TW201534861A - 光學量測裝置及光學量測方法 - Google Patents

Abstract

一種光學量測裝置包含一光學模組、一微分單元、一比較單元，及一計算器，該光學模組發射一雷射光束至一待測物體的表面產生一相關於表面的反射光，且該反射光與該雷射光束產生一自混干涉信號，並該光學模組偵測該自混干涉信號以得到一偵測信號，該微分單元電連接該光學模組以接收該偵測信號，並將該偵測信號進行微分來產生一微分信號，該比較單元電連接該微分單元以接收該微分信號，並根據該微分信號產生一準位信號，該計算器電連接該比較單元以接收該準位信號，並將每一準位信號進行累加計算，得到一相關於待測物體的表面形貌的資訊。

Description

光學量測裝置及光學量測方法

本發明是有關於一種量測裝置及方法，特別是指一種光學量測裝置及方法。

參閱圖1，目前使用一雷射二極體11發射雷射光束至一待測物體15上，將使雷射光束造成反射或引起背面散射，則反射或散射的雷射光束與原先的雷射光束產生自混干涉信號(Self-Mixing Interference)由一光偵測器12偵測成為電流信號，再經由一電流轉換電壓單元13將電流信號轉換成電壓信號，再使用一示波器14觀察電壓信號。

然而，從該示波器14觀察自混干涉信號轉換成的電壓信號，只能得知該待測物體15振動的頻率及振幅，卻無從得知該待測物體15的表面形貌，更無法計算得知曲率，因此，目前從自混干涉信號得到的訊息非常的簡略且有限，這是目前此領域急需解決的問題。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種從一待測物體的自混干涉信號得知表面形貌，以解決先前技術問題的光學量測裝置。

於是，本發明光學量測裝置包含：一光學模組，發射一雷射光束至一待測物體的表面產生一相關於該表面的反射光，且該反射光與該雷射光束產生一自混干涉信號，並該光學模組偵測該自混干涉信號以得到一偵測信號；一微分單元，電連接該光學模組以接收該偵測信號，並將該偵測信號進行微分來產生一微分信號，該微分信號用以指示該待測物體的表面是上升或下降；一比較單元，電連接該微分單元以接收該微分信號，並根據該微分信號產生一大於零或小於零的準位信號；及一計算器，電連接該比較單元以接收該準位信號，並將每一準位信號進行累加計算，以得到一相關於該待測物體的表面形貌的資訊。

本發明之第二目的，即在提供一種從該待測物體的自混干涉信號得知表面形貌的光學量測方法。

本發明光學量測方法包含：(A)利用一光學模組發射一雷射光束至一待測物體的表面產生一相關於該表面的反射光，且該反射光與該雷射光束產生一自混干涉信號，並該光學模組偵測該自混干涉信號以得到一偵測信號；(B)利用一微分單元接收該偵測信號，並將該偵測信號進行微分來產生一微分信號，該微分信號用以指示該待測物體的表面是上升或下降； (C)利用一比較單元接收該微分信號，並根據該微分信號產生一大於零或小於零的準位信號；(D)利用一計算器接收該準位信號，並將每一準位信號進行累加計算，以得到一相關於該待測物體的表面形貌的資訊。

2‧‧‧光學模組

21‧‧‧雷射二極體

22‧‧‧光偵測器

23‧‧‧透鏡

24‧‧‧光學衰減片

31‧‧‧平台

32‧‧‧馬達

33‧‧‧驅動電路

34‧‧‧調整器

4‧‧‧微分單元

41‧‧‧轉換器

42‧‧‧放大器

43‧‧‧微分器

5‧‧‧比較單元

51‧‧‧比較器

52‧‧‧乘法器

61‧‧‧計算器

62‧‧‧顯示器

7‧‧‧待測物體

A01‧‧‧承載步驟

A02‧‧‧移動步驟

A03‧‧‧驅動步驟

A04‧‧‧調整步驟

A‧‧‧偵測步驟

B‧‧‧微分處理步驟

B1‧‧‧轉換步驟

B2‧‧‧放大步驟

B3‧‧‧微分步驟

C‧‧‧比較處理步驟

C1‧‧‧比較步驟

C2‧‧‧乘法步驟

D‧‧‧累加步驟

E‧‧‧計算步驟

F‧‧‧顯示步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明現有的光學量測裝置；圖2是一方塊圖，說明本發明光學量測裝置的一較佳實施例；圖3是一流程圖，說明該較佳實施例執行本發明光學量測方法的步驟；圖4是一量測圖，說明該較佳實施例的一放大電壓；圖5是一量測圖，說明該較佳實施例的一微分信號；及圖6是一量測圖，說明該較佳實施例的一表面形貌。

參閱圖2，本發明光學量測裝置之較佳實施例，用以量測一待測物體7的自混干涉信號，進而處理得到該待測物體7的表面形貌、曲率，及振動頻率，且該光學量測裝置包含一光學模組2、一平台31、一馬達32、一驅動電路33、一調整器34、一微分單元4、一比較單元5、一計算器61，及一顯示器62。

該光學模組2包括一雷射二極體21、一光偵測器22、一透鏡23，及一光學衰減片24。

該驅動電路33電連接該雷射二極體21，該調整器34電連接該驅動電路33，且用以控制該雷射二極體21發射雷射光束的功率強度、聚焦點遠近。

該微分單元4電連接該光偵測器22，且包括一轉換器41、一放大器42，及一微分器43。

該比較單元5電連接該微分單元4，且包括一比較器51，及一乘法器52。

該計算器61電連接該比較單元5，該顯示器62電連接該計算器61。

配合參閱圖3，該光學量測裝置執行一種光學量測方法，用以量測該待測物體7的表面形貌，再進而可得知該待測物體7的曲率，該光學量測方法包含以下步驟：

步驟A01：利用該平台31來承載該待測物體7，即將需量測的該待測物體7放置在該平台31上。

步驟A02：利用該馬達32驅動該平台31移動，使該待測物體7在該平台31上被該馬達32驅動而移動，則該光學模組2在該待測物體7可產生整體表面的自混干涉信號。該自混干涉信號由該雷射二極體21發射一雷射光束至該待測物體7的表面，產生一相關於該表面的反射光，且與該雷射光束產生該自混干涉信號。

步驟A03：利用該驅動電路33提供一驅動信號，來驅動該雷射二極體21發射該雷射光束。

步驟A04：利用該調整器34根據該自混干涉信號來調整該驅動電路33的驅動信號，以調整該雷射二極體21發射適當功率強度的雷射光束，以防止和該自混干涉信號混雜一起的雜訊功率太強，而使入射至該光偵測器22時產生過大的雜訊。由於產生該自混干涉信號的反射光內混雜著雜訊，當該反射光的功率太強時，造成入射至該光偵測器22時產生過大雜訊。

步驟A：利用該雷射二極體21發射該雷射光束至該待測物體7的表面產生該自混干涉信號，並該光偵測器22偵測該自混干涉信號以得到一偵測信號。步驟A的詳細作法為：該雷射二極體21發射該雷射光束經過該透鏡23聚焦、該光學衰減片24至該待測物體7的表面，產生該反射光，該反射光經該光學衰減片24行走原入射光路，與該雷射二極體21發射的雷射光束產生該自混干涉信號，入射至該光偵測器22偵測以得到該偵測信號，該偵測信號為電流形式，該光學衰減片24用以衰減該反射光的功率，防止和該反射光混雜一起的雜訊功率太強，而使入射至該光偵測器22時產生過大的雜訊。

步驟B：利用該微分單元4接收該偵測信號，並將該偵測信號進行微分來產生一微分信號，該微分信號用以指示該待測物體7的表面是上升或下降，且步驟B更包括以下子步驟：

子步驟B1：利用該轉換器41接收該偵測信號並進行電流至電壓轉換來產生一偵測電壓。

子步驟B2：利用該放大器42接收該偵測電壓並進行放大而成一放大電壓，以不易受雜訊的影響，因該平台31的移動，使量測到的該放大電壓隨著時間變化，如圖4所示。

子步驟B3：利用該微分器43接收該放大電壓並進行微分來產生該微分信號，用以指示該待測物體7的表面是上升或下降，當該待測物體7的表面為上升時，該放大電壓的正斜率值大於負斜率值，因此該微分信號的峰值為大於零，當該待測物體7的表面為下降時，該放大電壓的正斜率值小於負斜率值，因此該微分信號的峰值為小於零，在本例中，該等微分信號如圖5所示。

步驟C：利用該比較單元5接收該微分信號，並根據該微分信號產生一大於零或小於零的準位信號，且步驟C更包括以下子步驟：

子步驟C1：利用該比較器51接收該微分信號，並將該微分信號的峰值與該比較器51內存的一大於零的第一比較值，及一小於零的第二比較值比較，當該微分信號的峰值大於該第一比較值，判斷該待測物體7的表面上升，則該比較器51輸出一大於零的單位值，當該微分信號的峰值小於該第二比較值，判斷該待測物體7的表面下降，該比較器51輸出一小於零的單位值。

子步驟C2：利用該乘法器52接收該單位值並乘上該雷射二極體21發射該雷射光束的二分之一波長，以得到該準位信號，而得到實際上升或下降的高度。

步驟D：利用該計算器61接收該準位信號，並將每一準位信號進行累加計算，以得到一相關於該待測物體7的表面形貌的資訊，如圖6所示。

步驟E；利用該計算器61根據該待測物體7的表面形貌進行曲率計算以得到該待測物體7的曲率，曲率公式如下：Rc=(△Z²+(d/2)²)/2△Z，其中，Rc定義為該待測物體7的曲率半徑，為曲率的倒數，△Z定義為該待測物體7的彎曲高度差，d定義為該待測物體7的直徑。

步驟F：利用該顯示器62接收並顯示從該計算器61得到的資訊，例如以圖形顯示該待測物體7的表面形貌及曲率。

另要補充說明的是，若要量測該待測物體7的振動頻率時，在步驟A02中，不驅動該平台31移動，使該平台31固定，則在步驟D得到的是該待測物體7隨時間變化而振動改變的表面形貌，再利用該計算器61根據該待測物體7的表面形貌變化週期，計算該待測物體7的振動頻率。

此外，該微分單元4、該比較單元5、該計算器61，及該顯示器62亦可以軟體方式來實現的電腦程式，輸入至一具備電腦處理能力的硬體裝置(如一處理器)，即可執行該微分單元4、該比較單元5、該計算器61，及該顯示器62需執行的動作。

值得一提的是，該光學量測裝置可與一製造晶 片的製程設備結合，則可輕易得知晶片在製作過程中的表面形貌，及在熱熔過程的彎曲程度。

綜上所述，上述該較佳實施例利用該微分單元4、該比較單元5及該計算器61施行光學量測方法可從該待測物體7的自混干涉信號得知表面形貌、曲率，及振動頻率等資訊而更加方便，可有效的解決先前技術所遭遇的問題，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧光學模組

21‧‧‧雷射二極體

22‧‧‧光偵測器

23‧‧‧透鏡

24‧‧‧光學衰減片

31‧‧‧平台

32‧‧‧馬達

33‧‧‧驅動電路

34‧‧‧調整器

4‧‧‧微分單元

41‧‧‧轉換器

42‧‧‧放大器

43‧‧‧微分器

5‧‧‧比較單元

51‧‧‧比較器

52‧‧‧乘法器

61‧‧‧計算器

62‧‧‧顯示器

7‧‧‧待測物體

Claims (11)

1. 一種光學量測裝置，包含：一光學模組，發射一雷射光束至一待測物體的表面產生一相關於該表面的反射光，且該反射光與該雷射光束產生一自混干涉信號，並該光學模組偵測該自混干涉信號以得到一偵測信號；一微分單元，電連接該光學模組以接收該偵測信號，並將該偵測信號進行微分來產生一微分信號，該微分信號用以指示該待測物體的表面是上升或下降；一比較單元，電連接該微分單元以接收該微分信號，並根據該微分信號產生一大於零或小於零的準位信號；及一計算器，電連接該比較單元以接收該準位信號，並將每一準位信號進行累加計算，以得到一相關於該待測物體的表面形貌的資訊。
2. 如請求項1所述的光學量測裝置，還包含：一平台，承載該待測物體；及一馬達，驅動該平台移動，使該待測物體在該平台上可讓該光學模組產生該待測物體整體表面的自混干涉信號。
3. 如請求項1所述的光學量測裝置，其中，該偵測信號是電流形式，該微分單元包括：一轉換器，接收該偵測信號並進行電流至電壓轉換來產生一偵測電壓； 一放大器，接收該偵測電壓並進行放大而成一放大電壓，以不易受雜訊的影響；及一微分器，接收該放大電壓並進行微分來產生該微分信號，當該待測物體的表面為上升時，該微分信號的峰值為大於零，當該待測物體的表面為下降時，該微分信號的峰值為小於零。
4. 如請求項3所述的光學量測裝置，其中，該比較單元包括：一比較器，內存一大於零的第一比較值，及一小於零的第二比較值，當該微分信號的峰值大於該第一比較值，該比較器輸出一大於零的單位值；該微分信號的峰值小於該第二比較值，該比較器輸出一小於零的單位值；及一乘法器，接收該單位值並乘上該光學模組發射雷射光束的二分之一波長以得到該準位信號。
5. 如請求項1所述的光學量測裝置，其中，該計算器進行累加計算出該待測物體的表面形貌後，可經由該待測物體的表面形貌再進行曲率計算以得到該待測物體的曲率。
6. 如請求項1所述的光學量測裝置，還包含：一驅動電路，電連接該光學模組且提供一驅動信號，以驅動該光學模組發射雷射光束；及一調整器，電連接該驅動電路，根據該自混干涉信號來調整該驅動電路的驅動信號，以調整該光學模組發 射雷射光束的功率強度。
7. 一種光學量測方法，包含：(A)利用一光學模組發射一雷射光束至一待測物體的表面產生一相關於該表面的反射光，且該反射光與該雷射光束產生一自混干涉信號，並該光學模組偵測該自混干涉信號以得到一偵測信號；(B)利用一微分單元接收該偵測信號，並將該偵測信號進行微分來產生一微分信號，該微分信號用以指示該待測物體的表面是上升或下降；(C)利用一比較單元接收該微分信號，並根據該微分信號產生一大於零或小於零的準位信號；(D)利用一計算器接收該準位信號，並將每一準位信號進行累加計算，以得到一相關於該待測物體的表面形貌的資訊。
8. 如請求項7所述的光學量測方法，該步驟(A)之前還包含：(A01)利用一平台來承載該待測物體；(A02)利用一馬達驅動該平台移動，則該待測物體在該平台上可讓該光學模組產生該待測物體整體表面的自混干涉信號；(A03)利用一驅動電路提供一驅動信號，來驅動該光學模組發射該雷射光束；及(A04)利用一調整器根據該自混干涉信號來調整該驅動電路的驅動信號，以調整該光學模組發射該雷射光 束的功率強度。
9. 如請求項7所述的光學量測方法，其中，該步驟(B)包括：(B1)利用一轉換器接收該偵測信號並進行電流至電壓轉換來產生一偵測電壓；(B2)利用一放大器接收該偵測電壓並進行放大而成一放大電壓，以不易受雜訊的影響；及(B3)利用一微分器接收該放大電壓並進行微分來產生該微分信號，當該待測物體的表面為上升時，該微分信號的峰值為大於零，當該待測物體的表面為下降時，該微分信號的峰值為小於零。
10. 如請求項7所述的光學量測方法，其中，該步驟(C)包括；(C1)利用一比較器接收該微分信號，並將該微分信號的峰值與該比較器內存的一大於零的第一比較值，及一小於零的第二比較值比較，當該微分信號的峰值大於該第一比較值，該比較器輸出一大於零的單位值；當該微分信號的峰值小於該第二比較值，該比較器輸出一小於零的單位值；及(C2)利用一乘法器接收該單位值並乘上該光學模組發射雷射光束的二分之一波長，以得到該準位信號。
11. 如請求項7所述的光學量測方法，還包含：(E)利用該計算器根據該待測物體的表面形貌進行曲率計算以得到該待測物體的曲率。