CN101413787B

CN101413787B - 可调整倾角的形貌检测装置

Info

Publication number: CN101413787B
Application number: CN2007101671342A
Authority: CN
Inventors: 郭世炫; 陈金亮; 叶清铭; 李世芳; 戴鸿名
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2027-10-18
Also published as: CN101413787A

Abstract

本发明是一种可调整倾角的形貌检测装置，其具有可调整影像撷取角度的机构，该机构包含二种结构：其一为平移支架式可调整倾角的形貌检测装置，通过二平移件移动调整形貌检测单元的倾角，并由旋转支架旋转可取得全方位角的待测物形貌。另一结构为一圆弧轨道式可调整倾角的形貌检测装置，利用形貌检测单元在圆弧轨道上滑动改变形貌检测单元倾角，并由旋转支架旋转可取得全方位角的待测物形貌。

Description

可调整倾角的形貌检测装置

技术领域

本发明是有关一种形貌检测装置，尤其是指一种可取得全方位角的形貌影像数据的一种可调整倾角的形貌检测装置。

背景技术

按，精密的形貌检测是现代科技中非常重要的一环，当许多零组件渐渐微小化，就更需要精确可靠的检测技术来验证其微结构尺寸或形貌的精准度，以确保质量及制程能处于合格范围中。

其中利用光学非接触检测方式的量测技术，是利用非破坏方式取得待测物表面精确的形貌信息，已广泛应用于各种产业中，例如：液体显示器(LCD)的增亮膜，即为利用一形貌检测装置来检测其表面微结构是否皆符合标准，攸关液晶显示器的画面是否能正确达到应有的亮度，因此显得相当地重要。

请参阅图1所示，为公知光学显微镜以同轴光检测斜面时，反射光无法反射回光学显微镜的结构示意图，当待测物形貌表面斜率较大时，尤其是当光学显微镜11采用同轴光时，会因为待测物12表面反射光讯号13无法进入显微镜，而无法取得待测物表面形貌资料。而往往只能采用内插法，补足所缺的形貌数据，但欲量得实际形貌尺寸及其粗糙度数据有其困难度。

虽然有文献及专利采用一些方法欲克服上述问题，但仍然无法解决检测大型待测物表面的微结构形貌的问题。

请参阅图2所示，为公知检测三维形貌的光学影像检测装置结构示意图，其中公知检测三维形貌的光学影像检测装置，因其形貌检测装置21的光轴22与待测物23固定垂直设置，在量测斜率较大的形貌表面时，无法取得其表面的反射光讯号(即如图3所示)，往往只能采用影像补插点技术，以补足所缺的形貌资料，欲量得实际形貌尺寸及其粗糙度数据亦有其困难度，同时使检测的结果产生一定程度的失真。

请参阅图4所示，为中国台湾专利公报编号TW1229186号的公知技术附图，其利用双视角的线性扫描装置(如其编号21、22)搭配一斜向光源(如其编号23)，可用以检测缺陷的大致形状及尺寸，其可较快速检测大面积的缺陷，并判断缺陷为凸起或凹陷。但是较难精确量取微结构三维形貌尺寸，亦较难解决待测物形貌表面斜率较大时，表面讯号无法被撷取到的问题，故有待改进。

请参阅图5所示，为美国专利编号US6449048号的公知技术附图，其利用将干涉仪倾斜一角度，与待测物横移方向产生一倾角(非垂直)，而直接使用传统的垂直扫描干涉仪(VSI)及相移干涉仪(PSI)硬件，来连续扫描待测物表面，不需用影像补插点技术来取得待测物表面形貌。但仍未能解决待测物形貌表面斜率较大时，其全方位角形貌仍无法有效取得的问题，亦存在有改善空间。

请参阅图6所示，是利用倾斜待测物且旋转的方式，取得较大表面待测物斜率较大的表面形貌数据的动作示意图，其发展出将待测物转向倾斜，再以旋转待测物的方式由一形貌检测装置，来取得较大表面待测物斜率较大的表面形貌资料。此种方式亦如前述二个公知技术一般，仅能测试体积较小的待测样品，若待测样品尺寸较大(如图7所揭露应用于液晶显示器的增亮膜滚筒模仁)，即较难配合倾斜或旋转时，则无法发挥其检测功能，尚具有改进的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调整倾角的形貌检测装置，以克服公知技术中存在的检测斜率较大的微结构形貌，无法取得表面形貌数据的问题。

为实现上述目的，本发明提供的可调整倾角的形貌检测装置，其包括：

一支架；

一形貌检测单元，用以取得待测物表面影像；

一第一倾角调整装置，其与该支架相连接，该第一倾角装置的一端与该形貌检测单元相枢接；以及

一第二倾角调整装置，其与该支架相连接且设置于该第一倾角调整装置的一侧，该第二倾角装置的一端与该形貌检测单元相滑接，该第二倾角调整装置与该第一倾角调整装置可产生相对运动以调整该形貌检测单元的倾斜角度。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该形貌检测单元为光学显微镜、探针扫描显微镜或其它形貌检测单元。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该第一倾角调整装置包括有：

一平移件，其一端枢接于该形貌检测单元上；以及一固定座，与该支架相连接，该固定座内部设置有一横向轨道，以提供该平移件于横向轨道做水平移动。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该横向轨道可整合为线性滑轨、线性马达或其它精密线性移动装置，以便精确控制该平移件位移尺寸。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该第二倾角调整装置包括有：

一滑槽，其连接于该形貌检测单元上；

一平移件，其以一端与该滑槽相滑接；以及

一固定座，与该支架相连接，该固定座内部设置有一横向轨道，以提供该平移件于横向轨道做水平移动。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该支架具有一转折结构且可进行一旋转运动以使该形貌检测单元对待测物进行360度检测。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该待测物为一具有微结构的待测物。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该具有微结构的待测物，可为应用于液晶显示器增亮膜的微结构或制造增亮膜的滚筒模仁。

本发明提供的可调整倾角的形貌检测装置，还可包括：

一支架；

一形貌检测单元，用以取得待测物表面影像；以及

一倾角调整装置，其与该支架相连接，该倾角调整装置可以带动该形貌检测单元进行一弧线运动以调整该形貌检测单元的倾斜角度。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该倾角调整装置包括有：

至少一圆弧轨道，固定在旋转支架的侧边，得以调整形貌检测单元的倾斜角度，并用以维持形貌检测单元倾斜时，物镜焦距保持在同一位置；以及

至少一滑块，固定在形貌检测单元的侧边，用以带动形貌检测单元在圆弧轨道滑行。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该滑块可为圆柱型滑块。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该滑块可为具有弧度的板型滑块。

所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该具有微结构的待测物可为应用于液晶显示器增亮膜的微结构或制造增亮膜的滚筒模仁。

由本发明的实施，确能克服检测斜率较大的微结构形貌，无法取得表面形貌数据的问题。

附图说明

图1为公知光学显微镜以同轴光检测斜面时，反射光无法反射回光学显微镜的结构示意图；

图2为公知检测三维形貌的光学影像检测装置结构示意图；

图3a、b为利用图2结构来量测斜率较大的形貌表面时，无法取得其表面的反射光讯号所呈现分析曲线图；

图4为中国台湾专利公报编号TW1229186号的公知技术附图；

图5为美国专利编号US6449048号的公知技术附图；

图6a、b、c、d为QED Technology公司利用倾斜待测物且旋转的方式，取得较大表面待测物斜率较大的表面形貌数据的动作示意图；

图7为大型待测物的结构示意图；

图8为本发明可调整倾角的形貌检测装置的第一实施例图；

图9为图8的倾斜形貌检测单元焦点与旋转轴心至待测物处形成夹角示意图；

图10为图8的立体示意图；

图11为图8可调整倾角的形貌检测装置实施垂直检测的结构示意图；

图12为图9实施垂直检测的结构示意图；

图13为图10实施垂直检测的结构示意图；

图14为本发明可调整倾角的形貌检测装置的第二实施例图；

图15为图14的立体结构示意图；

图16为图14实施垂直检测的结构示意图；

图17为图15实施垂直检测的结构示意图；

图18为图14的另一实施例图。

附图中主要标志符号说明：

11～显微镜

12～待测物

13～反射光讯号

21～形貌检测单元

22～光轴

23～待测物

3～形貌检测单元

31～滑槽

32～转轴

4～旋转支架

40～转折结构

51～第一倾角调整装置

510～第一固定座

511～第一平移件

512～第一横向轨道

52～第二倾角调整装置

520～第二固定座

521～第二平移件

522～第二横向轨道

53～待测物

54～旋转轴心

55～倾角

56～第二平移件平移距离

57～第一平移件平移距离

58～第一固定座与第二固定座间距

59～焦点

6～形貌检测单元

61～第一滑块

62～第二滑块

63～第三滑块

64～第四滑块

65～滑块

7～旋转支架

8～倾角调整装置

81～第一圆弧轨道

82～第二圆弧轨道

83～第三圆弧轨道

84～第四圆弧轨道

85～待测物

86～旋转轴心

87～焦点

88～圆弧轨道

90、91～形貌检测装置

具体实施方式

本发明提供一种可调整倾角的形貌检测装置，其为克服检测斜率较大的微结构形貌，无法取得表面形貌数据的问题，利用此结构，形貌检测单元得以倾斜任意角度，并可旋转360度，取得全方位角的形貌影像数据，再利用软件影像缝补技术，重建出待测物原始形貌，以达到一种不受限于待测物体积的形貌检测单元的结构。本发明亦可提供检测大型待测物表面微结构形貌尺寸。

本发明提供一种除了可用于检测微结构三维形貌外，亦适合检测组件的巨观形貌尺寸(如非球面镜)。

配合下列附图说明本发明的详细结构，及其连结关系。

本发明具有二种检测装置倾角实施结构分别说明如下：

第一实施结构：

请同时参阅图8至图13所示，一形貌检测装置90具有一旋转支架4、一形貌检测单元3、一第一倾角调整装置51以及一第二倾角调整装置52。该形貌检测单元3，用以取得待测物表面影像。在本实施例中，该形貌检测单元3可为光学显微镜、探针扫描显微镜或其它形貌检测单元。

该第一倾角调整装置51，其与该旋转支架4相连接，该第一倾角装置51的一端与该形貌检测单元3相枢接。该第一倾角调整装置51包括有一第一平移件511以及一第一固定座510。该第一平移件511由一转轴32(但本发明不受限于该实施结构，本领域技术人员亦可利用单一滑槽31及单一转轴32来达到相同目的)枢接于该形貌检测单元3上，通过该转轴32与一第一平移件511的枢接接使该形貌检测单元3以该转轴32为轴心产生旋转动作。该第一固定座510，与该旋转支架4相连接，该第一固定座510内部设置有一横向轨道512，以提供该第一平移件511于横向轨道512做水平移动。其中该横向轨道512可整合为线性滑轨、线性马达或其它精密线性移动装置，以便精确控制该平移件位移尺寸。

该第二倾角调整装置52还包括有一滑槽31、一第二平移件521以及一第二固定座520。该滑槽31，其连接于该形貌检测单元3上。该第二平移件521，其以一端与该滑槽31相滑接，以于该滑槽31内滑动。该第二固定座520，与该支架相连接且距离该第一固定座510有一个高度，该第二固定座520内部设置有一横向轨道522，以提供该第二平移件521于横向轨道522做水平移动。其中该横向轨道522可整合为线性滑轨、线性马达或其它精密线性移动装置，以便精确控制该平移件位移尺寸。

接下来说明该形貌检测装置90的动作。该第一平移件511可于第一固定座510的横向轨道512中产生伸缩滑动动作，且该第二平移件521可于第二固定座520的横向轨道522中产生伸缩滑动动作，当形貌检测单元3所需产生的倾角愈大时，第二平移件521延伸出该横向导轨522的部分越多，因此其与该滑槽31滑接的端部愈靠近滑槽31上方；反之，若形貌检测单元3所需产生的倾角愈小时，第二平移件521延伸出该横向导轨512的部分越少，因此其与该滑槽31滑接的端部愈靠近滑槽31下方。

上述倾角调整装置90的旋转支架4可绕着旋转轴心54做一旋转，同时可带动已产生倾角或未产生倾角的形貌检测单元3随之旋转。在本实施例中，该旋转支架4具有一转折结构40设计，使得该形貌检测单元在进行倾斜角度55接近0度的倾角检测时，不会与该旋转支架4产生干涉。此外，本领域技术人员，亦可将该旋转支架4设计为固定支架，该固定支架虽然测量范围及项目较少，但仍能由旋转待测物达到检测待测物53形貌表面的目的，故仍为本发明的保护范围。待测物53置于形貌检测单元3的焦点59处，即可由形貌检测单元3来撷取全方位角的形貌影像数据，该待测物53可为应用于液晶显示器增亮膜的微结构或制造增亮膜的滚筒模仁的微结构。

该形貌检测单元3在旋转支架4旋转一个固定角度后取像一次，此固定角度的大小取决于形貌检测单元3的视场范围(Field of view)，原则上需取二相邻影像有重迭，以便重建待测物形貌时缝补影像的用。若机构精度符合影像重建所需精度，亦可不必取有重迭的相邻影像。

上述形貌检测单元3倾斜角度55可由第一平移件511平移距离56及第二平移件521平移距离57控制调整，计算方式如下：

形貌检测单元倾斜角度55＝tan^-1[(第二平移件平移距离56)-(第一平移件平移距离57)/第一固定座与第二固定座间距58]

经由调整第一平移件511平移距离57及第二平移件521平移距离56改变形貌检测单元倾斜角度，配合一驱动装置(图中未示，可为一驱动马达配合若干齿轮来做一控制旋转，其为公知技术，在此不作赘述)以上、下、左、右的方向来旋动该旋转支架4，并带动连接于旋转支架4的形貌检测单元3做出相同的运动，再使形貌检测单元3的焦点59维持在旋转支架4的旋转轴心位置，以确保检测的精准度。

为配合待测物体积尺寸上的变化，本实施例亦可调整第一固定座51与第二固定座52的间距58，即可改变形貌检测单元3的倾斜角度55，以达到最精确检测的目的。

第二实施结构：

请同时参阅图14至图18所示，形貌检测装置91包括有一旋转支架7、一形貌检测单元6以及一倾角调整装置8。该形貌检测单元6，用以取得待测物85表面影像。该倾角调整装置8，其与该旋转支架7相连接，该倾角调整装置8可以带动该形貌检测单元倾进行一弧线运动以调整该形貌检测单元的倾斜角度。

该倾角调整装置8具有复数个滑块以及复数个圆弧轨道。在本实施例中，该复数个滑块还可分为第一滑块61、第二滑块62、第三滑块63及第四滑块64，其中第一滑块61与第二滑块62位于形貌检测单元6的同一侧；且第三滑块63与第四滑块64位于形貌检测单元6的另一侧。第一、二、三、四滑块(61、62、63、64)分别可由动力驱动在对应连接于倾角调整装置的第一、二、三、四圆弧轨道(81、82、83、84)上做一滑动。在本实施例中，该滑块为圆柱型滑块。至于驱动该第一、第二、第三以及第四滑块的装置为公知技术在此不作赘述。

上述倾角调整装置利用其第一、二、三、四圆弧轨道(81、82、83、84)同时被固定于旋转支架7上，即可随旋转支架7旋转。第一、二、三、四圆弧轨道(81、82、83、84)的圆弧中心，即为形貌检测单元6的焦点87，使形貌检测单元6于倾斜角度改变时，形貌检测单元焦点87仍维持在待测物85上方同一位置，以确保检测的精准度。该旋转支架7可依旋转轴心86进行转动，旋转支架7的特性如前述第一实施例的旋转支架4的特征，在此不作赘述。

上述形貌检测单元6的滑块及倾角调整装置的圆弧轨道亦可采取单侧的设计，即为仅设置第一、二滑块(61、62)及第一、二圆弧轨道(81、82)，亦可达到相同目的。进一步地，如图18所示，形貌检测单元6仅设置单一滑块65，该滑块65必须呈现弧度的板型滑块，以配合倾角调整装置的单一圆弧轨道88，该倾角调整装置仍能发挥固定形貌检测单元6及调整其位置的目的，故上述实施态样亦为本发明的保护范围。

如上述图8至图13的第一实施例的揭露，图14至图18所揭露的结构亦可配合驱动装置(图例未标示)以上、下、左、右的方向来旋动该旋转支架7，并带动连接于旋转支架7的形貌检测单元6做出相同的运动，使形貌检测单元焦点87仍能固定于待测物85表面任何位置。

由上述图8至图18的揭露，即可了解本发明主要技术为克服检测斜率较大的微结构形貌表面时，无法取得表面形貌数据的问题，利用此结构，形貌检测单元得以倾斜任意角度，并旋转360度，取得全方位角的形貌影像数据，再利用软件影像缝补技术，重建出待测物原始形貌。本发明亦可提供检测大型待测物表面微结构形貌尺寸，以达到一种不受限于待测物体积的形貌检测单元的结构，于市场上具有极大的商业价值。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明所实施的范围，即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种可调整倾角的形貌检测装置，其包括：

一支架；

一形貌检测单元，用以取得待测物表面影像；

一第一倾角调整装置，其与该支架相连接，该第一倾角调整装置的一端与该形貌检测单元相枢接；以及

一第二倾角调整装置，其与该支架相连接且设置于该第一倾角调整装置的一侧，该第二倾角调整装置的一端与该形貌检测单元相滑接，该第二倾角调整装置与该第一倾角调整装置产生相对运动以调整该形貌检测单元的倾斜角度。

2.如权利要求1所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该形貌检测单元为光学显微镜或探针扫描显微镜。

3.如权利要求1所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该第一倾角调整装置包括有：

4.如权利要求3所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该横向轨道可整合为线性滑轨或线性马达，以精确控制该平移件位移尺寸。

5.如权利要求1所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该第二倾角调整装置包括有：

一滑槽，其连接于该形貌检测单元上；

一平移件，其以一端与该滑槽相滑接；以及

6.如权利要求5所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该横向轨道可整合为线性滑轨或线性马达，以精确控制该平移件位移尺寸。

7.如权利要求1所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该支架具有一转折结构且可进行一旋转运动以使该形貌检测单元对待测物进行360度检测。

8.如权利要求1所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该待测物为一具有微结构的待测物。

9.如权利要求8所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该具有微结构的待测物，为应用于液晶显示器增亮膜的微结构或制造增亮膜的滚筒模仁。

10.一种可调整倾角的形貌检测装置，其包括：

一支架；

一形貌检测单元，用以取得待测物表面影像；以及

一倾角调整装置，其与该支架相连接，该倾角调整装置带动该形貌检测单元进行一弧线运动以调整该形貌检测单元的倾斜角度。

11.如权利要求10所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该形貌检测单元为光学显微镜或探针扫描显微镜。

12.如权利要求10所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该倾角调整装置包括有：

13.如权利要求12所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该滑块为圆柱型滑块。

14.如权利要求12所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该滑块为具有弧度的板型滑块。

15.如权利要求10所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该待测物为一具有微结构的待测物。

16.如权利要求15所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该具有微结构的待测物为应用于液晶显示器增亮膜的微结构或制造增亮膜的滚筒模仁。

17.如权利要求10所述的可调整倾角的形貌检测装置，其中，该支架具有一转折结构且进行一旋转运动以使该形貌检测单元对待测物进行360度检测。