掃描式曝光機光源模組設計與驗證

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姓名

孫晧格(Hao-Ge Sun) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

掃描式曝光機光源模組設計與驗證
(Design and verification of a light module for a scanning-type exposure device)

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摘要(中)

本論文主要在設計LED掃描式曝光機的光源模組，並實際製造、組裝與量測驗證，設計開發目標為：發散角度的半高半寬（半高全寬的一半）≤4.0°；照度均勻度（量測之最小照度與最大照度比值）≥90%。為了方便製造與節省成本，本研究用白光發光二極體（LED）替代紫外線發光二極體（UV-LED），進行設計與驗證。
首先，我們採用我們設計之半高半寬為3.6°的LED二次光學透鏡進行單一LED光源光場函數化研究。接著再利用完成之光場函數，進行LED陣列的光場研究，尋找出使LED陣列垂直照射在曝光工作平面上，照度均勻度達到目標以上之較佳照度均勻度的參數條件。最後設計實驗，製作與選購相關實驗設備，驗證模擬結果。
我們利用單一LED光源光場函數，使用撰寫程式計算LED陣列垂直照射在曝光工作平面上光場的照度分布，得到當光源間距3.5cm和光源垂直高度16.0cm時，具有較佳照度均勻度。最後經實驗驗證，照度均勻度可達96.5%。根據研究結果顯示，我們使用的LED掃描式曝光機的架構配合這套研究技術，可以有效應用在印刷電路板曝光機上，達到UV-LED掃描式平行曝光機的商用規格目標。

摘要(英)

In this thesis, the optical module of the light-emitting diode (LED) scanning-type exposure device is designed and verified. The research targets are taken as:, half of the full-width half-maximum (FWHM) angle ≤4.0°, and the illumination uniformity ≥90%. For easy making and cost down, we replace ultraviolet light-emitting diode (UV-LED) with LED to design and verify.
First, we use a secondary optical lens which half of FWHM is 3.6° to function the light field of a LED. Then using the function of the light field, we research the LED array to find parameters of the better illumination uniformity which is ≥90%. Finally, we design the experiment to verify the results of simulation.
We use the function of the light field to get the illumination distribution on the work platform of exposure device. According the result, when the light distance is 3.5 cm and the light perpendicular hight is 16.0 cm, it is the better illumination uniformity. The experiment result verified that the illumination uniformity is 96.5%. The research result indicated that the research technology, which used in the LED scanning exposure device, could effectively apply in the printed circuit board exposure device to reach the commercial specifications in the UV-LED scanning exposure device.

關鍵字(中)

★ 光場函數
★ UV-LED曝光機
★ 掃描式曝光機
★ 平行曝光機
★ 印刷電路板曝光機
★ LED陣列
★ 發散角度
★ 照度均勻度

關鍵字(英)

★ light field function
★ UV-LED exposure device
★ scanning-type exposure device
★ collimating exposure device
★ printed circuit board exposure device
★ LED array
★ divergence angle
★ illumination uniformity

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
一、緒論 1
1-1前言 1
1-2 研究目的與動機 3
1-3 文獻回顧 5
1-3-1 曝光機 5
1-3-2 常見的照度模擬方式 8
二、理論基礎 12
2-1 輻射度學與光度學 12
2-1-1 輻射通量與光通量 13
2-1-2 立體角 13
2-1-3 輻射強度與光強度 14
2-1-4 輻射照度與光照度 14
2-1-5 輻射率與輝度 15
2-1-6 輻射度學的餘弦定理 16
2-2 配光曲線 18
2-3 曲線擬合—最小平方法 20
2-4 高斯函數 20
2-5 Arduino介紹 20
2-6 光感測器 22
2-7 步進馬達 26
三、模擬 30
3-1 二次光學元件特性 31
3-2 配光曲線量測 31
3-3 曲線擬合 33
3-4 輻射強度轉輻射照度 34
3-5 兩軸對稱蜂巢型排列 36
3-6 找出最小取樣區域與最小模擬範圍 38
3-7 取出最小取樣區域內的數據 41
3-8 最佳光源間距與最佳光源垂直高度 42
3-9 模擬結果 44
四、驗證 47
4-1 光感測器製作 47
4-1-1 光感測器電路 47
4-1-2 將讀取的電壓值轉換成輻射通量 48
4-1-3 光感測器電路測試 50
4-1-4 光感測器陣列 52
4-2 量測實驗 55
4-2-1 實驗參數的選取 56
4-2-2 光源挑選 56
4-2-3 平移平台 57
4-2-4 量測平台 61
4-2-5 程式設計 61
4-3 量測結果 63
五、總結 65
六、未來展望 66
參考文獻 67

參考文獻

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[26] Botanicals, http://www.botanicalls.com/kits/
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[29] 手機無線遙控車, http://sinocgtchen.blogspot.tw/2011/09/mobile-phone-arduino-wifi-car-l298n.html
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指導教授

陳奇夆(Chi-Feng Chen)

審核日期

2014-8-25

推文