由於光到接受器的能量只約 2%，大部分的能量皆浪費掉，若輸出功率太低，
將會使得亮暗分布不明確，進而使得手指在光學指控器上移動無法辨識，光感應 器無法準確激發訊號，導致操作上的不靈敏。我們重新設計，加強黃金螺旋線的 原理，做出光導管 L2 的版本，比較原來設計。
item Target/(given) Real-field remarks 1 Volume allowance L/H/W:
3.493/1.12/variable(mm)
L/H/W:
3.4/0.88/0.80(mm)
(given)
2 Input energy 1.00mW 0.95mW 1mW (defaulted)
3 Output 0.1mW 0.28mW Flux:28%
4 Detection area (receiver)
0.608*0.608mm2/ 1.00*1.00mm2
0.608*0.608mm2/ 1.00*1.00mm2 5 Uniformity 65% /55% 24% /0%
6 Flux direction 45~60degree 25~60degree 表 6.3-1 光導管(L2)之規格
圖 6.3-1 光導管(L2)示意圖
62
Surface Characteristics
(of surface) Irradiation lightguide L2 s0 Input surface 0.97mW
s1 Bent surface 0.087mW s2 Left surface 0.013mW s3 Right surface 0.012mW s4 Top surface 0.026mW s5 Output surface 0.60mW s6 Bottom surface 0.012mW
Total input 0.97mW
Total output 0.75mW
表 6.3-2 各個面輻射功率
(a)接收面 1:0.608×0.608mm2 (b)接收面 2:1.00×1.00mm2 圖 6.3-2 光導管(L2)模擬結果
接受面 1 的均勻度為 24%、效率為 0.07mW，接受面 1 的均勻度為 0%、效率為 0.12mW，由於光損耗的能量大幅下降，加上控制輸出面把光打入接受器，使得 效率提升均勻度下降。我們對新光導管做各個面的量測，輸入和輸出功率大小，
再與不同型號的光學指控器比較，並找出差異性使其問題獲得改善。
在這之前，我們還剩輸出面未優化，在輸出面作曲率，不但能讓光集中到接 受器，更藉由非球面係數，提升均勻度。以下是光導管(F2)的規格表：
63
item Target/(given) Real-field remarks 1 Volume
allowance
L/H/W:
3.493/1.12/variable(mm)
L/H/W:
3.16/0.87/0.80(mm)
(given)
2 Input energy 1.00mW 0.95mW 1mW (defaulted) 3 Output 0.1mW 0.44mW Flux:44%
4 Detection area (receiver)
0.608*0.608mm2/ 1.00*1.00mm2
0.608*0.608mm2/ 1.00*1.00mm2 5 Uniformity 65% /55% 68% /31%
6 Flux direction 45~60degree 25~60degree 表 6.3-3 光導管(F2)改良後規格
此光導管編號為 F2，接下來我們量測其各輸出面的功率：
圖 6.3-3 光導管(F2)示意圖
64
Surface Characteristics
(of surface) Irradiation lightguide F2 s0 Input surface 0.82mW
s1 Bent surface 0.056mW s2 Left surface 0.048mW s3 Right surface 0.048mW s4 Top surface 0.026mW s5 Output surface 0.60mW s6 Bottom surface 0.012mW
Total input 0.97mW
Total output 0.75mW
表 6.3-4 各個面輻射功率
(a)接收面 1:0.608×0.608mm2 (b)接收面 2:1.00×1.00mm2 圖 6.3-4 光導管(F2)模擬結果
接受面 1 的均勻度為 68%、效率為 0.45mW，接受面 1 的均勻度為 34%、效率為 0.094mW，優化後我們可以看到均勻度上升，而功率並未下降許多，實現看得到 又看得清楚的目標。
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LED Radiant Intensity
Uniformity, Power (1.0x1.0 mm
2
)
Uniformity, Power (0.608x0.608 mm
2
)
Comment
Silitech_1.33mW 29%, 0.0161mW 61%, 0.0075mW Other OFN New Lightguide
1&2 _1.00mW 67%,0.016mW 10%,0.026mW Origin design
L2_1.00 mW 53%,0.068mW 46%,0.031mW
New Lightguide1&2
_optimization F2_1.00 mW 31%,0.094mW 68%,0.044mW
Output optimization.
表 6.3-5 OFN 均勻度和功率之比較
66
結論與未來展望 第七章
在本光學指控器的設計中，運用全內反射的特性，對光導管結構設計成一 個 不 漏 光 的 曲 線 ， 從 實 驗 過 程 中 可 得 知 ， 原 本 的 設 計 只 有 3.1%( 這 裡 以 0.608x0.608 mm
2
接受器數據為主)的能量功率，按照黃金螺旋線的設計，接受器 所收到的能量功率提升至 4.4%，若是加上機構件以及光學系統，會損耗些許能 量，但總體來說已有效改善能量功率過於低下的問題，目前所嘗試的方法以此設 計較為顯著。在實體的測試中，對於均勻度的設計花了很多心思，但即使均勻度 達到 60~70%，卻因為本身能量效率不夠，使得其均勻度再好也會辨識不佳，所 以優化的過程中，試著將能量功率提高而犧牲一部分的均勻度，這個方法取得成 效，最後的實驗結果為均勻度 68%，能量功率為 0.044mW(百分比為 4.4%)，既 不破壞解析能力又有足夠光源輸出。
光學系統中，單透鏡加上非球面確實可以達到 MTF 的標準值，但實體機構 件並不容易將光圈鎖住，光路會發散出去造成干涉，對於可容許的誤差值(製造 公差、組裝公差)極為嚴苛。由雙透鏡組成的光學系統，則容易鎖住光圈，尤其 當光圈是獨立機構件時，但因光學空間有限，多加一片透鏡將使得組裝上會有困 難，尤其在微小的零點一公厘的世界。在本埨文中，分別用單透鏡以及雙透鏡去 測試解析度是否差異許多，其結果顯示利用非球面係數解析度都可以符合我們的 要求，我們須考慮的為製程公差和組裝公差是否能小於預設的公差值。
最後透過 3D 繪圖軟體，長其機構件，做出實際樣品，透過分析結果，比較 模擬過程的數據，找出差異性，繼續改善或提升光學指控器的效能，直到達到產 品規格的標準。
雖然我們提升光學指控器的效率，但外在環境影像更深遠。光學指控器在陽 光下的運作是容易受到干擾，由於太陽光的單位面積輻射照度為 0.366mW/mm2
，上蓋保護層接受效率約為 60mW，與 LED 總發光數 2mW 相差極大。使用者 在大太陽底下使用，光感應器將無法分辨手指移動，因為太陽光的輻射強度極高，
所以有待後人設計阻擋太陽光的有效方法，利用光柵或是微結構甚至利用相位差 阻止太陽光穿透，都是可行的方向。
67
附錄 1
針對不同角度的太陽光量測其發光效率：
針對太陽設計擋光方式，在上層保護層設置光柵，分別以 1mm、0.5mm、0.2mm 和 0.1mm 狹縫間隔去做模擬，最後在放置十字型的光柵以及圓形光柵(間隔與寬 度皆 0.1mm)，並參照 N 個狹縫的繞射公式和 Fresnel zone 算出狹縫間格大小(假 設繞射第一階的角度為 10 度)。
圖 各個光柵示意圖
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可以清楚看到太陽光與 LED 比例約為 48.4，在光感應器裡面是無法準確感應到 手指滑動。還必須再嘗試結合其他技術，才可以使光學指控器發揮最大的效用。
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