TWI812025B - 全域式軸向可調色散鏡組及其彩色共焦量測系統 - Google Patents
全域式軸向可調色散鏡組及其彩色共焦量測系統 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI812025B TWI812025B TW111106645A TW111106645A TWI812025B TW I812025 B TWI812025 B TW I812025B TW 111106645 A TW111106645 A TW 111106645A TW 111106645 A TW111106645 A TW 111106645A TW I812025 B TWI812025 B TW I812025B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- light
- dispersion
- lens group
- array
- light source
- Prior art date
Links
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 166
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 115
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 106
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 59
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 13
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 3
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 claims 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 32
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 15
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 10
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 5
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本發明提供一種全域軸向色散可調色散鏡組包括有一光源模組、一第一折射鏡組以及一第二折射鏡組。該光源模組包括有一發光源以及一空間調製元件，用以將該發光源所產生的一寬頻光調製成複數道具有中心光軸與離軸的入射光。該第一折射鏡組接收該複數道具有中心光軸與離軸的入射光，使每一中心光軸與離軸的入射光色散成具有一第一色散範圍的第一色散光。該第二折射鏡組設置在該第一折射鏡組的一側，該第二折射鏡組接收該第一色散光，其中藉由改變該第一與第二折射鏡組之間的距離，使該第一色散光調製成具有一第二色散範圍的第二色散光，其中該第二色散範圍與該第一色散範圍不同。在一實施例中，藉由該第一折射鏡組與該第二折射鏡組之相對運動，改變該第一與第二折射鏡組之光軸的中心距離，進而調整該第二色散範圍。在另一實施例中，該色散可調光學鏡組可以應用在彩色共焦量測系統，以對待測物表面掃描三維形貌進行量測與重建。
Description
本發明為一種光學量測技術，特別是指一種全域式軸向色散可調色散鏡組及其彩色共焦量測系統。
習用之彩色共焦顯微系統中，由於光源產生之偵測光，經色散鏡組投射至待測物之光路，再經由待測物反射投射至光譜影像感測單元。由於彩色共焦量測系統不需軸向掃描，只要再搭配橫向掃描的話，就可以重建樣品三維表面形貌。
彩色共焦檢測的光源為具有特定頻寬的寬頻光源，其係由許多不同波長的光混合而成。然而同一光學材料對於不同波長的光具有不同的折射率，導致不同波長的光聚焦或成像在不同的位置(色散現象)，因而產生較差的成像或光學量測品質。因此，一般光學系統為了實現較好的成像品質，都會利用多種材料與多片透鏡進行適當的排列組合，使其色散現象彼此相抵，達到消除色散的效果。與之相反地，彩色共軛焦的量測原理則是巧妙利用光的色散現象，將一小尺寸之寬頻光源藉由一有色散的光學系統來對待測物進行照明。待測物表面的回光在穿過一空間濾波器(例如：針孔或狹縫)後，由一光譜儀偵測
之。依據光譜儀所偵測到的波長資訊以及前述有色散光學系統之內秉特性，可以推斷待測物表面沿光軸方向的位置，藉此得以對待測物表面掃描形貌進行量測。
然而目前已知的彩色共軛焦量測系統，其色散特性大多為固定值，只能透過更換色散鏡組來調整。因此為了應對多變的應用需求，需要設計、製備多款不同色散特性(色散範圍)的色散鏡組，具有較高的實踐成本，且也無法做到連續調變。這一類的光學系統，有的設計成只有光軸附近的區域具有可用的色散特性，也有的設計成在一定的視野範圍(field of view,FOV)內都有可用的色散特性，但不論如何，其色散特性為固定且無法調變。另一方面，亦有研究提出簡易的色散範圍可調模組，但其可用範圍又只侷限於光軸附近的區域，不具有面掃描量測的能力。
本發明提供一種全域式軸向色散可調色散鏡組及其彩色共焦量測系統，其具有對中心光軸以及離軸的入射光進行軸向色散範圍以及可色散範圍連續調變的特徵，且同時具有一定的視野範圍。在一實施例中，先透過一第一折射鏡組產生靜態的色散範圍(stationary dispersion)，接著再藉由調整第二折射鏡組與第一折射鏡組的間距，來調變靜態色散範圍的放大率，使得整個量測系統最終的全域之色散範圍可以獲得有效的調變(tunable dispersion)。
本發明提供一種掃描彩色共焦量測系統，其係採用線形照明搭配光學掃描振鏡，可以在量測範圍內快速進行全域性三維形貌的量測。透過線形照明與振鏡的組合，本發明之光學量測架構不需透過系統與樣品之間的相對運
動，因此可完全避免平台移動時可能引起的震動影響，且減少位移所造成的體積誤差。此外，振鏡旋轉小角度之響應時間遠小於過去多點式彩色共焦系統所用之空間濾波器，如數位微鏡裝置(DMD)、液晶面板(LCD)，或液晶覆矽面板(LCoS)等其他方式，且所提出的線形照明為多個光纖排成現線的形式，具備多點式特性，其光的使用效率與傳統單點照明相比有大幅的改善，因此可達更快速的量測。
本發明提供一種彩色共焦量測系統，主要針對光效率進行改善，透過微透鏡陣列將面型照明聚焦成多點的光源，依據光學不變量的原理，聚焦後的點光源其所具有的光強會比面照明強，因此透過聚焦形成點光源陣列投射到待測物可以改善光效率的問題。其中，彩色共焦量測系統的光譜儀架構主要是利用光纖連接在針孔陣列後面，排成線型的方式與光譜儀耦接。透過光纖從二維陣列轉換成一維陣列的排列，可以消除因為密集排列的量測點陣所導致的光譜線長度與光譜解析能力之限制。
在一實施例中，本發明提供一種全域式軸向色散可調色散鏡組包括有一光源模組、一第一折射鏡組以及一第二折射鏡組。該光源模組包括有一發光源以及一空間調製元件，用以將該發光源所產生的一寬頻光調製成複數道具有中心光軸與離軸的入射光。該第一折射鏡組接收該複數道具有中心光軸與離軸的入射光，使每一中心光軸與離軸的入射光色散成具有一第一色散範圍的第一色散光。該第二折射鏡組設置在該第一折射鏡組的一側，該第二折射鏡組接收該第一色散光，其中藉由改變該第一與第二折射鏡組之間的距離，使該第一色散光調製成具有一第二色散範圍的第二色散光，其中該第二色散範圍與該第一色散範圍不同。在一實施例中，藉由該第一折射鏡組與該第二折射鏡組之
相對運動改變該第一與第二折射鏡組之光軸的中心距離，進而調整該第二色散範圍。
在一實施例中，本發明提供一種彩色共焦量測系統，包括一光源模組、一掃描振鏡模組、一色散模組以及一偵測模組。該光源模組，用以產生複數道具有中心光軸與離軸的入射光。該掃描振鏡模組，反射該複數道具有中心光軸與離軸的入射光，該掃描振鏡模組根據一控制訊號改變反射該複數道具有中心光軸與離軸的入射光的角度。該色散鏡組，包括有一第一折射鏡組以及一第二折射鏡組，該第一折射鏡組，用以接收該複數道具有中心光軸與離軸的入射光，使該複數道具有中心光軸與離軸的入射光沿著相應之光軸色散成具有一第一色散範圍的第一色散光，該第二折射鏡組，設置在該第一折射鏡組的一側上，該第二折射鏡組接收該第一色散光，並將該第一色散光調製成具有一第二色散範圍的第二色散光，其中該第二色散範圍與該第一色散範圍不同，該第二色散光投射到一待測物上，並從該待測物反射形成一測物光。該偵測模組，接收該測物光，並將該測物光轉換成一光譜資訊。
在一實施例中，本發明提供一種彩色共焦量測系統，包括有一光源模組、一微透鏡陣列、一第一空間調製元件、一光學模組、一第二空間調製元件以及一偵測模組。該光源模組，用以產生一偵測光。該微透鏡陣列，設置於該偵測光的光路上，用以將該偵測光聚焦成一點光源陣列，其係具有複數道中心光軸與離軸的入射光。該第一空間調製元件，設置於該微透鏡陣列的一側，使該微透鏡陣列位於該光源模組與該第一空間調製元件之間，該第一空間調製元件包括有一第一開口陣列與該點光源陣列對應。該光學模組，用以接收通過該第一空間調製元件的該點光源陣列，該光學模組包括有一色散鏡組，包括有
一第一折射鏡組以及一第二折射鏡組，該第一折射鏡組，用以接收該點光源陣列，使該點光源陣列的每一道中心光軸與離軸的入射光沿著相應的光軸色散成具有複數個第一色散範圍的第一色散光陣列，該第二折射鏡組，設置在該第一折射鏡組的一側上，該第二折射鏡組接收該第一色散光陣列，並將該第一色散光陣列調製成具有一第二色散範圍的第二色散光陣列，其中該第二色散範圍與該第一色散範圍不同，該第二色散光陣列投射到一待測物上，並從該待測物反射形成一測物光陣列。該第二空間調製元件，設置於該光學模組一側，接收該測物光陣列，該第二空間調製元件具有一第二開口陣列與該第一開口陣列成共軛對應。該偵測模組，接收該測物光陣列，並將該測物光陣列轉換成一二維光譜資訊。
20:光源模組
22:軸向色散可調色散鏡組
220:第一折射鏡組
221:第二折射鏡組
BL:寬頻光
Da1~Da3:第一色散範圍
DL:第一色散光
DLa~DLc:第一色光
Db1~Db3:第二色散範圍
DL1~DL3:第二色散光
OA1:中心光軸
OA2~OA3:離軸
SF:空間調製元件
2:線形掃描彩色共焦量測系統
20:光源模組
200:寬頻光源
201a:調製鏡組
201b:調製鏡組
21:掃描振鏡模組
210:掃描振鏡
211:掃描透鏡
22:色散鏡組
23:偵測模組
230:空間濾波元件
230a:開孔結構
231:光譜感測單元
24:聚焦透鏡
25:分光元件
26:信號偵測模組
90:光場
91:線形偵測光
92:線形色散光
92a~92c:色散光
93:線形測物光
93a~93c:測物光
93’:反射光
99:曲線
S:待測物
P:線區域
100:平場掃描透鏡
2a:彩色共焦量測系統
20a:光源模組
200a:寬頻光源
201a:準直鏡組
21:共軛光學量測模組
210a:微透鏡陣列
2100:微透鏡
211a:第一空間調製元件
2110:第一開口
2111:針孔
212:光學模組
2120:分光元件
2121:準直透鏡
2122:振鏡元件
2123:掃描透鏡
22:色散鏡組
213a:第二空間調製元件
214a:導光元件
2140:第一端
2141:第二端
23a:偵測模組
24a:信號演算模組
94:偵測光
94a:準直偵測光
94b:點光源陣列
94c:色散光陣列
94d:測物光陣列
94e,94e’:色散光
S,S’:待測物
P:特定位置
SL1:入光面
SL2:出光面
圖1為本發明之軸向色散可調色散鏡組實施例示意圖。
圖2為一般消色散光學系統與可調色散光學系統的設計目標曲線圖。
圖3A為本發明之線形掃描彩色共焦量測系統之一實施例示意圖。
圖3B為本發明之光源模組之一實施例示意圖。
圖4A為習用平場掃描透鏡光學成像示意圖。
圖4B為F-θ掃描透鏡光學成像示意圖。
圖5A為非平場非遠心光學架構示意圖。
圖5B為平場非遠心光學架構示意圖。
圖5C為本發明之色散物鏡在物端遠心光學架構示意圖。
圖6A與圖6B分別為非遠心與遠心掃描透鏡光學效果示意圖。
圖7A與圖7B分別為非遠心以及遠心掃描透鏡與色散物鏡組合之光學效果示意圖。
圖8A為線形色散光投射至待測物示意圖。
圖8B為線形測物光投射至空間濾波元件示意圖。
圖8C為本發明之振鏡元件改變角度控制線形偵測光掃描待測物示意圖。
圖9為本發明之共軛光學之彩色共焦量測系統示意圖。
圖10A為本發明之微透鏡陣列之一實施例示意圖。
圖10B為本發明之第一與第二空間調製元件示意圖。
圖11為本發明之第二空間調製元件與偵測模組耦接示意圖。
圖12A為偵測光陣列投射至待測物示意圖。
圖12B為移動待測物讓偵測光陣列投射至待測物上之不同位置示意圖。
圖12C為改變振鏡元件轉動角度以改變偵測光陣列投射至待測物上之不同位置示意圖。
圖13為本發明之共軛光學之彩色共焦量測系統改變振鏡元件轉動角度已改變偵測光陣列投射至待測物上不同位置示意圖。
在下文將參考隨附圖式，可更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。類似數字始終指示類似元件。以下將以多種實施例配合圖式
來說明全域軸向色散可調色散鏡組及其彩色共焦量測系統，然而，下述實施例並非用以限制本發明。
請參閱圖1所示，該圖為本發明之全域軸向色散可調色散鏡組實施例示意圖。在本實施例中，該全域軸向色散可調色散鏡組22包括有光源模組20、第一折射鏡組220與第二折射鏡組221。該光源模組20包括有寬頻光源200以及空間調製元件SF，用以將該寬頻光源200所產生的一寬頻光BL調製成複數道具有中心光軸OA1與離軸OA2~OA3的入射光IL1~IL3(圖示以三道作為範例說明)，其中IL1代表中新光軸的入射光，IL2~IL3代表離軸的入射光。該空間調製元件SF可以為一維或二維排列的透鏡、針孔或者是狹縫等，但不以此為限制。該第一折射鏡組220，用以接收來自空間調製元件SF的複數道具有中心光軸OA1與離軸OA2~OA3的入射光IL1~IL3，使該複數道具有中心光軸OA1與離軸OA2~OA3的入射光IL1~IL3，沿著相對應的光軸OA1~OA3色散成具有一第一色散範圍Da1~Da3的第一色散光DL，其係包括有複數道具有不同聚焦深度的第一色光DLa~DLc，本實施例以RGB三色光來代表，由於每一種色光的波長不同，因此聚焦深度的不相同。例如，第一色光DLa為藍光，第一色光為綠光DLb，第一色光DLc為红光。要說明的是，複數道具有中心光軸OA1與離軸OA2~OA3之入射光IL1~IL3，可以為一維線性的入射光、或者是二維排列的複數個點光源所構成的入射光。該第二折射鏡組221設置在該第一折射鏡組220的一側，該第二折射鏡組221接收該第一色散光DL，並將該第一色散光DL調製成具有一第二色散範圍Db1~Db3的第二色散光DL1~DL3，本實施例中，該第二色散範圍Db1~Db3大於該第一色散範圍Da1~Da3，但不以此為限制，該第二色散範圍Db1~Db3亦可以小於該第一色散範圍Da1~Da3。該第一與第二折射鏡組220與221分別為定焦
鏡組，該第一與第二折射鏡組220與221組成為一變焦鏡組。此外，軸向色散可調色散鏡組22可以為雙遠心架構，即光源端與照明端之主光線(chief ray)皆平行於光軸。
在圖1所示的實施例中，首先藉由第一折射鏡組220先將寬頻光BL色散，以產生第一色散範圍Da1~Da3其係屬於固定的靜態色散範圍(stationary dispersion)，也就是說，不管第二折射鏡組221與第一折射鏡組220之間的距離如何變化，第一色散範圍Da1~Da3是固定的。接著再藉由調整第一折射鏡組220與第二折射鏡組221之間的距離L，來調變第一色散範圍Da1~Da3到第二折射鏡組221的距離，進而改變第二折射鏡組221對靜態色散範圍的放大率，以形成第二色散範圍Db1~Db3，使得整個系統最終的色散範圍可以獲得有效的調變(tunable dispersion)。在一實施例中，相對運動為該第一折射鏡組220可以移動，而第二折射鏡組221固定，在另一實施例中，相對運動為第一折射鏡組220固定，而第二折射鏡組221可以移動，或者是在另一實施例中，相對運動為第一與第二折射鏡組220與221都可以相對移動。如圖1與圖2所示，其中圖2為一般消色散光學系統與可調色散光學系統的設計目標曲線圖。以中心光軸OA1的入射光IL1為例，其中曲線80為傳統消除色散鏡組設計目標曲線，在習用技術中，傳統消除色散的透鏡設計目標是要讓不同波長的色光聚焦到同一個位置，而在色散鏡組22的架構下，則是要讓不同的波長聚焦在不同的光軸深度位置。透過本發明改變第一與第二折射鏡組220與221之間的距離，可以產生如曲線81~83不同的色散的範圍Db1~Db1”，達到增加檢測待測物表面形貌深度範圍的效果。要說明的是本發明調整第二色散範圍Db1~Db3大小是連續式而非離散式。例如：在Db1的一實施例中，最小的第二色散範圍Db1為2mm，最大的第二色散範圍Db1為30mm，則
透過改變第一與第二折射鏡組之間的距離，可以在2~30mm之間的選擇任何一個數值作為第二色散範圍Db1。同理，Db2~Db3也是相同原則。
接下來說明本發明軸向色散可調色散鏡組的應用實施例，在一實施例中，軸向色散可調光學模組可以應用在一種線形掃描彩色共焦量測系統。如請參閱圖3A與圖3B所示，其中圖3A為本發明之線形掃描彩色共焦量測系統實施例示意圖；圖3B為本發明之光源模組之一實施例示意圖。在本實施例中，該量測系統2包括有一光源模組20、一掃描振鏡模組21、一色散鏡組22以及一偵測模組23。該色散鏡組22係如同前述圖1所示的架構。該光源模組20包括有一發光源200、一調製鏡組201a與201b以及一空間調製元件202。該發光源200為一寬頻光源，量測波長450-650nm範圍內，需具有較均勻且能量高的特性。該寬頻光源可以為例如：寬頻雷射光或者是白光光源，例如：電弧燈，如氙燈、汞弧燈，或是白光發光二極體等。在一實施例中，該寬頻雷射光可以為超連續寬頻雷射光(supercontinuum laser)。
本實施例中，選用氙燈並搭配線型光纖導管，作為系統光源，使得出光形成具有特定寬度的線形光場。該調製鏡組201a接收該發光源200所發出的光場90，使得該光場90沿著單一方向聚焦成線狀的線形偵測光91。該空間調製元件202具有狹縫結構202a，用以接收該線形偵測光91，對該線形偵測光91進行空間濾波。該調製鏡組201b再將從狹縫結構202a出來的線形偵測光91調製成準直的線形偵測光91。透過調製鏡組201a與201b聚焦發光源200所發出的光場90，可以讓光場90通過空間調製元件202的狹縫結構202a，已達提升光效率。狹縫結構202a的寬度與彩色共焦系統之量測表現息息相關，理論上，越接近無限小的寬度，雖使反射的光譜訊號具有最佳的軸向解析度，但越
小的寬度代表可通過的光越弱，可能導致低訊噪比問題。因此，可以採用具有可調整狹縫寬度202a的空間調製元件202，使解析度達到最佳表現。
為了增加光利用效率，發光源200的發光區域所具有的第一特徵尺寸D1、其產生的光場具有第一發散角度θ1。空間調製元件202上的狹縫結構202a，其開口具有第二特徵尺寸d2，以及通過狹縫結構202a中心的線形偵測光91具有第二發散角度θ2。該第一特徵尺寸D1、第一發散角度θ1、第二特徵尺寸d2，以及第二發散角度θ2維持著下式(1)的關係，使得偵測光利用率可以有效最大化，同時保有下游光學量測系統的空間解析能力。
倘若D 1 θ 1>d 2 θ 2會導致光能的耗損，倘若D 1 θ 1<d 2 θ 2則會導致下游光學模組的收光角沒有被填滿，進而降低其空間解析能力。也就是說，通過空間調製元件之後光路所經過的所有光學元件可以根據演算可以得知其等效入瞳的尺寸。如果D 1 θ 1>d 2 θ 2會導致光區域超過入瞳的尺寸，而導致光能的耗損，倘若D 1 θ 1<d 2 θ 2則會導致入瞳尺寸將無法完全被填滿或者是只有部分偵測光入瞳，將會降低其空間解析能力。入瞳的計算係屬於習用之技術，在此不做贅述。
該掃描振鏡模組21用以反射該線形偵測光91，該掃描振鏡模組21根據控制訊號改變反射該線形偵測光91的角度。在本實施例中，該掃描振鏡模組21包括有一振鏡元件210以及一掃描透鏡(Scan Lens)211。在本實施例中，該振鏡元件210用以接收該線形偵測光91且置於掃描透鏡211入瞳之處，因此振鏡元件210之鏡面大小須配合掃描透鏡211之入瞳。由於本實施使用振鏡元件210，因此在振鏡元件210與色散鏡組22之間加上掃描透鏡211以將該線形偵測光91聚焦於該色散鏡組22之前焦面處，然後進入該色散鏡組。此掃描透
鏡211可視為中繼透鏡(Relay Lens)，增加共軛焦點，使系統不受空間限制，便於執行光束掃描。
在本實施例中，掃描透鏡211為F-θ掃描透鏡(F-θ Scan Lens)。如圖4A與圖4B所示，其中，圖4A為習用平場掃描透鏡光學成像示意圖；圖4B為F-θ掃描透鏡光學成像示意圖。相較於一般無畸變的平場掃描透鏡100，F-θ掃描透鏡211在設計時，使鏡組具有特定的畸變(Distortion)，因此像高(h)變化從h=F * tan θ，變為像高與入射角度成線性關係h=F *θ，其中h為像高，F為掃描透鏡焦距，θ為掃描角度。由於習用平場掃描透鏡211具有平場焦面，但掃描角度與成像位置並不為線性，而是正切關係，h=F* tanθ，當使用一般平場掃描透鏡時，由於像高變化為非線性(F*tanθ)，勻速的振鏡運動會造成曝光時間隨著掃描位置(像高)變化。因此，透過使用F-θ掃描透鏡可以解決習用利用平場掃描透鏡而曝光時間隨著掃描位置(像高)變化的問題。
再回到圖3A所示，該色散鏡組22用以接收該線形偵測光91，並將該線形偵測光91色散形成線形色散光92，其係具有複數道具有不同聚焦深度的線形色散光92a~92c投射到一待測物S上，並從該待測物S反射形成線形測物光93。在圖3A中以RGB三色光92a~92c為代表。在本實施例中，色散鏡組22為雙遠心架構的色散鏡組。在光學中遠心的定義為系統之入瞳或出瞳在無窮遠處，若為入瞳位於無窮遠處，此系統即為物端遠心；若出瞳於無窮遠處，即為像端遠心；兩者都位於無窮遠，則為雙遠心系統，亦即入射與出射光之主光線皆平行於光軸。物端遠心的特性，如圖5A至圖5C所示，其中圖5A為非平場非遠心光學架構示意圖；圖5B為平場非遠心光學架構示意圖；圖5C為本發明之色散鏡組在物端遠心光學架構示意圖。在圖5A中，從掃描透鏡進入色散鏡
組22的線形偵測光產生場曲效應，使得線形偵測光上每一道相同波長的色光具有不同的聚焦深度，如圖5A中的曲線99。圖5B中的色散鏡組22雖然具有平場的效果，但是因為兩側離軸光92因為相對於待測物S表面而言具有入射角度，使得反射光93’並沒有辦法進入到色散鏡組22，造成量測光資訊的損失。如圖5C所示，本發明之色散鏡組22使所有深度的放大倍率皆相等，且離軸點的場曲的現象較小，因而降低全域式系統的量測誤差。此外，由於主光線平行於光軸，反射自待測物S的光，能全部返回光學系統內，增加了系統的光效率。
此外，要說明的是，根據餘弦四次方定律(Cosine 4th Law)，照明區域中的光強分布，會隨著照明主光線角度增加，以餘弦四次方減弱，因此若像端(光源側)為非遠心的物鏡22’，離軸點的光強較光軸點的弱，且隨著離軸點距離越遠光強越弱，導致視場中照明分布不均，增加量測不確定性。例如：圖6A所示，光源200的光線投射至非遠心的色散鏡組22’，偏離中央軸CL偵測光90a其投射到物鏡22’數值孔鏡邊緣的光線，因為具有角度θa而產生邊緣減光的問題。而於中央軸CL的偵測光90a的其投向物鏡22’數值孔鏡邊緣的光線具有角度θb，且小於θa，因此邊緣減光的問題相對較小。所以，對於非遠心色散鏡組22’而言，光源200投射到色散鏡組22’上會有照度分佈不均的問題。然而，由於本實施例的色散鏡組22在像端也為遠心架構的物鏡，如圖6B所示，從發光源200投射到色散鏡組22都是以固定的發光角度θc，因此可以減少邊緣減光的問題，使得視場中照明分布均勻。此外，在另一實施例中，色散鏡組除了雙遠心架構，更可以使數值孔徑不隨著波長變動，如此一來，所有深度皆具有相同的橫向解析度。
由於圖3A的色散鏡組22為遠心架構，因此為確保量測範圍內的任意點皆具有相同的光學表現，在另一實施例中，搭配的掃描透鏡211也必須具有遠心架構。如圖7A所示，使用單純的平場掃描鏡100時，在進入色散鏡組22除了無法令遠心色散鏡組22的離軸點接收到所有的光能，還會因餘弦四次方定律及光源本身不均勻的光強角度分布，造成離軸點的光強較光軸點弱。反之，如圖5B所示，使用遠心掃描透鏡211可以解決非遠心掃描透鏡100所產生的問題。若在量測視場範圍內各點之光強不均勻，將限制量測系統的表現，使實際可量測的範圍縮小，因此需選擇具有遠心特性的掃描鏡才能維持好的光效率，且使量測範圍全域的光學表現一致。
在回到圖3A所示，該偵測模組23接收該線形測物光93，並將該線形測物光93轉換成一光譜資訊。在本實施例中，偵測模組23更包括有一空間濾波元件230以及一光譜感測單元231。該空間濾波元件230，接收該線形測物光93。本實施例中，該空間濾波元件230上具有開孔結構230a，例如：複數個一維陣列排列的針孔或者是狹縫結構。本實施例開孔結構230a為狹縫結構。為使系統探頭微小化，在一實施例中，偵測模組23中所使用的光學狹縫結構230a不同於照明模組20的可調式狹縫，使用的是玻璃鍍膜(coating)光學狹縫，最佳孔徑大小為光學繞射極限，選用寬度15μm之狹縫作為感測端孔徑，但不以此為限制，使用者可以根據需要選擇適當大小的狹縫結構或針孔。該光譜感測單元231，接收通過該空間濾波元件230的線形測物光93，並將該線形測物光93轉換成該光譜資訊。
接下來說明本發明之線形掃描彩色共焦量測系統的操作方式。在第一時間點，如圖3A所示，掃描振鏡201轉動至第一角度θt0的位置。光源模組
20產生的線形偵測光91投射至分光元件25，經由分光元件25導引至掃描振鏡210。該線形偵測光91經由振鏡元件210反射到掃描透鏡211，然後聚焦在色散鏡組22之前焦面後再投射到色散鏡組22。色散鏡組22再將線形偵測光91色散形成線形色散光92投射到待測物S上。如圖8A所示，由於線形偵測光91是寬頻光，因此在色散鏡組22色散成線形色散光92之後，線形色散光92中的每一道色散光92a~92c對應不同波長的色光具有不同的聚焦深度。
投射到待測物S之後，再由特定線區域P反射形成複數道線形測物光93。由於特定線區域P中的每一個位置，例如圖8A中的P0與P1，都具有一個深度，因此每一道色散偵測光92a~92c從對應的特定線區域P，每一個偵測位置反射之後所形成測物光的各個波長成分中，具有最大光強的波長會隨著特定線區域P中每一個位置的深度而有所不同。再回到圖3A所示，反射的線形測物光93循著原來的光路通過色散鏡組22、掃描透鏡211、振鏡元件211然後進入分光元件25。線形測物光93被分光元件212a分光而進入到聚焦透鏡24，然後再被聚焦到空間濾波元件230。如圖8B所示，在一實施例中，每一道測物光93a~93c通過空間濾波元件230的開孔結構230a而被濾波。通過開孔結構230a的測物光被光譜感測單元231所接收。光譜感測單元231將圖8A中所對應線區域P上的每一偵測位置所發出的測物光進行光譜展開，可以得到通過每一線形測物光之最大光強的波長分佈。然後再根據最大光強之波長分布得到對應該線區域P上每一位置的深度資訊。信號演算模组26與光譜感測單元231電性連接，信號演算模组26根據該光譜資訊中最大光強之波長得到對應該測物光的特定位置P的深度。在一實施例中，信號演算模组26藉由適當峰值偵測演算法以及系統之深度反應校正曲線之轉換，可求得被測物體之形貌資訊，信號演算與轉換係為本領域技術之人所熟
知，在此不作贅述。
要說明的是，對於大尺寸的待測物而言，通常由於待測物S的表面形貌並沒有辦法一次性被投射到待測物S的線形色散光92所完全覆蓋，因此需要透過掃描的方式以線形色散光92對待測物S進行掃描。習用透過移動待測物S的方式會有機械振動或者是機構移動精度的限制，使得掃描解析度以及感測精度無法提升。因此在本實施例中，如圖8C所示，透過振鏡元件210的掃描擺動可以控制投射至待測物S上的位置。在圖8C中，在第二時間點t1振鏡元件210改變了反射的角度，轉動了θt1角度的振鏡元件210’反射線形偵測光91，改變了投射到掃描透鏡211以及色散鏡組22的位置，進而改變了投射到待測物S上的位置。在圖8C中，可以看出振鏡元件210’改變了色散偵測光92投射到待測物S的位置相對於原本色散偵測光偏移了Δd。在一實施例中，Δd可以為1~5μm，但不以此為限制。偏移量Δd(1μm)可以小於習用機械移動的位移，使得振鏡元件210來控制偵測光束，對待測物掃描可進一步提升系統量測解析度與量測速度。
請參閱圖9所示，該圖為本發明之共軛光學之彩色共焦量測系統示意圖。該系統2a包括有一光源模組20a、一共軛光學量測模組21a以及一偵測模組23a。該光源模組20a包括有一寬頻光源200a以及準直鏡組201a。該寬頻光源200a可以為寬頻雷射光或白光等。在一實施例中，寬頻雷射光可以為超連續寬頻雷射光(supercontinuum laser)。準直鏡組201a具有將寬頻光源200a所發出的偵測光94調整成準直偵測光94a，準直鏡組201a並且具有消除色差的功能，以將色差和球面像差減至最低，使得在通過之後的系統時，具有較好的解析能力。
該共軛光學量測模組21a包括有微透鏡陣列210a、第一空間調製元件211a、光學模組212a、以及第二空間調製元件213a。該微透鏡陣列210a用以將
該準直偵測光94a聚焦形成一點光源陣列94b。本實施例中，如圖10A所示，微透鏡陣列210a為具有複數個排列成二維矩陣的透鏡2100所構成的陣列，設置在光源模組20a所發出的準直偵測光94a的光路上，用以接收該準直偵測光94a。每一個微透鏡2100將接收到的準直偵測光94a聚焦形成一光點，因此當準直偵測光94a通過了微透鏡陣列210a之後，會形成具有複數個對應每一個微透鏡2100的點光源陣列94b。
再回到圖9所示，該第一空間調製元件211a，設置於該點光源陣列94b的光路上，以接收該點光源陣列94b，如圖10B所示，該第一空間調製元件211a具有複數個第一開口2110所構成的第一開口陣列與該點光源陣列94b對應。本實施例中，第一空間調製元件211a為具有複數個針孔2111排列成二維陣列的結構。每一個針孔2111的第一開口2110對應每一個微透鏡2100。要說明的是，本實施例中的第一開口2110並不限於針孔的開口，在另一實施例中，該第一開口2110亦可為狹縫結構的開口。如圖9所示，要說明的是根據寬頻光源200a的發光區域所具有的第一特徵尺寸D1、偵測光94第一發散角度θ1、第一開口2110所具有的第二特徵尺寸d2，例如：針孔直徑或者是狹縫長寬尺寸，以及通過每一第一開口d2中心的偵測光所具有的第二發散角度θ2，前述四個特徵維持著下式(1)的關係，偵測光利用率可以有效最大化，同時保有下游光學量測系統的空間解析能力。
該光學模組212a設置於該微透鏡陣列211a的一側，用以將該點光源陣列94b先準直成多束的陣列，之後再通過二維振鏡做掃瞄，並經過色散鏡組22色散成色散光陣列94c然後投射至一待測物S並從待測物S反射形成測物光陣列94d。為了方便說明，圖9以通過其中之一針孔2111的點光源來做說明。在本實施例中，光學模組212a包括有一分光元件2120、一準直透鏡2121、一振鏡元件2122、一掃描透鏡2123以及一色散鏡組22，該色散鏡組22係如同前述圖1所示，為可以調整色散範圍的色散鏡組。點光源陣列94b通過分光元件2120之後進入了準直透鏡2121，而在掃描前放置依準直透鏡的功用，是為避免離軸的光點在掃描時會產生額外的像差，之後再經由振鏡元件2122反射進入掃描透鏡2123。本實施例中，掃描透鏡2123使點光源陣列94b中的每一個點光源的入射角度與聚焦位置呈線性的特性，有利於振鏡掃描的控制，且對於之後的演算處理上也較為方便。點光源陣列94b會先被掃描透鏡2123聚焦一次，再由色散鏡組22色散成複數道色散光，所形成的色散光陣列94c聚焦於待測物S上。從待測物S反射形成測物光陣列94d，循原來的光路再次通過分光元件2121被分光投射至第二空間調製元件213a。
該第二空間調製元件213a，用以接收來自於待測物S的測物光陣列94d，該第二空間調製元件213a具有複數個第二開口2130所構成的第二開口陣列，與該複數個由第一開口2110所構成的第一開口陣列成共軛對應。本實施例中第二開口2130為針孔結構的開口，但不以此為限制，例如：狹縫結構也可以
實施。為了降低多點之間交互干涉(cross-talk)的影響來降低光譜的解析能力，在圖9的實施例中，利用複數條導光元件214a，本實施例為光纖，與偵測模組23a以及第二空間調製元件213a耦接。如圖11所示，該圖為本發明之第二空間調製元件與偵測模組耦接示意圖。在本實施例中，第二空間調製元件213a的入光面SL1，用以接收來自於待測物S的測物光陣列。而在第二空間調製元件213a的另一側出光面SL2則分別耦接有導光元件214a，導光元件214a的第一端2140，因為與第二空間調製元件213a的每一個第二開口2130耦接，因此多條導光元件214a(本實施例總共25條)在第一端2140那一側形成二維矩陣配置，而在第二端2141的那一側則依序相鄰排列成一維陣列的方式。本實施例藉由導光元件214a在空間位置的重新編排，亦即一端為二維陣列排列，另一端為一維線性排列，可以徹底消除因為密集排列的量測點陣所導致的光譜線長度與光譜解析能力之限制。要說明的是第一開口2110、第二開口2130的數量係根據使用者偵測需求而定，並不以本發明所舉實施例為限制。
多條導光元件214a的第二端2141再與偵測模組23a耦接在一起。本實施例中，偵測模組23a為一光譜儀。用以接收從導光元件214a第二端所發出的測物光。由於本實施例的偵測光為寬頻光，因此每一個測物光含有多種波長的光譜資訊，透過偵測模組23a將每一個導光元件214a所發出的測物光的光譜展開，以形成具有二維光譜資訊。在量測前，會先建立光譜所對應之深度資訊，之後從每一個導光元件214a發出的測物光所展開的光譜，可以找出對應該測物光具有最大光強的波長，以該波長所對應的表面深度作為該測物光投射到待測物表面上之特定位置的深度。從光譜資訊轉換成待測物表面形貌的技術為本領域技術之人所熟知，在此不做贅述。
接下來說明本發明圖9的操作方式，首先光源模組20a產生寬頻偵測光94通過微透鏡陣列210a形成具有點光源陣列94b。點光源陣列94b通過第一空間調製元件211a之後，通過分光元件2120以及準直透鏡2121再投射到振鏡元件2122。每一點光源經由振鏡元件2122反射到掃描透鏡2123，然後聚焦在色散鏡組22的前聚焦面處之前聚焦再投射到色散鏡組22。而此掃描透鏡與色散物鏡間為雙遠心之架構，以減少測物光之耗損以及維持較好的成像品質。色散鏡組22再將偵測光色散形成色散光陣列94c投射到待測物S上。由於點光源陣列94b中的每一道偵測光是寬頻光，因此在色散鏡組22色散成色散光陣列94c之後，色散光陣列94c中的每一道色散光對應不同波長的色光，具有不同的聚焦深度。
投射到待測物S之後，如圖12A所示，色散光陣列94c(圖中顯示25個，但不以此為限制)每一道色散光94e投射到待測物S上的特定位置P(圖中顯示25個，但不以此為限制)，再由特定位置P反射形成複數道測物光。由於每一個特定位置P的深度不同，因此每一道色散偵測光94e從對應的特定位置P反射之後所形成測物光的各個波長成分中，具有最大光強的波長會隨著特定位置P的深度而有所不同。測物光陣列94d循著原來的光路通過色散鏡組、掃描透鏡2123、振鏡元件2122、準直透鏡2121然後進入分光元件2120。每一測物光被分光元件2120分光而進入到和第一空間調製元件211a共軛對應的第二空間調製元件213a。如圖9與圖11所示，在一實施例中，每一道測物光通過對應的第二開口2130，而被第二開口2130濾波。通過每一第二開口2130的測物光經過導光元件214a的導引而被偵測模組23a所接收。偵測模組23a將對應每一導光元件214a所發出的測物光進行光譜展開，可以得到每通過每一導光元件214a的每一測物光所具有的最大光強的波長。信號演算模组24a與偵測模組23a電性連接，信號演算模组24a根
據該光譜資訊中最大光強之波長得到對應該測物光的特定位置P的深度。在一實施例中，信號演算模组藉由適當峰值偵測演算法以及系統之深度反應校正曲線之轉換，可求得被測物體之形貌資訊，信號演算與轉換係為本領域技術之人所熟知，在此不作贅述。
要說明的是，對於大尺寸的待測物而言，由於待測物S的表面形貌並沒有辦法一次性被投射到待測物S的偵測光陣列94c所完全覆蓋，或者是即使可以完全覆蓋，但因為避免偵測光之間的橫向交談干擾，偵測光與偵測光之間必須保持一個間隔，因此會降低表面形貌量測解析度。為了解決前述之問題，需要透過掃描的方式來讓測物光完全掃描到待測物S上的所有區域。請參閱圖12B所示，在習用技術中，有利用承載待測物S的平台進行位移運動M，讓偵測光(水平方向不移動)可以對移動ΔD的待測物S’進行掃描。在一實施例中，ΔD可以為4μm~10μm，但不以此為限制。經過多次水平(X與Y方向)的ΔD(4μm~10μm 4μm)移動，達到完全偵測到待測物表面形貌以及增加解析度的效果。然而透過移動待測物S的方式會有機械振動或者是機構移動精度的限制，使得掃描解析度以及感測精度無法提升。因此在本實施例中，如圖12C與圖13所示，透過振鏡元件2122的擺動可以控制投射至待測物S上的位置。在圖13中，振鏡元件2122改變了反射的角度，轉動了θ角度的振鏡元件2122’反射點光源陣列90b，改變了投射到掃描透鏡2123以及色散鏡組22的位置，進而改變了投射到待測物S上的位置。在圖12C中，可以看出振鏡元件2122’改變了色散偵測光94e’投射到待測物的位置，相對於原本色散偵測光94e偏移了Δd。其中，Δd主要是透過掃描透鏡的焦距與振鏡擺動角度(θ)的乘積所決定(由於θ的角度很小因此可簡化成此關係)。在一實施例中，Δd可以為1~5μm，但不以此為限制。偏移量Δd(1~5μm 1μm)可以小
於圖12B機械移動的位移ΔD(4μm~10μm 4μm)，使得振鏡元件2122來控制偵測光束，對待測物掃描可以進一步提升系統量測解析度與量測速度。
以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
20:光源模組
22:軸向色散可調色散鏡組
220:第一折射鏡組
221:第二折射鏡組
BL:寬頻光
Da1~Da3:第一色散範圍
DL:第一色散光
DLa~DLc:第一色光
Db1~Db3:第二色散範圍
DL1~DL3:第二色散光
OA1:中心光軸
OA2~OA3:離軸
SF:空間調製元件
Claims (14)
- 一種全域式軸向色散可調色散鏡組，包括：一光源模組，包括有一發光源以及一空間調製元件，用以將該發光源所產生的一寬頻光調製成複數道具有中心光軸與離軸的入射光；一第一折射鏡組，用以接收該複數道具有中心光軸與離軸的入射光，使每一具有中心光軸與離軸的入射光沿著相應之光軸色散成具有一第一色散範圍的第一色散光，其係包括有複數道具有不同具焦深度的第一色光；以及一第二折射鏡組，設置在該第一折射鏡組的一側上，該第二折射鏡組接收該第一色散光；其中藉由改變該第一與第二折射鏡組之間的距離，使該第一色散光調製成具有一第二色散範圍的第二色散光，其中該第二色散範圍與該第一色散範圍不同。
- 如請求項1所述之全域式軸向色散可調色散鏡組，其中該第一與第二折射鏡組分別為一定焦鏡組，該第一與第二折射鏡組組成為一變焦鏡組。
- 如請求項1所述之全域式軸向色散可調色散鏡組，其中藉由該第一折射鏡組與該第二折射鏡組之相對運動改變該第一與第二折射鏡組之光軸的中心距離，進而調整該第二色散範圍。
- 如請求項1所述之全域式軸向色散可調色散鏡組，其中該複數道入射光構成線形入射光或面形入射光。
- 一種彩色共焦量測系統，包括：一光源模組，用以產生複數道具有中心光軸與離軸的入射光；一掃描振鏡模組，反射該複數道具有中心光軸與離軸的入射光，該掃描振鏡 模組根據一控制訊號改變反射該複數道具有中心光軸與離軸的入射光的角度；一色散鏡組，包括有一第一折射鏡組以及一第二折射鏡組，該第一折射鏡組，用以接收該複數道具有中心光軸與離軸的入射光，使該複數道具有中心光軸與離軸的入射光沿著相應之光軸色散成具有一第一色散範圍的第一色散光，該第二折射鏡組，設置在該第一折射鏡組的一側上，該第二折射鏡組接收該第一色散光，並將該第一色散光調製成具有一第二色散範圍的第二色散光，其中該第二色散範圍與該第一色散範圍不同，該第二色散光投射到一待測物上，並從該待測物反射形成一測物光；一偵測模組，接收該測物光，並將該測物光轉換成一光譜資訊；以及一信號演算模组，根據該光譜資訊藉由值偵測演算法以及系統之深度反應校正曲線之轉換，可求得被測物體之形貌資訊。
- 如請求項5所述之彩色共焦量測系統，其中該複數道具有中心光軸與離軸的入射光構成一線形偵測光，該光源模組更具有：一發光源，具有一第一特徵尺寸，用以產生具有一第一發散角度之一光場；一調製鏡組，用以將該光場調製成該線形偵測光；以及一空間調製元件，用以接收該線形偵測光，該空間調製元件具有一第二特徵尺寸的一開口，其中通過該開口中心的線形偵測光具有一第二發散角度；其中該第一特徵尺寸與該第一發散角度的乘積近似於或等於該第二特徵尺寸與該第二發散角度的乘積。
- 如請求項6所述之彩色共焦量測系統，其係更具有一擴散元件設 置於該發光源與該調製鏡組之間，用以調製該第一發散角度的大小。
- 如請求項6所述之彩色共焦量測系統，其中該掃描振鏡模組更包括有：一振鏡元件，用以接收該線形偵測光；以及一掃描透鏡，用以將該線形偵測光聚焦於該色散鏡組之前，然後進入該色散鏡組。
- 如請求項5所述之彩色共焦量測系統，其中該色散鏡組為雙遠心色散鏡組。
- 如請求項5所述之彩色共焦量測系統，其中該偵測模組更包括有：一空間濾波元件，接收該線形測物光；以及一光譜感測單元，接收通過該空間濾波元件的線形測物光，並將該線形測物光轉換成該光譜資訊。
- 一種彩色共焦量測系統，包括：一光源模組，用以產生一偵測光；以及一微透鏡陣列，設置於該偵測光的光路上，用以將該偵測光聚焦成一點光源陣列，其係具有複數道中心光軸與離軸的入射光；一第一空間調製元件，設置於該微透鏡陣列的一側，使該微透鏡陣列位於該光源模組與該第一空間調製元件之間，該第一空間調製元件包括有一第一開口陣列與該點光源陣列對應；一光學模組，用以接收通過該第一空間調製元件的該點光源陣列，該光學模組包括有一色散鏡組，包括有一第一折射鏡組以及一第二折射鏡組，該第一折 射鏡組，用以接收該點光源陣列，使該點光源陣列的每一道中心光軸與離軸的入射光沿著相應的光軸色散成具有複數個第一色散範圍的第一色散光陣列，該第二折射鏡組，設置在該第一折射鏡組的一側上，該第二折射鏡組接收該第一色散光陣列，並將該第一色散光陣列調製成具有一第二色散範圍的第二色散光陣列，其中該第二色散範圍與該第一色散範圍不同，該第二色散光陣列投射到一待測物上，並從該待測物反射形成一測物光陣列；一第二空間調製元件，設置於該光學模組一側，接收該測物光陣列，該第二空間調製元件具有一第二開口陣列與該第一開口陣列成共軛對應；以及一偵測模組，接收該測物光陣列，並將該測物光陣列轉換成一二維光譜資訊。
- 如請求項11所述之彩色共焦量測系統，其係更具有複數個導光元件，該複數個導光元件的第一端成二維陣列排列與該第二開口陣列相對應，以接收通過該第二開口陣列的該測物光陣列，該複數個導光元件的第二端成一維線性排列與該偵測模組耦接。
- 如請求項11所述之彩色共焦量測系統，其中該光學模組更具有一振鏡元件，設置於該點光源陣列的光路上，該振鏡元件藉由改變轉動角度，而改變該點光源陣列投射到該色散鏡組之位置，進而改變該第二色散光陣列投射到該待測物的位置。
- 如請求項11所述之彩色共焦量測系統，其中該光源模組具有一寬頻光源，其具有一第一特徵尺寸以產生具有一第一發散角度的該偵測光，該第一空間調製元件的一第一開口具有一第二特徵尺寸，其中通過該第一開口中心的偵測光具有一第二發散角度，其中該第一特徵尺寸與該第一發散角度的乘積近似於或等於該第二特徵尺寸與該第二發散角度的乘積。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202163153699P | 2021-02-25 | 2021-02-25 | |
| US202163153712P | 2021-02-25 | 2021-02-25 | |
| US63/153,712 | 2021-02-25 | ||
| US63/153,699 | 2021-02-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202311704A TW202311704A (zh) | 2023-03-16 |
| TWI812025B true TWI812025B (zh) | 2023-08-11 |
Family
ID=84957083
Family Applications (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111106645A TWI812025B (zh) | 2021-02-25 | 2022-02-23 | 全域式軸向可調色散鏡組及其彩色共焦量測系統 |
| TW111106641A TWI807653B (zh) | 2021-02-25 | 2022-02-23 | 高深寬比微結構光學量測系統 |
| TW111106644A TWI788231B (zh) | 2021-02-25 | 2022-02-23 | 共軛光學模組、空間轉換光學模組以及其共軛光學之彩色共焦量測系統 |
| TW111106642A TWI801149B (zh) | 2021-02-25 | 2022-02-23 | 線形掃描彩色共焦量測系統 |
Family Applications After (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111106641A TWI807653B (zh) | 2021-02-25 | 2022-02-23 | 高深寬比微結構光學量測系統 |
| TW111106644A TWI788231B (zh) | 2021-02-25 | 2022-02-23 | 共軛光學模組、空間轉換光學模組以及其共軛光學之彩色共焦量測系統 |
| TW111106642A TWI801149B (zh) | 2021-02-25 | 2022-02-23 | 線形掃描彩色共焦量測系統 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (4) | TWI812025B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4984888A (en) * | 1989-12-13 | 1991-01-15 | Imo Industries, Inc. | Two-dimensional spectrometer |
| CN101324467A (zh) * | 2008-07-03 | 2008-12-17 | 虞潜 | 一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统 |
| US20120081705A1 (en) * | 2010-10-01 | 2012-04-05 | Raytheon Company | Two material achromatic prism |
| CN111522132A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 苏州埃克瑞自动化设备有限公司 | 可见光近红外宽光谱复消色差像方远心镜头及其应用 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008058338A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-03-13 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 正立等倍レンズアレイ、正立等倍レンズアレイを用いた画像読取装置及び画像書込装置、並びに、正立等倍レンズアレイの製造方法 |
| IL188029A0 (en) * | 2007-12-10 | 2008-11-03 | Nova Measuring Instr Ltd | Optical method and system |
| ITTO20110298A1 (it) * | 2011-04-01 | 2012-10-02 | St Microelectronics Srl | Rilevatore ottico confocale, schiera di rilevatori e relativo procedimento di fabbricazione |
| JP2015523578A (ja) * | 2012-07-27 | 2015-08-13 | ソルラブス、インコーポレイテッド | 敏捷な画像化システム |
| WO2015031988A1 (en) * | 2013-09-05 | 2015-03-12 | Mcmaster University | Apparatus and method for foci array scanning through an adjusting refractive medium |
| TWI613534B (zh) * | 2016-08-25 | 2018-02-01 | 雙層微透鏡陣列光學元件 | |
| US10481111B2 (en) * | 2016-10-21 | 2019-11-19 | Kla-Tencor Corporation | Calibration of a small angle X-ray scatterometry based metrology system |
| US10690602B2 (en) * | 2017-02-17 | 2020-06-23 | Kla-Tencor Corporation | Methods and systems for measurement of thick films and high aspect ratio structures |
| WO2018182526A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Nanyang Technological University | Apparatus for analysing a specimen |
| CN111486953A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-04 | 南京引创光电科技有限公司 | 光学测量系统 |
-
2022
- 2022-02-23 TW TW111106645A patent/TWI812025B/zh active
- 2022-02-23 TW TW111106641A patent/TWI807653B/zh active
- 2022-02-23 TW TW111106644A patent/TWI788231B/zh active
- 2022-02-23 TW TW111106642A patent/TWI801149B/zh active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4984888A (en) * | 1989-12-13 | 1991-01-15 | Imo Industries, Inc. | Two-dimensional spectrometer |
| CN101324467A (zh) * | 2008-07-03 | 2008-12-17 | 虞潜 | 一种纵向、横向分开聚焦的光谱仪聚焦成像系统 |
| US20120081705A1 (en) * | 2010-10-01 | 2012-04-05 | Raytheon Company | Two material achromatic prism |
| CN111522132A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 苏州埃克瑞自动化设备有限公司 | 可见光近红外宽光谱复消色差像方远心镜头及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202234127A (zh) | 2022-09-01 |
| TWI801149B (zh) | 2023-05-01 |
| TWI788231B (zh) | 2022-12-21 |
| TW202234020A (zh) | 2022-09-01 |
| TWI807653B (zh) | 2023-07-01 |
| TW202311703A (zh) | 2023-03-16 |
| TW202311704A (zh) | 2023-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI414817B (zh) | 線型彩色共焦顯微系統 | |
| US7659991B2 (en) | Colorimetric three-dimensional microscopy | |
| CN106441571B (zh) | 一种光源模块及应用其的线扫描多光谱成像系统 | |
| CN211783339U (zh) | 光学测量设备 | |
| JP6671296B2 (ja) | 単純な光学系、より具体的には様々な瞳位置を有する光スキャン顕微鏡 | |
| JP6505111B2 (ja) | 低ノイズ高安定性の深紫外線連続波レーザー | |
| WO2020034299A1 (zh) | 一种并行多区域成像装置 | |
| US8270088B2 (en) | Laser combining mechanism for use in a laser scanning microscope, and a laser scanning microscope that uses it | |
| CN102749027A (zh) | 线型彩色共焦显微系统 | |
| CN107003506A (zh) | 具有低畸变像差的显微镜 | |
| US11686928B2 (en) | Light microscope | |
| CN113589506B (zh) | 一种基于光谱共焦原理的生物显微视觉预对焦装置及方法 | |
| CN108344695A (zh) | 反射式多波长线扫描共聚焦成像系统 | |
| US10697764B2 (en) | Sample shape measuring apparatus for calculating a shape of a sample disposed between an illumination optical system and an observation optical system | |
| Hillenbrand et al. | Parallelized chromatic confocal sensor systems | |
| TWI812025B (zh) | 全域式軸向可調色散鏡組及其彩色共焦量測系統 | |
| CN217058699U (zh) | 光谱仪及线光谱共焦传感器 | |
| CN110109262B (zh) | 光源切换复用单元同轴度调试系统及方法 | |
| CN208187948U (zh) | 反射式多波长线扫描共聚焦成像系统 | |
| CN113203706B (zh) | 一种线扫描分光白光干涉仪 | |
| CN104568777A (zh) | 基于频谱编码的共焦显微成像装置及方法 | |
| CN110793942B (zh) | 基于彩色相机的二维材料形貌快速表征系统和方法 | |
| US10976151B2 (en) | Optical interferometer with reference arm longer than sample arm | |
| CN116518870B (zh) | 一种双光栅大量程高分辨光谱线共焦成像装置 | |
| JPH11153754A (ja) | 照明光学系及びアキシコンプリズム |