TWM378379U - Photoelectric detection system for numerical aperture of near infrared optical fiber - Google Patents

Description

M378379 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係有關一種近紅外光纖數值孔徑之光電檢測系 統，其兼具可檢測不可見光光纖之數值孔徑、可做定量量測使 數據比較客觀、使用半導體元件省電壽命長且系統穩定，以及 光接收部上之光電感測部靈敏度高等功效。

·. 【先前技術】 近年來紅外線測溫技術在生醫檢測、產品品質控制和監 測、設備線上故障診斷和安全保護，以及節約能源等方面皆發 揮重要作用； 任啊式紅外線測溫儀在技術上得到迅速發展，性能不斷 提高’義細稍擴大。比起接觸式測溫料，紅外線測溫 具有響應時·、非接觸式、安全及使財命長等優點。 近年錢纖騎料的發展迅速，低的損耗雛、⑽色散及較 M以上)都有重大突破光纖的顧也從可見光波 奴擴展至紅外線波段（即不可見光）。 、卜線光纖做影像信號傳輸時，可以達到許多其它傳輸 方式所無法達到的目的，例 铪、古a玄+ 如可以做為：紅外線二維影像傳 輸同功率雷射傳輸、輻 值等.置X及紅外線快速偵測有害化學物 值等，先纖傳遞影像有以 安全、體穑丨y 4優點：⑴價袼低廉；⑵ 文王骽積小、重量輕；（3 ^喝電、絕緣、耐電磁雜音、耐高 3 壓、耐高溫及腐蝕，可工作於特殊環境；（4)靈敏度高；（5) 幾何形狀可依環境要求調整。 簡單之光電感測裝置，係將發光二極體（光源）、光接受端 之光偵檢n、運算放大ϋ及顯示科整合在—起即完成；對發 光端之發光二極體供給調變電流(mA)使發出脈衝光，此光打在 物體上或穿透透明物質，又被物體散射或光被衰減，光接受端 接受散射光或衰減光’光偵檢器將特徵光譜的光變化量轉換成 電壓，再由顯示器將此值顯示出而完成光電感測。 傳統簡易型光纖之數值孔徑量測方法（可參閱第七圖）；係 利用光纖柄合器將可見（雷射）光輕合進入光纖，在光纖輸出距 離L處量測光束大小，記錄光纖到牆的距離L及圓形受光區域 的直徑W，則光纖之數值孔徑大約等於W/2L，即可計算出光纖 的數值孔控值’但這樣的裝置，只能檢測一般的可見光光纖， 至於近代廣為應用之近紅外光（不可見光）光纖，則無法做測 試0 另一種傳統裝置，是靠轉動光纖角度來量測數值孔徑，將 光纖定位器71架設於旋轉台81上(如第十圖所示），使光纖定 位器71 —端與光纖輕合，另一端放置光偵測器測量光亮度； 以雷射水平射入光纖之光亮度為基準值，左右旋轉光纖，並記 錄每一度角度所測量之能量，而左右旋轉是消除因儀器排列所 造成的誤差；（將實驗所得之數據繪製如附件一所示之第Η圖） M378379 測量強度為最大強度之5%的兩點間距離，則此距離的1/2即 為光纖的數值孔徑。但這樣的結構’另外產生因為手碰觸儀器 頻繁，所以容易造成很大的誤差之問題。 因此，有必要研發出可革除習用結構弊病之裝置。 【新型内容】 本創作之主要目的’在於提供-種近紅外光纖數值孔徑之 光電檢測系統，其可檢測不可見光光纖之數值孔徑。 本創作之妓_ ’在雜供-槪紅枝賊值孔徑之 光電檢測系統，其可做定量量測使數據比較客觀。 本創作之又-目的’在於提供一種近紅外光纖數值孔徑之 光電檢測系統’其賴半導體元件省電壽命長且祕穩定。 本創作之再-目的，在於提供一種近紅外光纖數值孔徑之 光電檢測祕，其光概部±為光賴測部故練度高。 本創作係提供-種近紅外光纖數值孔徑之光電檢測系 統，其包括： 一光發射部； 一光線傳送部，係至少設有： ⑷一個光纖連結器，係設有-光線藕合部、-光線導引 部、-光線調整部及一光纖連結端部；其中： “光線藕σ,係藕合該光發射部，使其發出之光線傳 進該光纖連結器； 5 M378379 該光線料部’伽崎該光_合部傳進之光線導引 至該光線調整部； 該光線調整部’個_整觀線_之角度，並將調 整後之光線傳送至該光纖連結端部； 該光纖連結端部，伽賤結—歡光纖的一端； 並將光線傳進該預定光纖； ⑹-光纖定位器，係設一光纖粒端部及—光線輸出 端；該光纖定位端部伽以連賴預定光纖之另端；該光線輪 出端則將該預定光纖内傳送之光線投射出去； -光接收部，係至少設有—感測部、—控制部及一顯示 部，該感測部係用以接收該預定光纖投射之光線，該控制部係 用以將光線產生之類比錄轉換成触錢；並於賴示部上 顯不一圓形受光區域；設定該光線輸出端至該顯示部間之距離 為L，且光線投射於該顯示部上產生之圓形受光區域的直徑為 W ’可藉由公式[2L計算出該預定光纖之數值孔徑。 茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本創作於後： 【實施方式】 參閱第一及第二圖，本創作係為一種『近紅外光纖數值孔 也之光電檢測系統』，其至少包括： 一光發射部10 ; 光線傳送部20(如第三圖所示），係至少設有： t S1 6

係藕合該光發射部10， 進該光纖連結器21 ; 係設有一光線竊合部211、一光線導 213及一光纖連結端部214;其中： 10 ’使其發出之光線傳 光線導引至該光線調整部213 s "線導引212 ’係用以將該光線竊合部211傳進之 “光線調整。p 213，係用以調整該光線照射之角度，並 將調整後之光線傳送至該光纖連結端部 s光纖連、、214，係用以連結一預定光纖9!的一 端；並將光線傳進該預定光纖91 ; (b)光纖疋位器22，係設一光纖定位端部221及一光線 輸出端222 ;該先蚊㈣部⑵侧以連結該預定光纖91 之另端，該光線輸出端222係用以將該預定光纖91内傳送之 光線投射出去； 一光接收部30 ’係至少設有一感測部31、一控制部32及 一顯示部33 ;該感測部31係用以接收該預定光纖91投射之 光線(也可以講是類比信號），該控制部32係用以將光線產生 之類比信號轉換成數位信號；並顯示於該顯示部33上；設定 該光線輸出端222至該顯示部33間之距離為L，且光線投射 於該顯示部33上產生之圓形受光區域910的直徑為W，則可 藉由公式W/2L計算出該預定光纖91之數值孔徑（參閱第七 實務上，該光發射部l〇(〇ptical Source)係至少包括可 替換使用的可見光源11及不可見光源12(即近紅外光源）。 該光纖連結器21係為多模態光纖連結器。 該光接收部30又包括一位移控制部311(如第三及第四圖 所示，可受該控制部32驅動或直接手動），其用以控制該感測 部31移動（原則上為垂直移動）至該光接收部3〇上的預定位 置，以準確感測該光線。 該感測部31係選自可見光感測部31A(如第三圖所示）、 近紅外光感測部31B(如第四圖所示）其中之一。 該控制部32係至少具有一個8051單晶片微處理器、一資 料處理電路及一顯不介面電路（圖面未予顯示’合先陳明）。 該預定光纖91至少包括一鍍膜911、一纖衣912及一纖 心913，這三層結構係由外向内層層相互包覆（如第五及第六 圖所示）。 該預定光纖91係選自調校光纖91A(如第三圖所示，即可 見光光纖）、待測光纖91B(如第四圖所示，即近紅外光光纖） 其中之一。 本創作之檢測流程可分為兩個階段，關於第一階段（參閱 第三圖）欽述如下： 於此階段中，該光發射部10係使用該可見光源u(以發 射光波峰值為650nm之發光二極體為較佳），並配合使用調校 光纖91A ’且該感測部31係選用該可見光感測部31A。 藉此’對該可見光源11輸入預定量之調變電流(M)使其 發出可見光束111(調變成脈衝光），該可見光束lu由該光線 藕合部211進入該光纖連結器21 ;並由該光線導引部212導 引至該光線調整部213，因可見光束111係可見光，故，若照 射角度有偏斜或不正’可以調整該光線調整部213以最佳角度 接受該可見光束111照射；在這個部分的調校，相對達到使可 見光束111以最佳角度，經該光纖連結端部214進入該調校光 纖91A ’再從該調校光纖91A經該光纖定位器22，直接投射一 圓形受光區域_於該顯示部33上(可見光的_受光區域 910 直接形成在顯示部33表面）’因該圓形受光區域“ο是 可見光，故侧上可以目碰配合公辆算量_賴校光纖 91A 之數值孔徑（Numerical Aperture，簡稱 n A )。 當然，亦可以由該可見光感測部31A€測該圓形受光區域 910，並將光信號傳送到該控制部32，由該控制部⑽將圓形 文光區域91G之類比信號轉換成數位域，而顯示於該顯示部 33上(跟投雜顧相同），全依實際情況需要(例如新手操作 而可能有目測誤差）而作變。 若計算出之雜科最佳預定絲，貞，mx進—步將該可 見光束111照射之光路上的所有_元件調校至最佳位置(例 如測試該域咖g 22作動衫正常），這私可見光達到便 利量測之優點。 參閱第四圖’係本創作進行待測光纖91B數值孔徑量測過 程之第二階段： 第-P皆段主要係量晰紅外域之數佩徑，故，以第一 P皆段全部峨定位之裝置，將該可見光源n改麟不可見光 源12(即近紅外光發光二_)，並將該調校光纖9ia改裝該 待測光纖91B(不可見;亦即近紅外光光纖），且將該可 見光感測部31A改用該不可見光感測部31B ; 藉此，對該不可見光源12輸入預定量之調變電流(mA)使 其發出不可見光束121(調變成脈衝光），該不可見光束ι21由 該光線藕合部211進入該光纖連結器21 ;並由該光線導引部 212導引至該光線調整部213，由於該光線調整部213於上述 第-段巾已雛定位，故’於此第二階段巾不需再調校，即 可使該不可見光束121以最佳角度經該光纖連結端部2丨4進入 該待測光纖91B ’再從該待測光纖91B經該光纖定位器22，照 射於該光接收部30上，產生一圓形受光區域91〇(不可見光）。 此時該圓形受光區域910為不可見光，故由該不可見光感 测部31B感測該圓形受光區域91〇後，將光信號傳送到該控制 部32，由該控制部32將該圓形受光區域91〇之類比信號轉換 成數位信號，而顯示於該顯示部33上；於此第二階段中，主 M378379 要藉由該控制部32將不可見光之圓形受光區域910顯示出 來，才能計算待測光纖91B之數值孔徑，至於計算該待測光纖 91B之數值孔徑的過程，則可依需要由人工直接計算或由該 控制部32内部運算後，同樣顯示於該顯示部33。 更詳細的講，光纖具備之特性至少有色散、衰減、平衡模 態分佈、光纖強度和數值孔徑...·等；色散是光脈衝沿光 纖行進-段長度後變寬之現象，會限制光纖頻寬或資訊載送容 置。衰減是指光行經光纖時之光能量的損耗（通常有兩個主 因：散射與吸收）；理想光纖中，每一個模態能量將停留在那 個模態中，但實際光纖而言，由於光纖彎曲、核心直徑、折射 率變動或其他瑕疫，可能會造成能量在不同模態間做轉換；而 達到平衡模態分佈時’模態之間轉移將不再發生；至於光纖強 度是指光纖能承受外在張力負載能力。 光纖的數值孔徑（Numerical Aperture，簡稱n. A )值可 疋義為：入射於光纖中而能在其中穩定傳輸的光束之其最大入· 射角的一半之正弦函數值。而光纖與各元件的耦合效率，都直 接受彼此數值孔徑是否匹配的影響。 似I氣Si_max) ’其中《晴··階折射率光纖(英文為 step-index fiber)的纖心折射率亦指級折射率光纖（英文為 graded-index fiber)的纖心折射率；而△:折射率的差額: 即△九(如第五及第六圖所示），“指纖心折射率， [s nc!指纖衣折射率。光纖的數值孔徑不只決定入射於光纖的光受 光角（如第八A及第八B圖所示）及出射光之角度分布，也決定 彎曲特性，傳輸頻帶寬為光纖最重要的參數之一。 再則’本創作所使用之發光二極體與一般光源(如鎢絲燈） 比較’具有以下幾項優點：體積小、反應速度快、高亮度、壽 命長、穩定性佳····等，且使用發光二極體所需之驅動電 路製作成本比半導體雷射低；在測試近紅外線光纖數值孔徑時 我們使用之發光二極體發射光波峰值為95〇nm，是位於光纖光 傳輸的波段（其發射光譜圖如附件一之第A圖所示）。 發光二極體是一種電流驅動元件，因此要使其產生較強之 發射光束’必須供給較大之順向電流IF，但發射光束強度與供 給電流量不完全成正比，因為暗電流也會隨IF增大而變大。當 If大到某一種程度，發光二極體會呈飽和工作狀態，若If再大 會使發光一極體崩潰；且發光二極體長時間處於大電流（可發 出較咼焭度）工作狀態下，久而久之發光效率也會因材料發熱 老化而衰減。為避免發光二極體發光效率衰減過快，本創作改 以脈衝電流（可用運算放大器（例如LM324M)搭配電容器成為 夕諸振盪電路)推動發光二極體發光，亦即在固定週期下供給 發光二極體瞬間定電流。 實務上’本創作係利用三個反相器（Fairchild semiconductor CMOS)所組成的振盪廻路(如附件一之第B圖所 M378379 示）’振堡出所需之脈衝頻率，再驅動一個達靈頓電迴路，達 靈頓電迴路隨著脈衝頻率而啟動(on)/啟閉（〇ff)，因而使發光 二極體可以脈衝頻率的方式發光；振盪頻率公式表示如下· _1_ 2RiC|O405R,+a693'

當R

2^405R~(r〇.693R1) 使用脈衝頻率的發光方式同時可以減少外界光源的干 擾。實際上’參閱第九圖’光發射部在齡至光線調整部 213時’若使用一透鏡部92，則可導出下列公式： =__πτ___;其中： 4(f/#)Ti + d^l2 L ds Ετ:目標物的照度(W/cm2);

v R, +R2 RiR? Ri +R2

Ls:光源輻射量(w/cm2 · sr); r:透鏡的穿透率； ds:光源到透鏡的距離； 士.透鏡到目標物的距離； f/# . F數(係為鏡組有效焦距與入瞳直徑之比）； 田然’如第二圖所示’該透鏡部92亦可設於該光線傳送 部2〇與該光接收部30之間，可將先線聚焦於該光接收部30 之預定位置’提高感測準綠度。 【S1 13 至於該光接收部30，至少又包括光檢知器（也可以是該感 測部31)、濾波電路與放大器等裝置，其中： (a.)關於光檢知器的部分： 本創作之光檢知器係使用光二極體，其特性為入射光量與 輪出電流成線性正比變化，但隨受光量的增加，P_N接面的 特性曲線會往下改變，而使P-N接面的少數載子電流增大，即 所謂的暗電流（DarkCurrent)增加，而光二極體的反應速度 與P-N接面電容大小有關；使用光二極體時有兩種工作狀態可 供選擇：一為光電導(photoconductive ’簡稱PC);二為光生 電壓(photovoltaic，簡稱PV)。“光電導，，之工作狀態是施 加逆向偏壓在光二極體兩端，這樣可以擁有較小的接面電容與 較而的頻率響應’反應速度也較快，適合用在需高速反應場 合’但施加偏壓也會使得光二極體暗電流增大；至於“光生電 壓之工作狀態則是不外加偏壓於光二極體上，因此可以減少 暗電流的產生，以及可獲得不錯的受光線性度。 光二極體受光後會產生電流，但因電路上是要量測電壓變 化’所以要先將電流訊號轉換成電壓訊號，這個部分，無論是 在光電導或光生電壓的工作狀態下，都可用外加電阻或搭配放 大器來將電流轉換成電壓，但因光二極體受光後輸出的電流很 微小，轉換成電壓輸出時通常只有微伏(mV)或毫伏（yV)，故 需加上運算放大器（例如LM324M)做電流電壓轉換與訊號放 M378379 大的工作，亦因加上放大器的關係，故光二極體兩端視為接 地，電壓差視為0V，如此使兩端接面電容可以忽略，而獲得 不錯的頻率響應。 另外’若為增大接收發光源之波長範圍，亦可改用光電晶 體(也可以講是光子型檢知器）當作光檢知器，光電晶體是由一 - 個加逆向偏壓之光二極體與電晶體所組成，亦即，讓光二極體 以“光電導”之工作狀態作工（其光譜響應曲線如附件一之第 • C圖所示）。 而光子型檢知器是將光信號轉變為電子信號的半導體元 件，其動作方式係當入射光照射光二極體時，在其PN接面處 會產生電子-電洞對；這些電子-電洞對受到空乏區之電場作用 而流過PN接面形成光電流；此光電流的大小正比於入射光之 有效照度，最後與外在電路交互作用產生輸出信號，光二極體 之光電流的大小可寫成下式： _ Ip =qxqxExΑχ上（Ip=光電流）；其中： he η =光電轉換效率（入射之光子所能產生之光電子數，其 英文名稱為 quantum efficiency); 光照度 irradiance ; (mW/cm2); 光照射光二極體面積（effective area) ; (cm2) λ =入射光之波長； 電荷量（1·6χ1(Γ19庫倫）； ί S1 15 C=光速； h=浦郎克常數（6.626x，仍，英文為Planck，s constant)； u =光的頻率以）； 至於本創作實際使用之擴散财光二極體及光二極體之 等放電路(如附件一之第D圖所示），其相關參數解釋如下： 雜散電流；

If==順向電流；

Vp=順向電壓；

RsH=旁路電阻(大約1〇7Q~1〇11q); ISH=旁路電流； V〇=輸出電壓； 1〇==輸出電流；

Cj =--A_ V2m^(Va + Vbi) ;(G為接面電容）； 此外’光二極體應用於高速光電領域中，通常使用逆向偏 壓可以獲得較好的頻率響應，這是因為所加的逆向偏壓會影響 空乏區之厚度，使空乏區之接面電容降低，並使光子轉換成電 子的效率增加；且其中的接面電容Cj會隨著光二極體逆向偏壓 的大小而有所變化；其公式如下： 足(亦即串聯電阻，其電阻值大約為幾Ω); 一個理想的光二極體，其Rs=〇及RSH=oo，假如光二極體兩 M378379 — 端的電極是短路在一起，則光電流（Isc)會流動，這個時候

Vf=0、Isc=Ip，然而事實上：

Io=Ip - If - Isa ；

Isc=Ip-ISAieqW-l)-IS(^/^„ ； 然而 KT/q=〇. 〇26@25Τ，此後 v〇=0，因此： _ · Vf=IscRs ； lSC=h -Ι8Ατ(β<，Μ5)/^-ΐ)-Ι8Λ/Κ8Η > 參 一個理想的光二極體，其Rs=0和Rsh=〇〇，假如這個光二極 體兩端的電極是短路在一起，則光電流（Isc)會流動，這個時候 Vf=0、Isc=Ip ’然而事實上：

Io=Ip - If - Ish ； 然而 KT/q=〇· 026@25°C，此後 V〇=0，因此：vF=IscRs; 另外，對於光檢知器（Detector)接收之訊號變化量微小 (最低大約只有〇· GGW)，且斜率呈上昇之問題；可將光檢知 器（Detector)接收到之訊號串一級微分器 (Differentiator)(如附件-之第E圖所示），只針對光檢知器 訊號上昇的部份微分，柯得到脈波訊號的輸出；而因為輸^ M378379 與接地電位反向，故： /c=e| j ;(輸入電流） ’C = 〇， (：逆!_ +么=〇 ;以及 dt R〇 岣=-/^, I ;(輸出電壓）。 (b·)至於濾波電路的部分： 本創作係於濾波電路前加一可變電阻，藉由改變電阻值以 微調此檢知器之靈敏度；並為避免接收之光訊號產生雜訊(例 如：如日光燈訊號），可利用電容與電阻組成之高通濾波器 (High Pass Filter)將訊號(例如120Hz之日光燈訊號)去除 掉。 (c.)關於放大器的部分： 因光電晶體產生之電流訊號很微小，為使輸出之電壓變化 訊號量測易於分析，可_放大器（LM324M)元件將輸出訊號 藉由負回授加以放大；並可在光電感測單元電路外圍加上金屬 屏蔽，以降低電磁場對電路系統的影響（至於該檢知器、濾波 電路與放大器之共同電路，請參考附件一之第ρ圖）。 系統功能驗證我們所使用的光纖其傳輪波段範圍為 〜1. 2/zm，如此進行近紅外線光纖（IR衍以^數值孔徑 (Ν，Α·)測試時只需更換光電感測單元’其它部份皆不必更 動；經測試獲得： [ 在可見光波段： [1] 綠光之光纖數值孔徑約0.5及最大容許角度約6〇。。 [2] 藍光之光纖數值孔徑約〇 5及最大容許角度約6〇。。 在不可見光波段：近紅外波長95〇nm的光纖數值孔徑約 0.7及最大容許角度約88。。 因光電感測單元之電路設計，電壓輸出是反相，故光強 度強時電壓輸出是低，光強度弱時電壓輸出是高（如附件一所 示之第G圖，係將實驗所得數據繪製成光強度分佈圖，其縱軸 方向上下剛好顛倒）。 本創作之優點及功效如下所述： [1 ]可檢測不可見光光纖之數值孔徑。本創作先以可見光 源及可見光感測部量測可見光纖之數值孔徑，因為是可見光， 故在置測過程中，可以肉眼同步迅速將測試系統之光路調校完 成，確定光纖定位器動作正常，系統架設完成，再改用不可見 光源及不可見光感測部，量測不可見光光纖之數值孔徑，至於 所量測出之資料，則由控制部顯示於螢幕上，可以輕鬆量測不 可見光光纖之數值孔徑。 [2]可做定量量測使數據比較客觀。本創作之光發射端 (光發射部）使用運算放大器（例如LM324M)搭配電容器成為多 諧振盪電路，在固定週期下產生瞬間定量(脈衝）電流，推動發 光二極體發出脈衝光，配合光接收端（部）光偵測電路使用，使 M378379 本創作之系統可做定量量測，所測得數據比較客觀，且發光二 極體又具備省電之優點。 x 一 [3]半導體元件省電壽命長且_歡。本渐採用半導 體凡件’同時具備省電、壽命長且系統敎等優點。 ▲ [4]光接收部上之光電感測部錄度高。本創作採用靈敏 度高的光電感測部感應光線照射，不論是量測可見光光纖:是 篁測不可見光光纖，都由光電制部進行感測，測量準確。 以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本創作，對於該實施例 所做的任何簡單修改與變化，皆不雌本創作之精神與範圍。 由以上詳細說明’可使熟知本項技藝者明瞭本創作的確可 達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出新型專利申請。 【附件一】 〇月 第A圖係本創作之近紅外光發光二極體之發射光譜之參考示 意圖 第B圖係本創作之發光二極體之脈衝驅動廻路之示意圖 第C圖係本創作之光電晶體光譜響應曲線之示意圖 第D圖係本創作之光二極體等效電路之示意圖 第E圖係本創作之微分器電路之示意圖 第F圖係本創作之檢知器、濾波電路與放大電路之參考電路之 示意圖 第G圖係本創作之量測近紅外光光纖之光強度分佈之參考示 20 第Η圖係習知檢測光纖所得之強度分饰理想示意圖 【圖式簡單說明】 第一圖係本創作之主要架構之平面示意圖 第二圖係本創作之部分結構其他實施例示意圖 第三圖係本創作之實際操作過程之示意圖一 第四圖係本_之實際操作難之枝®二 第五圖係本創作之部分結構之放大示意圖 第六圖係第五圖之剖面放大示意圖 第七圖係補作之晰敢賴之紐雜之部分過程之平 面示意圖 第八八及第八_係本_之光束人射於*同光纖之受光角之 參考示意圖 第九圖係本創作之光束藉由透鏡輕合之示意圖 第十圖係S知光纖定位贿設於轉動台之示意圖 M378379

【主要元件符號說明】 10光發射部 111可見光束 121不可見光束 21光纖連結器 212光線導引部 214光纖連結端部 221光纖定位端部 30光接收部 31A可見光感測部 311位移控制部 33顯示部 81旋轉台 910圓形受光區域 91B待測光纖 912纖衣 92透鏡部 11可見光源 12不可見光源 20光線傳送部 211光線藕合部 213光線調整部 22光纖定位器 222光線輸出端 31感測部 31B近紅外光感測部 32控制部 71光纖定位器 91預定光纖 91A調校光纖 911鍍膜 912纖心 [s] 22

Claims (1)

1. wlJ/«379 六、申請專利範圍： 其至少包括： •一種近紅外光纖數值孔徑之光電檢測系統 一光發射部； 一光線傳送部，係至少設有： ⑷一個錢連結H，似有1_合部、一光線導 引部、一光線調整部及一光纖連結端部；其中·

   傳進該光纖連結器； 該光線藕合部，係藕合該光發射部，使其發出之光線 該光線導弓1部，係用以將該光線竊合部傳進之光線導 引至該光線調整部； 該光線調整部’制以調整該光線照射之角度，並將 調整後之光線傳送至該光纖連結端部； 該光纖連結端部，係用以連結一預定光纖的一端；並 將光線傳進該預定光纖； ⑹-光纖定位n，係設—光纖定位端部及—光線輸出 端；該先航位端部侧以連結該歡光纖之另端；該光 線輪出端則將該預定光纖内傳送之光線投射出去； 光接收部，係至少設有一感測部、一控制部及一顯示 部’該感測部係肋接観預定光纖投射之光線，該控制 部係用以將絲產生之類比信賴換絲健號；並於該 顯示部上顯示-圓形受光設定該光線輸出端至該顯 [S} 23 示。卩間之距離為L，且光線投射於該顯示部上產生之圓形 欠光區域的直徑為W ’可藉由公式w/2L計算出該預定光纖 之數值孔徑。 2·如申請專利範圍第1項所述之近紅外光纖數值孔徑之光電 檢測系統’其中，該檢測系統之檢測流程係分為兩個階段： [1]調校階段：該光發射部係使用發射光波峰值為650nm 之發光二極體，該預定光纖則使用調校光纖，且該感測部 係使用可見光感測部； 藉此，對該可見光源輸入預定量之調變電流(mA)使其 發出可見光束，該可見光束係為脈衝光且由該光線藕合部 進入該光纖連結器；並由該光線導引部導引至該光線調整 部，在此依可見光束照射之路徑，調校該光線調整部以最 佳角度接受該可見光束照射；使可見光束能以最佳角度， 經該光纖連結端部進入該調校光纖’再從該調校光纖經該 光纖定位器，照射於該顯示部上產生一可見之圓形受光區 域，由該可見光感測部感測該圓形受光區域後，配合該公 式計算量測出該調校光纖之數值孔徑； 若計算出之數據不符預定數據，則進一步將可見光束 照射之光路上的相關元件調校至最佳位置，達到以可見光 便利量測調校者； [2]量測階段：使用調校階段全部調校定位之檢測系 m 24 統，該光發射部改用近紅外光發光二極體，該預定光纖改 裝待測光纖，且將該感測部改用不可見光感測部； 藉此，對該近紅外光發光二極體輸入預定量之調變電 流(mA)，使其發出不可見光束，該不可見光束係為脈衝光 且由該光線藕合部進入該光纖連結器；並由該光線導引部 導弓I至該光線調整部，使該不可見光束以最佳角度經該光 纖連結端料人該制絲’再從該制光雜該光纖定 位器，

   區；由該不可見光感測部感測該_受光區後，將光信號 傳送到該控御，由該㈣部將_受光區之類比信號轉 換成數位信號，而顯示於該顯示部上， 光纖之數值孔徑。 用以供計算該待測 二申請專纖圍第1項所述之近紅外麵數值孔徑之光 纖數值孔徑之光電

   發光二極體發出脈衝光。

   ;其中： Ετ:目標物的照度（|y/cm2); Ls .光源輻射量(\y/cm2. sr); r:透鏡的穿透率； ds :光源到透鏡的距離； 山：透鏡到目標物的距離； - f/# : F 數。 • 5 · 7細細1撕心外繼瓣之光電 Μ ’其中，該光線傳送部與該光接收部之間又包括 透鏡部’其_將光絲f、魏光魏敎預定位置。

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