國家儀器科技研究中心

2012 年 10 月出版

科儀新知第 190 期

儀器與量測技術專題

利用整體經驗模態分解法處理光學檢測中的混合條紋訊號 [ 下載 PDF ]

陳昱達, 歐陽盟, 吳順德, 林修國, 李正中, 邱俊誠, 李幸璁

條紋分析法在光學檢測中是一門重要的檢測技術，透過光學檢測方法能獲得高品質的光學元件。光學檢測中利用擷取到的干涉圖來分析，並藉此提升光學元件品質，但常會有混合條紋影響到干涉圖形。在本文中，我們透過傾斜像差來模擬混合條紋的影響，並使用幾個去混合條紋雜訊的方法來還原原始條紋及重建其光程差。將雜訊干涉圖形使用整體經驗模態分解法來分解並得到本質模態函數，接著將特定的本質模態函數移除，來降低混合條紋雜訊的影響。經過處理的雜訊干涉圖形，將可以輕易地利用條紋分析法來重建原始條紋的光程差。將模擬的混合條紋雜訊干涉圖形經由整體經驗模態分解法來降低其混合條紋雜訊後，重建的光程差與原始條紋的光程差均方根值相差 0.081 個波長。在實驗中，整體經驗模態分解法在處理較直的干涉條紋時能有較佳的分解能力，但對於較彎曲的干涉條紋，則不易將雜訊與原始訊號分離。

行動裝置之量測與監控系統開發 [ 下載 PDF ]

黃吉宏, 陳佑杰, 吳至傑, 廖泰杉, 李淑雯, 蔡定平

手機、平板電腦等行動裝置已成為一種普及性極高的電子隨身工具，其方便使用與上網的特性，更讓使用者能隨時分享數位資訊。行動裝置通常內建許多不同的感測器，如影像感測裝置、電子機械式之微機電感測器等。透過撰寫行動裝置之應用程式 (App) 與擴充外接式的感測模組，並結合行動裝置內建多種不同的感測器，則能實現不同儀器上的應用，並成為可攜式的量測裝置。由於行動裝置極為普及，使得以行動裝置為基礎之量測儀器成為一種新興應用產業。在本文中，以行動裝置為開發平台，提出多種不同之生活量測與監控等相關應用。

使用軟注入鎖定環形振盪器之游標卡尺法時間至數位轉換器 [ 下載 PDF ]

姚嘉瑜, 夏偉鈞, 蔡佩容, 溫鈺柔

時間至數位轉換器為時間量測系統中相當重要的部分，在各式時間至數位轉換器中，以游標卡尺法能提供較高的量測解析度最具未來性。然而，傳統以游標卡尺法作為基礎的時間至數位轉換器，其使用之振盪器通常須經繁瑣的校準程序，因此使用上相當麻煩。有鑑於此，本文提出一新型軟注入鎖定環形振盪器作為時間至數位轉換器的時脈來源，當振盪器在觸發訊號出現時能快速起振，且穩定在預期頻率下。此外，本電路架構已由 TSMC 1P6M 0.18 µm CMOS 製程驗證，由實驗結果顯示，時間至數位轉換器的量測解析度可小於 ±1 LSB。

針對血球抹片影像中白血球細胞核切割及分類的方法 [ 下載 PDF ]

黃德成, 洪昆鼎

本論文提出一白血球細胞核切割及分類的方法。通常白血球是以人工透過顯微鏡進行分類。然而，這對醫生或是檢驗人員是個負擔極大的工作，因此，一套自動的白血球切割及分類的系統可以有效減少醫檢人員的負擔。本文中，主要利用白血球細胞核進行切割及分類，因此，文中提出了一個增強細胞核區域顏色強度的方法。在辨識的步驟中，我們利用細胞的紋理特徵，並利用主成分分析 (principle component analysis, PCA) 方法有效地降低特徵的維度。並結合基因演算法及 K-means 分類白血球。即使只使用白血球的細胞核作為分類的依據，實驗結果證實我們仍能得到有效的分類結果。

利用行動裝置自動偵測硬幣 [ 下載 PDF ]

林武杰, 曾致崴, 卓欣欣

在這篇論文中，我們提出一個可以在行動裝置上辨識手上硬幣位置與大小的系統。此系統利用行動裝置的攝影機取像，將圖像的色彩空間從 RGB 轉換為 Lab，利用特徵保留分群法量化轉換後的圖像，接著將圖像內容的邊線找出來，並且利用此邊線資訊偵測出圓，最後計算出硬幣的位置與尺寸大小。由實驗結果顯示，此系統能夠成功將圖像上的硬幣偵測出來。

非晶矽薄膜鈍化之矽晶太陽能電池 [ 下載 PDF ]

王立康

非晶矽薄膜鍍製於矽晶太陽能電池之表面，具有鈍化功能。鈍化的原理係非晶矽薄膜中的氫原子在適當溫度下往矽晶基板移動，修補矽晶基板表面的斷鍵而形成 Si-H 鍵。除此之外，本質非晶矽薄膜與晶體矽間亦形成等效電場，排阻光生電子往介面移動，而降低在介面之電子電洞複合率。本文探討兩種非晶矽薄膜 (含氫與不含氫非晶矽) 對矽晶太陽能電池特性之影響。與傳統含氫非晶矽的製程機台 PECVD 對照，LPCVD 機台製程不含氫之非晶矽以及多晶矽對矽晶太陽能電池所產生的表面鈍化效果亦可有效提升開路電壓。光學頻譜響應上的短波長及長波長區段也顯示前表面和背表面的表面複合速率減少導致光電流提升。我們一個較早期實驗的結果顯示，使用 LPCVD 在矽晶片兩面鍍製多晶矽薄膜後，太陽能電池效率從18.1% 提升至 18.4%。

利用快速熱熔磊晶法及表面鈍化製作金屬－鍺－金屬光偵測器 [ 下載 PDF ]

曾治國, 吳庭孝, 洪偉誠, 田仲達, 那允中, 李明昌

幾十年來，矽半導體產業擴展迅速，由於先進的 CMOS 製程技術、矽材料性能穩定以及材料成本相對較低，因此矽基光電子學在近期得到相當多的關注。關鍵應用之一是高速光偵測器於光通訊或光連接產業。然而，光通訊所使用的紅外線波長對於矽而言是透明的，應結合其他材料並整合在矽光電元件來偵測紅外光信號。鍺是一種長波長吸收的理想材料。同時，鍺元件的製作過程與 CMOS 製程相容，表示它具有量產的能力。鍺基光偵測器製作於於矽基板上已經被許多研究團隊所研究。最關鍵的問題是如何克服矽與鍺在磊晶過程當中晶格不匹配的問題。在這篇論文中，我們提出低熱預算的快速熱熔磊晶方法 (rapid meltinggrowth) 來成長高品質的金屬－單晶鍺－金屬光偵測器於矽基板上，同時藉由適當的金屬接觸及鍺的表面鈍化使得元件的暗電流顯著減少三個數量級。

線型彩色共焦三維形貌顯微術 [ 下載 PDF ]

陳亮嘉, 林宗毅, 張奕威, 林世聰

本文主要目的在於提升共焦顯微三維形貌量測之量測精度與速度，將線型共焦量測原理結合白光軸向色散原理，發展成創新式之線型彩色共焦三維形貌量測技術。利用共焦顯微術特有之光學切片能力及光譜色散之高解析能力，建立線型彩色共焦數學模型，發展具有高速、高精度、高縱向量測範圍與具單點空間解析能力之線型彩色共焦顯微三維輪廓量測技術。線型彩色共焦架構可使白光線光源產生軸向色散，並聚焦在不同深度，獲得聚焦表面之反射光譜，經由線型光譜儀解析，並將光譜與深度進行校正比對，可快速精確還原待測物之剖面形貌，經橫向位移，即可重建待測物之三維形貌；透過反摺積演算法降低光擴散影響，使系統達到單點量測之解析。以實際使用之細微元件驗證系統精度與性能驗證，此量測解析可達到 0.1 µm 高速精確之共焦三維輪廓量測。