋及亮紋之最暗點與最亮點，再以貝茲曲 線 (Bezier curve)將最暗點與最亮點擬合成一封閉曲線。這些封閉曲線可視為表面輪廓等高線，並依 此重建出微透鏡之表面3D 形貌。 本系統具有非接觸式量測之優點 ，量測過程中不需鍍上任何金屬產生反射面，或者破壞樣本的表 面結構。且能即時重建待測微透鏡之三維立體形貌，每次僅需取像一次，檢測速度快。 關鍵字：菲索干涉儀 、3D 輪廓 、非對稱型微透鏡、貝茲曲線 壹、 前言 現今的科技趨勢不斷的朝微小化的商品設計，市面上的光電產品像是手機的相機鏡頭、數 位相機、光碟機及用於醫學影像的鏡頭等。由於產品的體積縮小，連帶鏡頭的設計上也需 要微小化，於是各種不同形式的微透鏡便被廣泛的應用 。由於透鏡尺寸越趨微小化，檢測 時若採用人工方式進行，除了檢測結果因人而異之外，人眼經過長時間工作必定會因疲憊 而產生誤判。故本研究設計出一自動化檢測系統，透過菲索干涉儀原理[1-4] 並自動化取得 微透鏡之干涉影像，藉由影像處理的方式濾除雜訊使成像更為清晰，再以自行研發之演算 法計算出微透鏡的Lens Sag ，並透過電腦繪圖技術，建立微透鏡 表面輪廓等高線 ，進而還 原微透鏡之表面3D 形貌。 Quan 等人提出一非接觸式光學檢測系統，運用干涉條紋投影技術量測高壓成型物體之3D 表面輪廓資訊[5] 。Xiaomei 等人提出了一套用於生醫領域之光學干涉量測系統，應用麥克 森干涉儀與數位影像處理技術來分析人工關節之球型表面粗糙度[6] 。Takaaki 提出利用 Twyman–Green 干涉法、Mach–Zehnder 干涉等非接觸光學檢測系統於微透鏡陣列之檢測 架構方法，並繪製微透鏡3D 表面輪廓[7] 。 貳、 研究方法 利用顯微干涉術之菲索干涉儀原理，取得微透鏡之干涉條紋，此環狀干涉條紋包含暗紋與亮 紋資訊，如圖 1 所示。為了確保影像中所找到的條紋為極暗紋和極亮紋，本研究以非對稱型 微透鏡為例，透過以下步驟進行環狀封閉條紋之極暗紋和極亮紋的分析： 亮 紋 暗 紋 圖1 ：非對稱型微透鏡之干涉條紋影像 圖2 ：中心點的計算結果 一、計算微透鏡之中心位置 先對原圖(圖 1)進行二值化，再利用區域填充質心法可求得微透鏡的中心座標X , Y  ，如 c c 下式及圖2 所示： x X c (1) n