TWI399529B - 線掃瞄式量測系統 - Google Patents

Description

線掃瞄式量測系統

本案揭露係關於一種量測系統，尤指一種線掃瞄式量測系統。

雙折射晶體，如波片、雙折射稜鏡、液晶等，是近代光學科技中常見的光學元件。一般而言，雙折射晶體之光學參數包含有主軸角度、相位遲延/相位差、折射率、極化特性及厚度等特性參數。這些參數在光學產業及生物醫學產業上均扮演相當重要的角色。因此，精確地量測出所使用光學樣品之光學參數對於實際應用以及生產良率上是相當重要的。

在過去，參數量測系統常建構在單點量測的基礎上。若要量測大面積資訊時，則須經過相當長的時間反覆量測。此外，美國專利第5,521,705號揭示一種判斷極化特性的方法。該方法使用一對可調變之相差板(retarder)，該對可調變之相差板之光學慢軸與光路徑成45度夾角。一極化光檢偏器亦放置於該對可調變之相差板與一偵測器之間。該方法根據該偵測器於不同相位差程度時量測到之光強度，而據以判斷一量測光之極化特性。

美國專利第7,202,950號揭示一種判斷相位延遲(retardance)的方法。該方法利用一圓極化光投照一待測樣品，並利用一橢圓偏極化檢偏器在不同設定參數下檢測來自於該待測樣品之量測光。另一方面，該方法亦使用不同 設定參數之橢圓偏極板，並利用圓極化檢偏器檢偏來自於該待測樣品之量測光。然而，上述方法在量測大面積樣品時皆須花費相當長的時間反覆設定偏光元件之極化參數。因此，如何建構一量測系統，其可快速且大面積的量測待測樣品之特性參數已成為相關產業一個重要的議題。

本案揭露之一實施例揭示一種線掃瞄式量測系統。該線掃瞄式量測系統包含一種線掃瞄式量測系統、一投照裝置、一支撐機構、一遠心光學元件及一處理器。該投照裝置用以提供一擴大極化光束。該支撐機構用以架設一樣品，其中該擴大極化光束投射該樣品。該遠心光學元件用以導引與該樣品相互作用後之一檢測光束朝向一線掃瞄偵測器。該處理器用以控制該支撐機構移動該樣品或用以控制該投照裝置、該遠心光學元件及該線掃瞄偵測器之移動方向，並根據該線掃瞄偵測器量測之訊號求得該樣品中之一特性資訊。

本案揭露之另一實施例揭示一種線掃瞄式量測系統。該線掃瞄式量測系統包含複數個投照裝置、一支撐機構、複數個遠心光學元件及一處理器。該複數個投照裝置用以提供複數束擴大極化光。該支撐機構用以架設一樣品，其中該複數束擴大極化光投射該樣品。該複數個遠心光學元件用以導引與該樣品相互作用後之複數束檢測光朝向複數個線掃瞄偵測器。該處理器用以控制該支撐機構移動該樣品或用以控制該複數個投照裝置、該複數個遠心光學元件及 該複數個線掃瞄偵測器之移動方向，並根據複數個線掃瞄偵測器量測之訊號求得該樣品中之一特性資訊。

圖1係根據本案揭露一實施範例之線掃瞄式量測系統架構圖。線掃瞄式量測系統100包含一光源102、一偏光元件104、一光學投射元件106、一樣品108、一支撐機構110、一遠心光學元件112、一線掃瞄偵測器114及一處理器116。該光源102提供一入射光束，其中該入射光束可設定為可見光束、紫外光束或紅外光束。該偏光元件104用以將該入射光束轉換成一極化光束，其中該偏光元件104可為一圓偏極板、一橢圓偏極板或一線偏極板，而該極化光束為右旋圓極化光束、左旋圓極化光束、右旋橢圓偏極化光束、左旋橢圓偏極化光束或線偏極化光束。該光學投射元件106用以擴大該極化光束之截面積以產生一擴大極化光束。該光學投射元件106可為一透鏡組或一反射成像鏡組。該遠心光學元件112可為一透鏡組或一反射成像鏡組。該支撐機構110用以架設該樣品108，其中該擴大極化光束投射該樣品108。該遠心光學元件112用以導引與該樣品108相互作用後之一檢測光束朝向該線掃瞄偵測器114。該處理器用以根據該線掃瞄偵測器114量測之訊號求得該樣品108中之一特性資訊。該特性資訊例如為相位延遲(retardance)特性。

根據本案揭露另一實施範例之線掃瞄式量測系統，該偏光元件104將一入射光束轉換成一左旋圓極化光束。該光學投射元件106用以擴大該左旋圓極化光束之截面積以產生 一擴大左旋圓極化光束，並將該擴大左旋圓極化光束投射該樣品108。於本實施範例中，該遠心光學元件112為一物方遠心光學元件。該線掃瞄偵測器114包含複數個檢偏元件，其中該複數個檢偏元件之穿透軸(transmission axis)方向皆不同、皆相同或部分相同。

根據本案揭露再一實施範例之線掃瞄式量測系統，該偏光元件104將一入射光束轉換成一右旋圓極化光束。該光學投射元件106用以擴大該右旋圓極化光束之截面積以產生一擴大右旋圓極化光束，並將該擴大右旋圓極化光束投射在該樣品108上。於本實施範例中，該遠心光學元件112為一物像方遠心光學元件。該線掃瞄偵測器114包含複數個不同穿透軸方向之檢偏元件及複數個不同相位延遲之相差板，其中該複數個檢偏元件之穿透軸方向皆不同、皆相同或部分相同。

圖2係根據本案揭露之再一實施範例之線掃瞄式量測系統架構圖。線掃瞄式量測系統200包含一投照裝置210、一支撐機構220、一樣品230、一收光裝置240及一處理器250。該投照裝置210用以提供一擴大極化光束以投射該樣品230，其包含一光源、一偏光元件及一光學投射元件。該光源提供一入射光束，其中該入射光束為可見光束、紫外光束或紅外光束等。該偏光元件用以將該入射光束轉換成一極化光束，其中該偏光元件為一圓偏極板、一橢圓偏極板或一線偏極板。該極化光束為右旋圓極化光束、左旋圓極化光束、右旋橢圓偏極化光束、左旋橢圓偏極化光束或線 偏極化光束。該光學投射元件用以擴大該極化光束之截面積以產生該擴大極化光束。該光學投射元件可為一透鏡組或一反射成像鏡組。該支撐機構220用以架設該樣品230。該收光裝置240用以接收與該樣品230相互作用後之一檢測光束，其包含一遠心光學元件及一線掃瞄偵測器，其中該遠心光學元件可為一透鏡組或一反射成像鏡組。該處理器250用以控制該支撐機構220移動該樣品230或用以控制該投照裝置210及該收光裝置240之移動方向，並根據該收光裝置240量測之訊號求得該樣品230中之相位延遲及主軸方向。

根據本案揭露再一實施範例，該投照裝置210提供一擴大左旋圓極化光束，並將該擴大左旋圓極化光束投射該樣品230。於本實施範例中，該收光裝置240使用一物方遠心光學元件。該收光裝置240中之該線掃瞄偵測器包含複數個檢偏元件，其中該複數個檢偏元件之穿透軸方向例如分別為135°、0°、45°及90°。圖3A係根據本實施例之一四線掃瞄偵測器之感測單元排列示意圖。圖3B顯示一四線掃瞄偵測器之檢偏元件排列示意圖，其具有4種不同穿透軸方向(每一線之檢偏元件之穿透軸方向相同)。該處理器250用以控制該支撐機構220移動該樣品230，並根據該量測結果進而求得該樣品230中之相位延遲及主軸方向。

根據本案揭露再一實施範例，該投照裝置210提供一擴大右旋圓極化光束，並將該擴大右旋圓極化光束投射該樣品230。於本實施範例中，該收光裝置240使用一物像方遠心 光學元件。該收光裝置240中之該線掃瞄偵測器包含複數個不同穿透軸方向之檢偏元件及複數個不同相位延遲之相差板。該複數個檢偏元件之穿透軸方向可皆不同、皆相同或部分相同。

根據本案揭露再一實施範例之線掃瞄式量測系統，該系統包含複數個光源、複數個偏光元件、複數個光學投射元件、一支撐機構、複數個遠心光學元件及一處理器。該複數個光源用以提供複數束入射光，其中該複數束入射光可為可見光束、紫外光束或紅外光束等。該複數個偏光元件用以將該複數束入射光轉換成複數束極化光。該複數個偏光元件，例如為一圓偏極板、橢圓偏極板或線偏極板。該複數個偏光元件亦可同時包含至少一圓偏極板及至少一橢圓偏極板、同時包含至少一圓偏極板及至少一線偏極板、同時包含至少一橢圓偏極板及至少一線偏極板或同時包含至少一圓偏極板、至少一線偏極板及至少一線偏極板。該複數束極化光為右旋圓極化光束、左旋圓極化光束、右旋橢圓偏極化光束、左旋橢圓偏極化光束或線偏極化光束等。該複數束極化光亦可包含至少一右旋圓極化光束、至少一左旋圓極化光束、至少一右旋橢圓偏極化光束、至少一左旋橢圓偏極化光束或至少一線偏極化光束等。該複數個光學投射元件用以擴大該複數束極化光之截面積以產生複數束擴大極化光。該光學投射元件可為一透鏡組或一反射成像鏡組。該複數個遠心光學元件可為透鏡組或反射成像鏡組。該支撐機構用以架設一樣品，其中該複數束擴大 極化光投射該樣品。該複數個遠心光學元件用以導引與該樣品相互作用後之複數束檢測光，用以朝向複數個線掃瞄偵測器。該處理器用以根據該複數個線掃瞄偵測器量測之訊號以求得該樣品中之一特性資訊。該特性資訊，例如為相位延遲特性。

圖4係根據本案揭露之再一實施範例之線掃瞄式量測系統架構圖。線掃瞄式量測系統400包含投照裝置410及412、一支撐機構420、一樣品430、收光裝置440及442及一處理器450。該投照裝置410及412用以提供擴大極化光束以投射在該樣品430上，其分別包含一光源、一偏光元件及一光學投射元件。該光源提供一入射光束，其中該入射光束可為可見光束、紫外光束或紅外光束。該偏光元件用以將該入射光束轉換成一極化光束。根據本案揭露之一實施例，該投照裝置410及412中使用之偏光元件皆為圓偏極板，其用以分別產生右旋圓極化光束及左旋圓極化光束。接著，透過該投照裝置410及412中之光學投射元件分別擴大該右旋圓極化光束及擴大該左旋圓極化光束之截面積，用以產生擴大右旋圓極化光束及擴大左旋圓極化光束。該支撐機構420用以架設該樣品430。該收光裝置440及442用以接收與該樣品430相互作用後之檢測光束，根據本案揭露之一實施例，其分別包含一物方遠心光學元件及具有複數個檢偏元件之線掃瞄偵測器。該複數個檢偏元件之穿透軸方向可皆不同、皆相同或部分相同。該處理器450用以控制該支撐機構420移動該樣品430或用以控制該投照裝置410及412及該 收光裝置440及442之移動方向，並根據該收光裝置440及442量測之訊號而求得該樣品430中之相位延遲及主軸方向。

根據本案揭露之再一實施範例之線掃瞄式量測系統，該投照裝置410及412中使用之偏光元件為橢圓偏極板，其用以分別產生右旋橢圓偏極化光束及左旋橢圓偏極化光束。接著，透過該投照裝置410及412中之光學投射元件分別擴大該右旋橢圓偏極化光束及擴大該左旋橢圓偏極化光束之截面積，用以產生擴大右旋橢圓偏極化光束及擴大左旋橢圓偏極化光束。該收光裝置440及442皆使用物像方遠心光學元件，且其所使用之線掃瞄偵測器包含複數個檢偏元件及複數個不同相位延遲之相差板，其中該複數個檢偏元件之穿透軸方向可皆不同、皆相同或部分相同。

綜上所述，本案揭露使用遠心光學元件搭配線掃瞄偵測器，其可相容於以往之相關演算法且可快速地及大面積地量測待測樣品之特性參數。

本案揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本案揭露之教示及揭示而作種種不背離本案揭露精神之替換及修飾。因此，本案揭露之保護範圍應不限於實施範例所揭示者，而應包括各種不背離本案揭露之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

102‧‧‧光源

104‧‧‧偏光元件

106‧‧‧光學投射元件

108、230、430‧‧‧樣品

110、220、420‧‧‧支撐機構

112‧‧‧遠心光學元件

114‧‧‧線掃瞄偵測器

116、250、450‧‧‧處理器

210、410、412‧‧‧投照裝置

240、440、442‧‧‧收光裝置

圖1係根據本案揭露一實施範例之線掃瞄式量測系統架 構圖；圖2係根據本案揭露之再一實施範例之線掃瞄式量測系統架構圖；圖3A係根據本實施例之一四線掃瞄偵測器之感測單元排列示意圖；圖3B顯示一四線掃瞄偵測器之檢偏元件排列示意圖；圖4係根據本案揭露之再一實施範例之線掃瞄式量測系統架構圖。

102‧‧‧光源

104‧‧‧偏光元件

106‧‧‧光學投射元件

108‧‧‧樣品

110‧‧‧支撐機構

112‧‧‧遠心光學元件

114‧‧‧線掃瞄偵測器

116‧‧‧處理器

Claims (24)

1. 一種線掃瞄式量測系統，包含：一投照裝置，用以提供一擴大極化光束；一支撐機構，用以架設一樣品，其中該擴大極化光束投射該樣品；一遠心光學元件，用以導引與該樣品相互作用後之一檢測光束朝向一線掃瞄偵測器；以及一處理器，用以控制該支撐機構移動該樣品或用以控制該投照裝置、該遠心光學元件及該線掃瞄偵測器之移動方向，並根據該線掃瞄偵測器量測之訊號求得該樣品中之一特性資訊，其中該特性資訊包含至少一相位延遲特性或至少一主軸方向。
2. 根據請求項1之線掃瞄式量測系統，其中該投照裝置包含：一偏光元件，用以將一入射光束轉換成一極化光束，其中該入射光束可為可見光束、紫外光束或紅外光束；以及一光學投射元件，用以擴大該極化光束之截面積以產生該擴大極化光束。
3. 根據請求項2之線掃瞄式量測系統，其中該投照裝置另包含一光源，用以提供該入射光束。
4. 根據請求項2之線掃瞄式量測系統，其中該偏光元件為一圓偏極板、一橢圓偏極板或一線偏極板。
5. 根據請求項2之線掃瞄式量測系統，其中該極化光束為右 旋圓極化光束、左旋圓極化光束、右旋橢圓偏極化光束、左旋橢圓偏極化光束或線偏極化光束。
6. 根據請求項1之線掃瞄式量測系統，其中該遠心光學元件為一物方遠心光學元件，該線掃瞄偵測器包含複數個檢偏元件。
7. 根據請求項6之線掃瞄式量測系統，其中該複數個檢偏元件之穿透軸方向皆不同、皆相同或部分相同。
8. 根據請求項1之線掃瞄式量測系統，其中該遠心光學元件為一物像方遠心光學元件，該線掃瞄偵測器包含複數個不同穿透軸方向之檢偏元件及複數個不同相位延遲之相差板。
9. 根據請求項8之線掃瞄式量測系統，其中該複數個檢偏元件之穿透軸方向皆不同、皆相同或部分相同。
10. 根據請求項2之線掃瞄式量測系統，其中該光學投射元件可為一透鏡組或一反射成像鏡組。
11. 根據請求項1之線掃瞄式量測系統，其中該遠心光學元件可為一透鏡組或一反射成像鏡組。
12. 一種線掃瞄式量測系統，包含：複數個投照裝置，用以提供複數束擴大極化光；一支撐機構，用以架設一樣品，其中該複數束擴大極化光投射該樣品；複數個遠心光學元件，用以導引與該樣品相互作用後之複數束檢測光以朝向複數個線掃瞄偵測器；以及一處理器，用以控制該支撐機構移動該樣品或用以控 制該複數個投照裝置、該複數個遠心光學元件及該複數個線掃瞄偵測器之移動方向，並根據複數個線掃瞄偵測器量測之訊號求得該樣品中之一特性資訊，其中該特性資訊包含至少一相位延遲特性或至少一主軸方向。
13. 根據請求項12之線掃瞄式量測系統，其中該複數個投照裝置包含：複數個偏光元件，用以將複數束入射光轉換成複數束極化光，其中該複數束入射光可為可見光束、紫外光束或紅外光束；以及複數個光學投射元件，用以擴大該複數束極化光之截面積以產生該複數束擴大極化光。
14. 根據請求項13之線掃瞄式量測系統，其中該投照裝置另包含複數個光源，用以提供該複數束入射光。
15. 根據請求項13之線掃瞄式量測系統，其中該複數個偏光元件為圓偏極板、橢圓偏極板或線偏極板。
16. 根據請求項13之線掃瞄式量測系統，其中該複數個偏光元件包含至少一圓偏極板、至少一橢圓偏極板或至少一線偏極板。
17. 根據請求項13之線掃瞄式量測系統，其中該複數束極化光為右旋圓極化光束、左旋圓極化光束、右旋橢圓偏極化光束、左旋橢圓偏極化光束或線偏極化光束。
18. 根據請求項13之線掃瞄式量測系統，其中該複數束極化光包含至少一右旋圓極化光束、至少一左旋圓極化光束、至少一右旋橢圓偏極化光束、至少一左旋橢圓偏極 化光束或至少一線偏極化光束。
19. 根據請求項12之線掃瞄式量測系統，其中該複數個遠心光學元件為物方遠心光學元件，該複數個線掃瞄偵測器包含複數個檢偏元件。
20. 根據請求項19之線掃瞄式量測系統，其中該複數個檢偏元件之穿透軸方向皆不同、皆相同或部分相同。
21. 根據請求項12之線掃瞄式量測系統，其中該複數個遠心光學元件為一物像方遠心光學元件，該複數個線掃瞄偵測器包含複數個檢偏元件及複數個不同相位延遲之相差板。
22. 根據請求項21之線掃瞄式量測系統，其中該複數個檢偏元件之穿透軸方向皆不同、皆相同或部分相同。
23. 根據請求項13之線掃瞄式量測系統，其中該光學投射元件可為一透鏡組或一反射成像鏡組。
24. 根據請求項12之線掃瞄式量測系統，其中該複數個遠心光學元件可為透鏡組或反射成像鏡組。