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光電系統技術的基礎知識要點應用 : 奠定光電整合技術觀念方式 : 提示與討論

光電系統技術內容綱要光電系統技術內容綱要

1.   光的存在及其研討工具的技術效用︰ 光的雙重特性﹐

波動光學、幾何光學及量子光學間的關係  2. 傳統光學技術應用︰

光學元件、鏡頭設計點將錄 傳統光學系統簡述  3. 光電系統技術綜論︰ 系統諸元

數位影像及光纖通訊的主要特性參數

光電系統技術內容綱要光電系統技術內容綱要 (( 續續 ))

4.    產業光電技術5.   光學測試原理︰ 影像品質評估及及測試儀器簡介 6. 光電技術的介面整合 規格評價 7. 應用舉例

光的存在及其理論光的存在及其理論• 盤古開天劈地• 創世紀• 電磁場波動 ( 光波 )• 熱輻射 ( 光線 )• 光的雙重光波 / 光線特性 以波長 (0.5 ×10 –6 m ) 為其面貌分

界之原則

光的雙重特性光的雙重特性 電磁場能量傳遞一體兩面的電磁場能量傳遞一體兩面的

帶有波動特性的粒子 ; 帶有粒子特性的光波

繞射現象繞射現象

偏極光偏極光光的傳播具有極性特徵光的傳播具有極性特徵

匀極性線極性圓極性橢極性 .

波動光學波動光學 幾何光學幾何光學 及量子光學及量子光學

光學各支學理間的關係

光學技術的應用光學技術的應用• 幾何光學 以最簡潔的方法 舖呈精密技術的應用• 波動光學 用看得見的現象 解釋並量測技術的精密度• 量子光學 探討光子與物質間的互動關係• 偏極光 調節光度及光譜的通量• 同調光 展延光源的應用深度 全像術 相位顯微鏡

光電技術定義淺釋光電技術定義淺釋

以光學原理及要求為基礎 , 配合成熟的電子和機械技術 ,所組成的專業工程領域

精密 可靠 輕巧

Electro – OpticsOpto – electronicsPhotonics

精密度是光學技術的基石精密度是光學技術的基石

• 技術精度要求最高之行業• λ/4 (~0.1 x 10-6 m) 是最重要的參考數據• 突破技術瓶頸的能手• 展現技術水準的指標• 近代微機電及奈米科技仍然需要假借光學

技術之手

光學技術的應用光學技術的應用• 幾何光學 以最簡潔的方法 舖呈精密技術的應用• 波動光學 用看得見的現象 解釋並量測技術的精密度• 量子光學 探討光子與物質間的互動關係• 偏極光 調節光度及光譜的通量• 同調光 展延光源的應用深度 全像術 相位顯微鏡

精密度是光學技術的基石精密度是光學技術的基石

• 技術精度要求最高之行業• λ/4 (~0.1 x 10-6 m) 是最重要的參考數據• 突破技術瓶頸的能手• 展現技術水準的指標• 近代微機電及奈米科技仍然需要假借光學

技術之手

新世紀的光電技術新世紀的光電技術

• 自長 (self-assembly) 式元件材料 光源特性控制• 近場 (near-field) 式顯微術 結構設計

• 精密監控 (monitoring & positioning)器材

• 快速製造 (rapid manufacturing) 試樣打造

光學技術持續當紅的必然趨勢光學技術持續當紅的必然趨勢

• 百聞不如一見的心理因數• 工藝技術的日益進步• 生活水準的不斷提升• 環保要求的持續嚴苛• 智財權給予產業的保護與壓力• 光電技術是以傳統光學技術為基礎 結合近代光

子學 電子學及微光機電技術 發展成的高精密科技

• 當仁不讓的高科技 困難重重 研發持續延伸中

雷射光源雷射光源

主動式光源主動式光源

• 鎢絲燈• 螢光燈• 雷射 (二極

體 )• 高壓鹵素

光強度對照 光強度對照 ( ( 1 lux 1 lux 0.1 ft – cd 0.1 ft – cd ))

• Direct sunlight 100,000–130,000 lux • Full daylight, 10,000– 20,000 lux indirect sunlight• Overcast day 1,000 lux • Indoor office 200–400 lux • Very dark day 100 lux • Twilight 10 lux • Deep twilight 1 lux • Full moon 0.1 lux • Quarter moon 0.01 lux • Moonless clear night sky 0.001 lux • Moonless overcast night sky 0.0001 lux

玻璃玻璃的光學特性的光學特性 超冷液體 超冷液體

• 穿透率與透明度• 折射率與色散率• 光學玻璃 : 等級與表面處理• 反射與抗反射膜

光學玻璃地圖光學玻璃地圖

光學晶體光學晶體

• 雙折射•壓電 (pyzo/ferro-electric) 效應• 光彈 (photo-electric) 效應• 光電效應• 應用 檢光器 光開關 光頻轉換 壓電變壓器 壓電馬達

The velocity of light in a material (index of refraction),depends on the wavelength of the light.

眼睛映像諸元眼睛映像諸元

視網膜單元結構視網膜單元結構

三 原 色 配 置三 原 色 配 置

色 盲色 盲

幅射 溫度 顏色幅射 溫度 顏色

色 值色 值

Hue Hue 色 澤色 澤• A hue is the saturation of a color and is

what stays constant in a color , i.e. the property of being away from white.

• “purple” is a technical term: it designates not just one color or hue, but a whole class of them. On our two-dimensional diagram, purples form a triangle.

• Each hue has a complementary hue.

顏 色 標 示顏 色 標 示

Saturated imageSaturated image

Gamut Gamut 色 域色 域• the 3 phosphors' maximal intensities are

chosen so that adding them up gives the desired white.

• Certainly a monitor cannot display a color outside of the triangle in the chromaticity plane formed by its three phosphors although they can represent every hue .

Gamma correction Gamma correction • Gamma describes the nonlinear

relationship between the pixel levels in your computer and the luminance of your monitor (the light energy it emits). The equation is,

L = C * valuegamma + black levelC is set by the monitor Contrast

control. Value is the pixel level normalized to a maximum of 1. For an 8 bit monitor with pixel levels 0 - 255, value = (pixel level)/255.

gamma is defined as the product of monitor's native gamma and video card lookup table (LUT) gamma. Briefly, Gamma is contrast. The Contrast control on monitors and television sets is actually brightness, and the Brightness control is, as we've seen, black level.

Color transformationColor transformation

Since the human eye has three types of color sensor that respond to different ranges of wavelengths, a full plot of all visible colors is a three-dimensional figure. However, the concept of color can be divided into two parts: brightness and chromaticity.

CIE 1926 seriously underestimates sensitivity at wavelengths below 460 nm CIE 1964 Standard ; 2 degrees which covers only the fovea and 10 degree field of view the CIE L*a*b* color space, both of which were designed to have an equal distance in the color space correspond to equal differences in color

光電系統諸元光電系統諸元

當紅光電產品當紅光電產品數位影像器數位影像器

光纖原理光纖原理

光通訊光通訊

電子訊號處

理 電子訊號處

理

光 訊 傳 播

DWDMDWDM & &

CWDMCWDM

晶體光纖晶體光纖

干涉儀干涉儀 ((使用同調光源使用同調光源 ))

干涉影像

光源

• 平板 (平行度 )• 稜鏡• 曲片 (非球面 )• 像差

干涉圖紋干涉圖紋

離 焦 球 差 慧 形 差 像 散

光學傳遞函數光學傳遞函數 (( 點展函數的傅氏轉換點展函數的傅氏轉換 ))

分析光電系統各分項間光學性能之通用語言

夜 視 原 理夜 視 原 理

熱 像 儀 功 能熱 像 儀 功 能空照判讀

1 -- 正欲起飛2 -- 停放許久

( 假飛機 ?)

3 -- 剛飛走

Pill-cameraPill-camera

醫 療 檢 查醫 療 檢 查

Fabricated folded Fabricated folded opticoptic

Diamond machined blank

PatternedAluminum-coated lens

2592x1944 CMOS sensor

Input aperture Reflective asphere

Overcoated absorber5 mm thickness

2.5 m

xTest

pattern lens

CMOSSensor

stage

Incandescentillumination

Wavefront CodingWavefront Coding

國內光電產業技術近況國內光電產業技術近況 努力追求專利技術 努力追求專利技術

光學元件 ( 顯示器 ) 及鏡組 有工廠而無工業

光通訊 蓄勢待發 數位相機 CMOS vs CCD 競爭激烈投影電視 各顯神通

傳統光學系統 爭取生存空間

** 機會人人有 各各無把握

偏極光偏極光

光的傳播具有極性特徵 : 匀極性線極性圓極性橢極性 .

光學晶體光學晶體

• 雙折射•壓電 (pyzo/ferro-electric) 效應• 光彈 (photo-electric) 效應• 光電效應• 應用 檢光器 光開關 光頻轉換

光學薄膜的製作原光學薄膜的製作原理理

高真空 厚度量測高真空 厚度量測

傳統光學儀具傳統光學儀具 (( 顯微鏡顯微鏡 ))

最古老的光學研究理論現代化的技術貢獻

同調性光源全像術近場光學

單眼照相機的構造單眼照相機的構造

望遠鏡的應用望遠鏡的應用

•雷射技術應用雷射技術應用• 量測 interferometry• 測距 Range finding• 正線 alignment• 指標 designation