融合光電感測器同步測試：多波段光源之物理整合與系統架構

 

融合感測器的空間對位需求與維護挑戰

現代單兵可攜式光電瞄準具與戰術載荷已邁入「融合（Fusion）」時代，這類系統將微光夜視影像增強器（I²，運作於可見光至近紅外波段）與非冷卻或冷卻式熱像儀（運作於中長波紅外線 MWIR/LWIR 波段）的影像訊號，透過硬體光學疊加或數位演算法進行像素級的融合。

融合演算法的運作前提在於「絕對的空間重合」，如果可見光通道的視軸與紅外線通道的視軸在物理空間上存在幾何偏差，顯示器上的融合影像將出現嚴重的邊緣錯位（Ghosting），導致目標辨識失敗；為了在出廠或部隊的「第一線維護（First Tier Maintenance）」中驗證這種融合對位精度，測試系統必須能夠同時、同軸地向待測物投射涵蓋可見光與紅外線波段的標準測試圖案，然而在單一光學路徑中同時處理兩種極端溫差與不同電磁波長的光子，工程上面臨著嚴苛的物理限制。

多波段同步測試實務難題

在建構能同時支援可見光與紅外線感測器測試的光學平台時，系統工程師必須克服以下三個核心問題：

跨波段光學材料的穿透率物理極限與色差

測試設備必須透過一組光學系統將測試目標板的影像投射至無窮遠處（即準直），傳統折射式透鏡受限於材料的物理特性，無法同時穿透可見光與中長波紅外線，例如，光學玻璃會吸收紅外線，而鍺（Germanium）透鏡則完全阻擋可見光， 若勉強採用多種材料組合的透鏡群，不同波長的光線在穿過透鏡時會產生不同的折射率，引發嚴重的「軸向色差（Chromatic Aberration）」，這會導致測試設備投射出的融合標靶，在紅外線通道中是準確對焦的，但在可見光通道中卻是模糊散焦的，使得工程師無法客觀評估感測器真正的空間解析度（MTF）。

多光源組合導致的幾何視差與熱力學干擾

為了同時提供兩種波段的光源，傳統實驗室通常會將一台紅外線黑體與一台可見光積分球，透過二向色性分光鏡（Dichroic Beam Splitter）在光學桌上強行合併光路，這種分離式架構在第一線維護環境中是不可行的。首先，分光鏡與反射鏡的機械安裝極易受到環境震動與溫差熱脹冷縮的影響，產生微米級的角度漂移，導致兩個光源的視軸產生「虛假偏差（Parallax）」。其次，高溫黑體產生的熱對流會干擾鄰近可見光源的光學穩定度。若測試設備自身的兩個光源無法保持絕對同軸，待測物的融合校準將失去基準。

主觀視覺判定在第一線維護中的數據浮動

融合系統的檢測（如雙通道的瞄準線共軸度、各自的最小可解析溫差 MRTD 與對比度 MRC）傳統上高度依賴操作員透過目鏡進行肉眼觀測與手動調整，在基層野戰維修站中，操作人員的疲勞度與訓練背景差異極大，手動切換光源、旋轉目標輪並主觀判定影像清晰度的過程，不僅測試週期冗長，更會產生無法追溯的量化誤差，測試系統必須具備將光、機、電整合為單一數位控制迴路的能力，以客觀演算法取代人眼判定。

同步多波段測試的系統化配置邏輯

為解決材料色差、光源視差與人為判定誤差，光電測試架構應採用專為多光譜融合設計的整合式硬體。其配置邏輯可歸納為三個主要方向： 首先，在光學傳遞上，全面捨棄折射式透鏡，改採「全反射式寬頻準直儀」，利用金屬鍍膜反射鏡確保所有波長的光子遵循相同的幾何光路，徹底消除色差。其次，在光源設計上，導入「多波段共孔徑光源模組」，將高發射率紅外線熱源與寬動態可見光源在物理機構上緊密結合，確保出射光束的絕對同軸。最後，結合自動化軟體與數位影像擷取，以標準化測試腳本執行客觀的狀態評估。

客觀量化的多光譜第一線維護架構

針對單兵可攜式融合瞄準具（如結合熱影像與夜視功能的系統）在第一線維護（First Tier Maintenance）的嚴苛需求，零散的實驗室儀器無法滿足空間限制與防震要求，奧創系統推薦導入 SBIR 的 Common E-O (CEO) 測試系統，此系統將高精度的寬頻光學與多波段光源封裝於單一強固型模組中，專為快速評估系統健康狀態（GO/NO-GO）而設計。
系統核心配置與技術數據

Common E-O 通用光電測試模組，專為第一線維護人員設計，快速評估可攜式光電瞄準鏡/觀測鏡健康狀態；整合 SBIR IRWindows™4，提供準直儀、多波長光源、CCD 相機、mK 級溫控與自動化測試。支援雷射系統擴充。

寬頻反射式準直儀與單一目標平面

為克服跨波段光學材料的吸收極限與色差，Common E-O 系統配備了一組 寬頻反射式投影準直儀 (Broadband Reflective Projection Optic)，提供 5 度的廣闊視場角 (FOV)，由於採用全反射光學設計，無論是可見光、近紅外線或中長波紅外線，皆能無失真地投射至待測物；系統內建一個具備 22 個孔位的電動多位置目標輪 (Multiple Position Target Wheel)，此目標輪位於單一的幾何焦點平面上，確保所有波段的光源皆穿過同一物理標靶，為融合感測器的空間解析度與共軸測試提供絕對一致的空間基準。

多波長光源模組 (Multi Lambda Source, MLS)

針對分離光源造成的視差問題，系統的核心創新在於其 多波長光源模組 (MLS) 的整合配置，該模組在緊湊的機構內，同時結合了兩個精密輻射源：

• 高發射率紅外線光源： 即精密黑體，用於激發熱影像通道。
• 寬亮度範圍鎢鹵素均勻光源： 專用於可見光與微光夜視 (I²) 通道的測試，透過這種共孔徑的光學與機械整合，MLS 能夠向目標板提供同步且絕對同軸的多波段背景照明，確保待測物在執行融合影像測試時，不會受到測試設備自身視差的干擾。

 

IRWindows™ 驅動的自動化與客觀評估

硬體架構的穩定性需要軟體的自動化來落實，Common E-O 系統與配備的筆記型電腦及 IRWindows™ 4 (或升級至 5) 自動化測試軟體 進行了深度整合，系統包含一套支援電子模組 (Support Electronics Module) 與影像擷取介面，在第一線維護中，維修人員只需透過軟體的「操作員模式」呼叫對應的測試程序 (Test Program Set, TPS)，系統將自動控制 MLS 的亮層與溫度、切換目標輪，並擷取待測物的影像進行演算，產出客觀的系統健康狀態與維護評估報告，大幅降低對專業光學人員的依賴。

若需進一步評估特定融合瞄準具或雷射系統（可透過選配的 Common E-O Laser 模組擴充）的相容性，歡迎聯繫奧創系統技術團隊，我們將依據您的後勤維護規範提供客觀的系統規劃。