AOI 相機、鏡頭與光源怎麼選？從 FOV、物方解析度到打光測試

先看結論：AOI 光學選型應依哪六個步驟？

AOI 光學選型的核心不是先挑相機或光源，而是先確認檢測任務，再逐步建立視野、取樣、鏡頭、照明與樣品驗證條件。不同工件與站點可能需要調整順序，不能只靠型錄計算直接完成選型。

定義檢測任務與允收邊界

先確認要檢查的是外觀缺陷、尺寸、位置、有無、輪廓、字碼還是其他特徵，並說明缺陷出現的位置、方向與正常變異。良品、NG 與接近允收界線的邊界樣品，也應在選型前建立初步判定共識。

確認 FOV 與取像方式

應先判斷檢測範圍是否能由一次取像涵蓋，或需採用分區取像、平台移動取像或掃描式取像。取像方式會影響相機解析度、鏡頭、平台、治具、曝光、資料量及 Cycle time。

確認物方解析度與判定餘裕

物方解析度不能只讓最小缺陷勉強落在影像中，還要保留足夠的形狀、亮暗或輪廓資訊，讓缺陷能和正常製程變異區分。所需餘裕應依缺陷特徵、演算法與樣品測試確認，不宜套用固定像素數。

依工作距離、景深與畸變選鏡頭方向

鏡頭需同時配合 FOV、設備安裝空間、工件高度差、景深與量測需求。尺寸量測、輪廓判定及工件高度變化明顯時，還應評估透視差與畸變的影響。

依表面及缺陷特徵安排打光測試

光源的任務是讓目標特徵與正常背景形成穩定差異。應依平面反射、輪廓、刮傷、凹凸、曲面、透明度與顏色等特性，測試不同照明方向，而不是預設某一種光源適合所有樣品。

用代表性樣品驗證量產變異

光學測試應涵蓋良品、NG、邊界樣品、不同批次、表面狀態與實際工件姿態。測試目標不是只拍出一張清楚影像，而是確認影像條件能否在合理變異下重現。

AOI 光學選型條件總表

下表整理 AOI 相機、鏡頭與光源選型時需要共同確認的條件。各項規格彼此相關，不宜只以相機總像素、鏡頭倍率或單一打光結果完成選型。

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第一步：先把檢測目標轉成可觀察的影像特徵

AOI 光學選型不能只以「刮傷」「髒污」或「尺寸不良」等缺陷名稱開始。相同名稱可能對應不同亮暗、輪廓、紋理、高度與顏色特徵，需要先轉換成影像中可觀察的差異。

要檢的是外觀、位置、尺寸、有無還是字碼？

外觀檢測關注表面差異；位置與尺寸需要幾何基準；有無檢測關注零件或特徵是否存在；OCR 是 Optical Character Recognition，中文為光學文字辨識；讀碼則可能需要和工件 ID 或資料系統綁定。

這些任務可能使用相同相機，但鏡頭、光源、取像與驗收方式不一定相同。

缺陷特徵是亮暗、輪廓、高度、紋理還是顏色差異？

平面印字可能透過反射或顏色差異呈現；刮傷可能依照明方向形成亮線；毛邊與凹凸可能在低角度光下產生散射；孔洞與輪廓則可能透過背光形成清楚邊界。

特徵方向與位置是否固定？

方向固定的刮傷、紋路或邊緣，可能對光源方向較敏感。若缺陷可能出現在不同角度或位置，需評估多方向、漫射或分區取像，而不是只用單一理想方向測試。

正常製程變異會不會和缺陷相似？

表面紋理、色差、反光、材料批次、印刷變化及製程痕跡，可能在影像中看起來和缺陷相似。光學測試應同時觀察良品正常變異，避免只讓 NG 特徵變亮，卻也把正常紋理放大。

缺陷是否需要量測，還是只需分類？

只需區分 OK／NG 的任務，與需要量測長度、寬度、位置或面積的任務，對畸變、標定、鏡頭及工件高度的要求不同。選型前應先確認輸出結果。

人工判定標準是否已一致？

若品保、製程與製造人員對同一樣品的判定不同，應先建立允收邊界與複判方式。演算法不能取代尚未形成共識的品質標準。

第二步：FOV、相機像素與物方解析度如何一起看？

相機像素總數、感測器像素尺寸與物方解析度描述不同層級。選型時必須先確認 FOV，再判斷影像像素如何分配到工件範圍。

FOV 是一次影像實際涵蓋的工件範圍

FOV 應涵蓋完整檢測區與合理的工件位置變異。視野過小可能漏掉檢測區，視野過大則可能讓單一像素對應更大的工件範圍，降低小特徵的影像取樣。

相機解析度是影像的像素數量

Camera resolution，中文為相機解析度，通常描述影像水平與垂直方向的像素數量。像素數增加可提供更多影像取樣，但也會提高傳輸、運算與儲存負擔。

Sensor pixel size 是感測器單一像素的實體尺寸

感測器像素尺寸位於相機感測器端，不等於工件端的實際取樣範圍。它還會和感測器尺寸、鏡頭倍率、亮度、雜訊及鏡頭解析能力產生關係。

物方解析度是單一像素對應到工件上的範圍

Object-space scale 可理解為物方取樣尺度，表示一個影像像素在工件表面所對應的範圍。它可用於檢查最小特徵是否有足夠影像資訊，但不能直接等同最終量測精度或檢出率。

最小缺陷不應只落在極少數像素上

缺陷若只占極少影像取樣，形狀、方向與對比可能容易受到雜訊、對焦、曝光及工件變異影響。應透過邊界樣品確認需要保留多少判定餘裕，而不是套用固定像素門檻。

FOV 放大後可能需要更高相機解析度或改為分區取像

當檢測範圍增加，但最小特徵不變時，可評估提高相機解析度、縮小單次 FOV、增加分區取像，或改變鏡頭與平台架構。各方案會影響節拍、機構、資料與成本方向。

提高像素數也會影響影像傳輸、處理與儲存

較大的影像可能增加相機傳輸、演算法處理、資料保存及查詢負擔。若設備需要多站取像、保存原始影像或進行複雜判定，資料流程應和光學選型同步規劃。

第三步：一次取像、分區取像或平台掃描怎麼選？

取像方式不只是相機選擇，也會反向決定平台、治具、觸發、拼接、資料量及完整 Cycle time。應依檢測區域與最小特徵共同判斷。

一次取像

當檢測範圍可由單一 FOV 涵蓋，且特徵尺寸與影像取樣條件相容時，可優先評估一次取像。其優點是流程較簡潔，不需多次平台移動與影像拼接。

但大 FOV 可能降低工件端的取樣細節，仍需使用最小缺陷與邊界樣品驗證。

分區取像

當單一大視野無法同時兼顧小缺陷，或不同區域需要不同鏡頭、光源與曝光時，可評估分區取像。檢測區域不連續時，也可只針對必要位置取像。

分區會增加平台動作、觸發、影像管理、區域對應及 Cycle time，需要和整機流程共同評估。

平台移動取像

平台移動取像需確認定位、停穩、工件平面、治具、曝光、線纜及影像拼接。平台到達命令位置，不代表相機工作點在曝光時完全穩定。

平台架構可參考高精度定位平台選型；重複定位、直線度、平面度及量測條件可參考定位平台精度規格怎麼看。

掃描式取像

掃描式取像需要考慮運動同步、取像頻率、速度穩定、觸發、照明一致性與資料量。是否適用需依工件尺寸、特徵方向、平台與完整節拍驗證。

取像方式會反向影響設備架構

一次取像可能需要較大視野；分區與掃描可能需要更穩定的平台、觸發及治具。選擇前應同時考慮設備空間、工件上料、檢測區域、資料輸出及維護。

第四步：一般鏡頭與遠心鏡頭怎麼選？

鏡頭方向應由視野、工作距離、工件高度、畸變、透視差及量測需求決定。遠心鏡頭具有特定光學優勢，但不代表所有 AOI 都需要使用。

鏡頭倍率與 FOV

鏡頭倍率會影響工件在感測器上的成像大小，也會改變 FOV、工作距離、景深與設備空間。選型時應以實際工件尺寸與檢測區域確認。

工作距離與設備安裝空間

鏡頭、光源、相機、工件、治具與運動機構之間需要保留安裝、調焦、維護及上下料空間。光學測試可行但無法安裝於設備內，仍不算完整方案。

景深與工件高度差

景深應涵蓋工件翹曲、料號差異、治具、表面高度及上料變異。若目標特徵超出可用景深，可能出現局部模糊與判定不穩。

畸變與視野位置差異

尺寸與位置量測應確認整個使用視野的幾何差異。若只在畫面中心測試，可能忽略邊緣區域的畸變與倍率變化。

一般外觀檢測不一定需要遠心鏡頭

若任務主要是外觀、有無、文字或不需高幾何一致性的定位，一般鏡頭可能已能滿足影像需求。是否適用仍需由 FOV、工作距離與樣品測試決定。

尺寸量測、輪廓與高度變化時可評估遠心鏡頭

Telecentricity，中文為遠心特性，可降低特定工作範圍內因物距變化造成的倍率差與透視影響。尺寸量測、輪廓判定或工件高度變化明顯時，可將遠心方向納入測試。

遠心鏡頭仍需配合視野、工作距離、設備空間、工件高度及量測基準，不能只以鏡頭類型直接推定量測結果。

鏡頭解析能力需配合相機感測器

高像素相機若搭配解析能力不足的鏡頭，影像細節仍可能受限。鏡頭、感測器、光源與工件對比應被視為完整光學系統。

第五步：同軸光、環形光、背光與低角度光怎麼測？

光源選型應從目標特徵如何反射、散射或遮擋光線開始。下列照明方向可作為樣品測試起點，但不代表固定配置。

同軸光／明視野方向

Coaxial lighting 是同軸光，通常沿接近鏡頭光軸方向照明；Bright field 是明視野照明，讓能直接反射回相機的區域呈現較亮。可優先測試平面反射、印字、鍍層、表面均勻度及特定亮暗差異。

若工件傾斜、表面粗糙或具有多層反射，同軸方向不一定能形成穩定對比。

環形光

Ring lighting 是環形光，可從鏡頭周圍提供多方向照明。它常被用來測試一般外觀、零件有無及機構空間有限的站點，但光源角度與工件表面仍會影響陰影與反光。

背光

Backlight 是背光，通常從工件背面照明，使外形、孔洞、缺口與輪廓形成高對比剪影。尺寸與輪廓量測可優先測試背光方向，但透明或半透明材料仍需確認折射、內部反光及邊界呈現。

低角度光／暗視野方向

Dark field 是暗視野照明，常以低角度讓平坦背景保持較暗，而刮傷、毛邊、凹凸及表面起伏因散射呈現較亮。缺陷方向若不固定，可能需要多方向測試。

漫射光、穹頂光或多角度照明

Diffuse lighting 是漫射光，透過較均勻的多方向照明降低高反光表面的局部亮斑。穹頂光可視為漫射照明的一種方向，適合測試曲面、高反光或方向性差異較大的工件。

漫射可能降低反光干擾，也可能同時降低某些微小缺陷的方向性對比，因此仍需和其他光源比較。

光源顏色與材料反應也需測試

光源顏色會和材料吸收、反射、鍍膜、背景及相機感度共同作用。应以實際工件與缺陷測試不同顏色方向，而不是只依肉眼看到的產品顏色決定。

缺陷特徵與打光測試方向對照表

下表提供不同特徵的初步打光測試方向。「可優先測試」不代表最終固定選用，仍需比較良品、NG、邊界樣品與量產變異。

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第六步：曝光、觸發與平台穩定如何影響影像？

相機、鏡頭與光源方向正確，仍可能因曝光、觸發、工件振動及平台未停穩而取得不一致影像。這些條件應在接近實際設備流程的狀態下驗證。

曝光時間與影像亮度

Exposure 是曝光，指感測器接收光線的時間條件。曝光增加通常可提高影像亮度，但也可能延長取像流程，並提高運動模糊與亮區過曝風險。

曝光時間與運動模糊

Motion blur 是運動模糊，可能來自平台、工件、治具或外部振動在曝光期間產生位移。縮短曝光可降低模糊，但需要同步評估光源、增益與影像雜訊。

光源亮度、相機增益與影像雜訊

提高光源或相機增益可改變影像亮度，但增益也可能放大雜訊。選型時應觀察缺陷對比、背景變異與訊號雜訊比，而不是只讓畫面變亮。

觸發時機與平台停穩

Trigger 是觸發，決定相機、光源及平台何時執行取像。平台到達位置後，仍需確認工件、治具與機構是否已進入可重複取像的狀態。

工件振動、治具及真空吸附

薄片、翹曲工件、治具滑移與真空吸附分布，可能改變焦距、特徵位置及表面反光。光學測試應使用接近正式設備的固定方式。

外部環境光與設備遮光

環境照明、設備門開啟、鄰近站點光源及日夜變化，都可能影響影像。可評估遮光、封閉光學區或在不同現場條件下驗證。

線上站點的頻閃及同步

線上設備若使用頻閃光源、移動取像或和其他站點同步，需確認光源、相機、平台及資料的時序，避免曝光差異與取像漏失。

第七步：AOI 樣品測試應如何設計？

AOI 打光測試應反映量產條件，而不是只選擇一片最容易成像的 NG。樣品組合、工件姿態、表面及環境都會影響光學結論。

良品樣品

良品應涵蓋正常外觀、顏色、紋理、反光、位置及批次變異，協助判斷哪些影像差異屬於正常製程。

NG 樣品

NG 應涵蓋不同缺陷類別、位置、方向、程度及背景。若缺陷只在特定方向或區域出現，打光與取像方式也應反映這些差異。

邊界樣品

邊界樣品用於討論允收與不允收的界線，是判斷物方解析度、對比與演算法餘裕的重要依據。

不同批次與表面狀態

鍍膜、印刷、材料色差、粗糙度、污染及前段製程可能隨批次改變。只使用單一批次容易高估光學條件的穩定性。

實際治具、姿態與環境條件

工件角度、高度、翹曲、吸附、平台與環境光，都應盡量接近正式站點。前期手持樣品取得的影像，未必能直接代表設備結果。

前期調整樣品與獨立驗證樣品分開

前期樣品可用於調整 FOV、鏡頭、光源與曝光；獨立驗證樣品則用來確認光學條件能否處理未參與調整的正常變異與缺陷。

測試結果應記錄哪些內容？

建議記錄樣品版本、缺陷位置、光學配置、曝光方向、特徵可見性、正常變異、失敗條件與下一步。實際紀錄格式依專案及驗收需求確認。

第八步：如何判斷光學條件已足以進入 AOI 設備整合？

光學可行性的判斷重點，是目標特徵能否在代表性樣品、設備空間與量產變異下穩定呈現，而不是只取得一張高對比影像。

目標特徵在不同樣品中可被穩定呈現

良品、NG、邊界與不同批次應能在相同或可管理的光學條件下呈現，並明確記錄尚未涵蓋的變異。

良品正常變異與 NG 具有可討論的差異

影像中應能建立良品正常範圍與缺陷差異。如果兩者高度重疊，需重新檢查缺陷標準、光源、取像方式或是否適合自動判定。

FOV、工作距離及設備空間可被實現

鏡頭、光源、相機、治具與平台需能安裝於設備內，並保留上料、維護與調整空間。

取像時間及資料量可納入站點流程

應確認取像站數、平台移動、曝光、運算、資料輸出與保存能否納入完整 Cycle time，而不是只評估單張影像。

平台、治具及上料變異已被納入

工件位置、姿態、高度、翹曲與平台穩定會直接影響影像。光學方案應在接近正式治具與上料條件下驗證。

尚未驗證的風險已被列出

量產批次、污染、環境光、光源老化、平台動態或特殊料號尚未驗證時，應列為後續測試項目，而不是視為已通過。

驗收方向已有初步定義

應先確認 FOV、特徵可見性、樣品、工作距離、曝光、批次及人工複判的測試方向。光學條件確認後，再回到AOI 導入與樣品驗證規劃平台、治具、上下料、NG、資料及完整設備驗收。

第九步：AOI 光學條件如何驗收？

AOI 光學驗收應以實際影像、樣品及判定證據為核心，不能只驗收相機、鏡頭與光源的型錄規格。

FOV 與檢測區域

應確認所有必要檢測區均落在可用視野內，並涵蓋工件位置、姿態與上料變異。

物方取樣與最小特徵可見性

應使用最小特徵與邊界樣品，確認影像具備足夠形狀、亮暗、輪廓或紋理資訊，而不是只檢查特徵是否出現在畫面中。

工作距離、景深及工件高度變化

應測試實際工件、治具、翹曲與料號高度差，確認目標特徵在工作範圍內保持可用清晰度。

畸變與尺寸量測

尺寸或位置量測需確認不同視野位置、工件高度與標定狀態，並使用和正式製程相符的量測基準。

不同批次、位置及表面狀態

驗收樣品應涵蓋量產中的正常批次、表面、反光與位置變異，避免只用前期調整樣品判定。

曝光、平台與取像時間

應在正式平台動作、觸發及治具條件下確認影像，並把移動、停穩、曝光與資料處理納入完整流程。

光源老化、污染及維護後重現性

光源、鏡頭保護面及設備內部可能受到污染與維護影響。應確認清潔、調整或更換後如何重新驗證影像狀態。

檢測結果與人工複判流程

光學影像最終需對應 OK、NG、邊界、重測或人工複判。判定不一致時，應保留樣品、影像及測試條件供追溯。

完整 FAT、SAT 與量產驗證框架，可參考自動化設備 FAT／SAT 與量產驗證。

哪些情況不應直接指定相機、鏡頭或光源？

光學硬體應由檢測目標、樣品、視野、機構與驗收條件反推。下列資訊尚未建立時，可先補齊資料，再進入元件選型。

檢測項目與允收標準仍不清楚

只寫刮傷、髒污或尺寸不良，卻未定義位置、方向、邊界與處置，無法判斷影像需要呈現哪些資訊。

只有明顯 NG，沒有良品及邊界樣品

明顯 NG 容易形成對比，但不能證明光學方案能區分正常變異與接近允收界線的狀態。

不知道實際 FOV 或最小特徵

缺少檢測範圍與最小特徵，就無法合理判斷相機解析度、鏡頭及取像方式。

工件姿態、治具及工作距離尚未確定

工件高度、傾斜、翹曲、治具與設備空間都會影響鏡頭、景深與光源，不能脫離機構條件選型。

表面反光與量產批次變異尚未測試

理想樣品的打光結果可能無法涵蓋鍍層、色差、污染與批次變化。應先取得代表性樣品。

只用相機畫素或品牌作為選型條件

相機品牌與像素數無法取代 FOV、鏡頭解析、光源、曝光、平台及樣品測試。應以完整光學系統及實際製程結果判斷。

AOI 光學選型前最低需要哪些資料？

以下資料可用於建立相機、鏡頭、光源與取像測試方向，不取代完整 AOI 設備需求及正式驗收規格。

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AOI 相機、鏡頭與光源選型常見誤區

只看相機總像素，不看 FOV 與物方解析度

相同像素數使用不同 FOV 時，單一像素對應的工件範圍會不同。應先確認檢測範圍與最小特徵，再判斷取樣是否足夠。

把相機解析度直接當成檢測精度

最終結果還受到鏡頭、畸變、光源、曝光、標定、平台、治具與演算法影響。相機解析度只是完整系統的一項條件。

尺寸量測或高度變化明顯時，仍忽略畸變與透視差

工件高度、視野位置與鏡頭幾何可能改變輪廓及量測結果。尺寸任務應確認工作距離、畸變、透視與標定。

只用一片明顯 NG 樣品選光源

明顯 NG 不能代表邊界缺陷及正常批次變異。光源測試應同時比較良品、NG 與邊界樣品。

光學測試通過後，沒有再驗證平台、治具與量產變異

桌面測試取得清楚影像，不代表設備在實際上料、振動、曝光、治具與環境下仍能重現。光學條件需回到整機流程驗證。

結論：先讓缺陷穩定出現在影像中，再談演算法與設備整合

AOI 相機、鏡頭與光源選型應從檢測任務與代表性樣品開始。先定義目標特徵與允收邊界，再確認 FOV、物方解析度、取像方式、鏡頭、工作距離、景深、畸變及打光方向。

高像素相機不能補償錯誤的打光、解析能力不足的鏡頭或不穩定的工件與平台。曝光、觸發、治具、上料及量產批次也應納入光學測試，才能判斷影像是否具備可重複的判定基礎。

光學可行後，仍需回到平台、治具、上下料、NG、資料及 FAT／SAT 等整機條件。實際相機、鏡頭、光源與驗收方式，應依樣品測試及雙方確認內容決定。

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實績

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