TWI565928B - 差分式三角量測系統及其方法 - Google Patents

Description

差分式三角量測系統及其方法

本揭露係有關一種量測系統及其方法，尤指一種利用差分運算以提高量測精度之差分式三角量測系統及其方法。

一般常見的量測待測物尺寸方式為接觸式量測，其主要利用探針接觸待測物表面的方式取得待測物的尺寸與形貌。此接觸式量測方式的精準度較高，可取得精確的尺寸。然而，接觸式量測受限於機台結構的設計，在量測不同外形的待測物時，必須更換適合的量測探頭，才能正確量測出待測物的尺寸。在更換量測探頭的時間及量測的過程，將消耗大量的時間，使得量測多種不同的待測物時，可能需要非常久的時間才能完成。再者，使用接觸式量測時，係以探針實際觸碰待測物表面的方式來取得待測物的尺寸。然而，在接觸的過程中，待測物的表面可能會因為探針的接觸，而遭受到破壞。

另一種為非接觸式量測法係利用光源投射至待測物，再利用感光元件接收待測物反射的光進行量測，以取 得待測物的尺寸與形貌。然而，現有之非接觸式量測法之精度不高，可能無法達到目前業界需求。

因此，如何克服上述議題，實為本領域技術人員亟待解決的課題之一。

本揭露提供一種差分式三角量測系統，係包括：一探頭單元，包括：一第一光源及一第二光源，係用以分別射出一第一光束及一第二光束，其中，該第一光束與該第二光束具有不同波長；一第一狹縫，用以使該第一光束通過後形成一第一狹縫光束；一第二狹縫，用以使該第二光束通過後形成一第二狹縫光束；及一第一分光鏡，用以接收該第一狹縫光束及該第二狹縫光束，以將該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至一待測物之同一位置上；一感光單元，用以接收該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至該待測物之同一位置上後之一反射光，以取得對應該第一狹縫光束之一第一狹縫圖樣以及對應該第二狹縫光束之一第二狹縫圖樣；以及一計算單元，係與該感光單元相連接，以取得該第一狹縫圖樣及該第二狹縫圖樣，該計算單元包含：一轉換模組，用以轉換該第一狹縫圖樣為一第一光強訊號，以及轉換該第二狹縫圖樣為一第二光強訊號；及一差分運算模組，用以對該第一光強訊號及該第二光強訊號進行差分運算，以取得一差分光強訊號。

本揭露另提供一種差分式三角量測方法，係包括以下步驟：利用一第一光源及一第二光源分別射出一第一光束 及一第二光束，該第一光束及該第二光束分別通過一第一狹縫及一第二狹縫，以分別形成一第一狹縫光束及一第二狹縫光束；提供一第一分光鏡，以將該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至一待測物之同一位置上；利用一感光單元接收該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至該待測物之同一位置上後之一反射光，以取得對應該第一狹縫光束之一第一狹縫圖樣以及對應該第二狹縫光束之一第二狹縫圖樣；將該第一狹縫圖樣轉換為一第一光強訊號，以及將該第二狹縫圖樣轉換為一第二光強訊號；以及對該第一光強訊號及該第二光強訊號進行差分運算，以取得一差分光強訊號。

1‧‧‧量測系統

100‧‧‧探頭單元

110‧‧‧第一光源

111‧‧‧第一光束

112‧‧‧第一狹縫

113‧‧‧第一狹縫光束

114‧‧‧第一鏡組

120‧‧‧第二光源

121‧‧‧第二光束

122‧‧‧第二狹縫

123‧‧‧第二狹縫光束

124‧‧‧第二鏡組

130‧‧‧第一分光鏡

131‧‧‧第三鏡組

200‧‧‧感光單元

201‧‧‧第四鏡組

202‧‧‧第二分光鏡

210‧‧‧黑白感光元件

212‧‧‧第一濾光元件

220‧‧‧黑白感光元件

222‧‧‧第二濾光元件

211‧‧‧第一狹縫圖樣

221‧‧‧第二狹縫圖樣

300‧‧‧計算單元

301‧‧‧轉換模組

302‧‧‧差分運算模組

303‧‧‧中心線計算模組

304‧‧‧校正模組

310‧‧‧第一光強分佈圖

311‧‧‧第一光強訊號

311’‧‧‧正規化後的第一光強訊號

320‧‧‧第二光強分佈圖

321‧‧‧第二光強訊號

321’‧‧‧正規化後的第二光強訊號

330‧‧‧差分光強分佈圖

331‧‧‧差分光強訊號

332‧‧‧中心線

333‧‧‧區域

400‧‧‧待測物

500‧‧‧夾角

θ₁‧‧‧入射角

θ₂‧‧‧反射角

△R‧‧‧高度

△D‧‧‧景深

S101-S107‧‧‧步驟

S201-S203‧‧‧步驟

第1圖係為本揭露之第一實施例之差分式三角量測系統之示意圖；第2圖係為本揭露之差分式三角量測系統之探頭單元之出光路徑與感光單元之接收光路徑之示意圖；第3圖係為本揭露之第二實施例之差分式三角量測系統之示意圖；第4圖係為本揭露之第三實施例之差分式三角量測系統之示意圖；第5A圖係為本揭露之第一狹縫圖樣之示意圖；第5B圖係為本揭露之第一光強分佈圖之示意圖；第5C圖係為本揭露之正規化後的第一光強分佈圖之示意圖； 第6A圖係為本揭露之第二狹縫圖樣之示意圖；第6B圖係為本揭露之第二光強分佈圖之示意圖；第6C圖係為本揭露之正規化後的第二光強分佈圖之示意圖；第7圖係為本揭露之正規化後的第一、二光強訊號差分運算後所得之差分光強分佈圖之示意圖；第8圖係為本揭露之差分光強分佈圖之另一實施例之示意圖；第9圖係為本揭露之差分式三角量測方法之步驟流程圖；以及第10圖係為本揭露之差分式三角量測方法之校正步驟流程圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本揭露之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本揭露之其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本揭露可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本揭露所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本揭露所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如“第一”及“第二”等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非 用以限定本揭露可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本揭露可實施之範疇。

請參閱第1圖，係說明本揭露之差分式三角量測系統之示意圖。如圖所示，本揭露提供一種量測系統1，係包括：探頭單元100、感光單元200以及計算單元300。

探頭單元100係包括：第一光源110、第二光源120、第一狹縫112、第二狹縫122及第一分光鏡130。第一光源110係用以射出第一光束111，第二光源120係用以射出第二光束121，其中，第一光源110所發射出之第一光束111與第二光源120所發射出之第二光束121係為不同之波長。於一實施例中，第一光源110可為紅光二極體，第二光源120可為綠光二極體，但本揭露並不限制光源種類。

第一狹縫112設置於第一光束111所行進之路徑上，且第一狹縫112具有第一狹縫寬度，以使第一光束111通過第一狹縫112後形成第一狹縫光束113。第二狹縫122設置於第二光束121所行進之路徑上，且第二狹縫122具有第二狹縫寬度，以使第二光束121通過第二狹縫122後形成第二狹縫光束123。於一實施例中，第一狹縫光束113與第二狹縫光束123可為線性狹縫，但本揭露並不以此為限。於另一實施例中，第一狹縫寬度與第二狹縫寬度為具有不同之狹縫寬度，亦可為具有相同之狹縫寬度，但本揭露並不以此為限。

第一分光鏡130用以接收該第一狹縫光束113及該第 二狹縫光束123，並將第一狹縫光束113及第二狹縫光束123重疊成一道光束射出，其中，第一分光鏡130係由玻璃材質製成，且重疊後的光束同時具有第一狹縫光束113及第二狹縫光束123的性質。而第一分光鏡130將第一狹縫光束113及第二狹縫光束123重疊成一道光束後，係將該道光束以一入射角投射至一待測物400之同一位置上。

感光單元200用以接收該第一狹縫光束113及該第二狹縫光束123投射至一待測物400之同一位置上後的反射光。於一實施例中，該感光單元200可為彩色感光耦合元件CCD或彩色互補性氧化金屬半導體CMOS，但本揭露並不以此為限。感光單元200係包括有複數個彩色濾光片及複數個感光像素(即矽光電二極體)，該彩色濾光片可篩出單一原色(如R、G、B)的光束。由於該些感光像素前皆分別設置有該些彩色濾光片，使得該感光像素可針對不同顏色之光源進行感光，例如具有紅色濾光片之感光像素可針對紅光進行感光，具有綠色濾光片之感光像素可針對綠色進行感光。藉此，例如為紅光的第一狹縫光束113及為綠光的第二狹縫光束123，該感光單元200可依據具有紅色濾光片之感光像素分離取得對應該第一狹縫光束113之第一狹縫圖樣211(如第5A圖所示)，以及依據具有綠色濾光片之感光像素分離取得對應該第二狹縫光束123之第二狹縫圖樣221(如第6A圖所示)。

於一實施例中，該探頭單元100之出光路徑與該感光單元200之接收光路徑之間具有夾角500，該夾角500的 範圍係介於30度至180度之間，常用為45度或90度，但不以此為限。進一步參閱第2圖，該探頭單元100之出光路徑具有入射角θ₁，該感光單元200之接收光路徑具有反射角θ₂，其中，該入射角θ₁加上該反射角θ₂係為該夾角500，且其中，該夾角500越大，則可量測之高度△R範圍越大，反之，該夾角500越小，則可量測之高度△R範圍越小。於一實施例中，該入射角θ₁與該反射角θ₂係為相同角度，但本揭露並不以此為限。於另一實施例中，該景深△D與該可量測之高度△R之間的關係式為：△R=△D/cos(θ₁)。

計算單元300係與感光單元200相連接，以取得感光單元200所拍攝之第一狹縫圖樣211與第二狹縫圖樣221，其中，該計算單元300可為電腦，或是具有運算功能之計算機裝置，該計算單元300包含：轉換模組301、差分運算模組302、中心線計算模組303以及校正模組304。

轉換模組301係將第一狹縫圖樣211(如第5A圖中箭頭方向之橫切面)轉換為第一光強訊號311，而該第一光強訊號311係以第一光強分佈圖310(如第5B圖所示)之方式呈現，以及將第二狹縫圖樣221(如第6A圖中箭頭方向之橫切面)轉換為第二光強訊號321，該第二光強訊號321係以第二光強分佈圖320(如第6B圖所示)之方式呈現，其中，第一光強分佈圖310與第二光強分佈圖320係為直角座標圖，其橫軸為像素，縱軸為灰階值。

於一實施例中，該轉換模組301將該第一、二狹縫圖 樣211、221分別轉換為該第一、二光強訊號311、321之前，可對第一、二狹縫圖樣211、221進行二值化後再轉換。所謂的二值化為圖像分割之一種方法，即將圖像中大於某個臨界灰度值的像素灰度設為灰度最大值，把小於某個臨界灰度值的像素灰度設為灰度最小值，以實現二值化。本揭露並不限定二值化的演算方法，如雙峰法、P參數法、疊代法等皆可適用。

於一實施例中，第一、二狹縫圖樣211、221係於二值化後，將會出現黑色部份及白色部份之影像圖檔，而白色部份即代表待測物。後續即是選取此一白色部份將其分別轉換為該第一、二光強訊號311、321。

差分運算模組302係對第一光強訊號311及第二光強訊號321進行差分運算，差分運算是將第一光強訊號311與第二光強訊號321先各自進行光強度正規化(Normalize)處理，以得到正規化後的第一光強訊號311’(如第5C圖所示)與正規化後的第二光強訊號321’(如第6C圖所示)，再將此兩組數值進行相減，其中，正規化後的第一光強訊號311’可乘上一個強化常數K，其關係式如下：I _diff =(K×I'₁)-I'₂=(K * Normalize(I ₁))-Normalize(I ₂)

其中，I _diff 為差分光強訊號331，K為強化常數，I'₁為正規化後的第一光強訊號311’，I'₂為正規化後的第二光強訊號321’，I ₁為第一光強訊號311，I ₂為第二光強訊號321，且其中，K可為任何自然數，本揭露並不以此為限。據此取得差分光強訊號331，而該差分光強訊號331係以 差分光強分佈圖330(如第7圖所示，其中，K=2)之方式呈現，其中，差分光強訊號331之全半高寬值(Full width at half maximum,FWHM)小於正規化後的第一光強訊號311’或正規化後的第二光強訊號321’之全半高寬值。於一實施例中，差分光強訊號331之全半高寬值亦可同時小於正規化後的第一光強訊號311’及正規化後的第二光強訊號321’之全半高寬值，本揭露並不以此為限。

另所謂的光強度正規化處理，係指將第5B圖之第一光強分佈圖310及第6B圖之第二光強分佈圖320的縱軸的灰階值(範圍為0至255)予以轉換至同一特定範圍(如第5C、6C圖所示縱軸為0至1的範圍)，其計算公式為：，以利後續計算。如第6B圖所示，曲線最高灰階值為100，最低灰階值為0，灰階值為80之點的正規化值即為0.8，將第6B圖之曲線各點經上述公式轉換，即可繪製第6C圖之曲線。

於另一實施例中，正規化後的第一光強訊號311’亦可不乘上強化常數K，即進行上述差分光強訊號之計算。詳言之，將第一光強訊號311與第二光強訊號321先各自進行光強度正規化(Normalize)處理，以得到正規化後的第一光強訊號311’與正規化後的第二光強訊號321’，再將此兩組數值進行相減，其關係式如下：I _diff =I'₁-I'₂=Normalize(I ₁)-Normalize(I ₂)

其中，I _diff 為差分光強訊號331，I'₁為正規化後的第一 光強訊號311’，I'₂為正規化後的第二光強訊號321’，I ₁為第一光強訊號311，I ₂為第一光強訊號321，據此取得差分光強訊號331。

於另一實施例中，如第8圖所示，該差分運算模組302亦可直接以光強訊號之灰階值進行差分運算，而不先進行光強度正規化處理。詳言之，例如第一狹縫光束113為低波長，第二狹縫光束123為高波長，經感光單元200取得第一狹縫圖樣211及第二狹縫圖樣221後，計算單元300之差分運算模組302即可擷取低波長之第一狹縫圖樣211的灰階值作為第一光強訊號311、擷取高波長之第二狹縫圖樣221的灰階值作為第二光強訊號321，並以第一、二光強訊號311、321之灰階值進行差分運算，將差分運算結果強化後，再進行內插計算，以得到差分光強訊號331。

該中心線計算模組303係接收差分運算模組302的差分光強訊號331之差分運算結果，進一步取得該差分光強訊號331之中心線332。取得該中心線332之演算方法可利用重心法，亦可使用其他演算法，本揭露並不以此為限。如第8圖所示，左側的狹縫圖樣具有中心線332，經擷取區域333的狹縫圖案則可取出對應該狹縫圖案的差分光強分佈圖330(如第8圖右側所示)，為了避免光源中之狹縫兩端的影響，該中心線計算模組303會將該差分光強訊號331之頭尾兩端訊號去除，再輸出結果。

於一實施例中，該計算單元300更包括一校正模組304，用以透過一校正函式對該中心線332進行校正。透過 該校正函式可有效計算出待測物400之高度量測值，即可針對加工件或無論高或低反射率的待測物400，能有效執行三維高度差量測。校正函式的取得步驟，將詳細敘述如後。

第3圖係為本揭露之第二實施例之差分式三角量測系統之示意圖。本實施例與上述第一實施例之系統大致相同，差別在於本實施例還多了第一鏡組114、第二鏡組124、第三鏡組131及第四鏡組201。

如第3圖所示，於第一光源110與第一狹縫112之間設有第一鏡組114，該第一鏡組114用以將第一光源110所射出之第一光束111聚焦至第一狹縫112上，以及於第二光源120與第二狹縫122之間設有第二鏡組124，該第二鏡組124用以將第二光源120所射出之第二光束121聚焦至第二狹縫122上。

又如第3圖所示，第一分光鏡130與待測物400之間還設有第三鏡組131，用以聚焦所投射至該待測物400之同一位置上的該第一狹縫光束113及該第二狹縫光束123，以及待測物400與感光單元200之間還設有第四鏡組201，用以將該第一狹縫光束113及該第二狹縫光束123投射至一待測物400之同一位置上後的反射光反射至感光單元200之前先行聚焦。

前述之第一鏡組114、第二鏡組124、第三鏡組131及第四鏡組201可為球面透鏡、柱面透鏡或多層片聚焦透鏡，但不以此為限。

於本實施例中，第一光源110所射出之第一光束111在到達第一狹縫112之前，會先經過第一鏡組114而聚焦到第一狹縫112上，隨後聚焦過後之第一光束111穿過第一狹縫112以形成第一狹縫光束113並且投射至第一分光鏡130上。同樣地，第二光源120使用前述方法以形成第二狹縫光束123並且投射至第一分光鏡130上。第一分光鏡130將射入之第一狹縫光束113與第二狹縫光束123重疊成一道光束，並投射至待測物400上，其中，介於第一分光鏡130與待測物400之間具有第三鏡組131，該第三鏡組131用以將重疊後之第一狹縫光束113與第二狹縫光束123聚焦至待測物400上。隨後，感光單元200接收待測物400反射之第一狹縫光束113與第二狹縫光束123，並且分離該第一狹縫光束113以取得第一狹縫圖樣211，以及分離該第二狹縫光束123以取得第二狹縫圖樣221，其中，感光單元200與待測物400之間具有第四鏡組201，其用以聚焦待測物400反射之第一狹縫光束113與第二狹縫光束123。後續步驟中與第一實施例相同，於計算單元300中，利用轉換模組301進行轉換、差分運算模組302進行差分運算、中心線計算模組303進行中心線332計算，以及校正模組304對該中心線332進行校正，以得到待測物400之高度量測值。

第4圖係為本揭露之第三實施例之差分式三角量測系統之示意圖。本實施例與前述實施例之系統大致相同，差別在於本實施例之感光單元200為包括二黑白感光元件 210、220、第一濾光元件212、第二濾光元件222與第二分光鏡202。

如第4圖所示，探頭單元100之架構與前述實施例探頭單元100之架構相同，故不再贅述。當待測物400將同一位置上的該第一狹縫光束113及該第二狹縫光束123反射至感光單元200前，會先經過第二分光鏡202，該第二分光鏡202用以將該第一狹縫光束113及該第二狹縫光束123皆射入黑白感光元件210、220中。第二分光鏡202與黑白感光元件210之間具有第一濾光元件212，使得第二狹縫光束123被第一濾光元件212過濾去除，而僅有第一狹縫光束113能通過第一濾光元件212而射入黑白感光元件210。另第二分光鏡202與黑白感光元件220之間具有第二濾光元件222，使得第一狹縫光束113被第二濾光元件222過濾去除，而僅有第二狹縫光束123射入黑白感光元件220。最後，黑白感光元件210可將接收到的第一狹縫光束113轉換成第一狹縫圖樣211，以及黑白感光元件220可將接收到的第二狹縫光束123轉換成第二狹縫圖樣221。後續步驟中與前述實施例相同，於計算單元300中，利用轉換模組301進行轉換、差分運算模組302進行差分運算、中心線計算模組303進行中心線332計算，以及校正模組304對該中心線332進行校正，最後可得到待測物400之高度量測值。本實施例旨在說明感光單元200可使用單一之彩色感光耦合元件或彩色互補性氧化金屬半導體，或是使用二黑白感光元件搭配濾光元件，來取得二狹 縫圖樣，據此可計算得到差分光強訊號。本揭露並不限制感光單元200之種類。

為了進一步了解正規化後的第一光強訊號311’與正規化後的第二光強訊號321’經過差分運算後與差分光強訊號331之間的關係，將其結果繪製成第7圖以進行說明。

請參閱第7圖，係說明本揭露之正規化後的第一、二光強訊號差分運算後所得之差分光強分佈圖330。如第7圖所示，圖中橫軸為像素，縱軸為正規化值，例如第一狹縫之狹縫寬度小於第二狹縫之狹縫寬度時，分別通過該第一狹縫與該第二狹縫後所產生之第一狹縫光束及第二狹縫光束，將該第一狹縫光束及第二狹縫光束所得之第一光強訊號311及第二光強訊號321進行正規化，而正規化後的第一光強訊號311’及正規化後的第二光強訊號321’再進行差分運算，運算後得到之差分光強訊號331的全半高寬值(FWHM)的縮減比例相當明顯，故可利用差分光強訊號331以取代未正規化的第一光強訊號311或第二光強訊號321作為量測的依據，進而得到更細微的量測線寬，同時提高量測系統的量測精度。

於另一實施例中，係利用灰階值進行差分計算，請參閱第8圖，針對Y軸的每一像素(pixel)皆進行差分運算，以得到對應於每一像素的差分光強訊號，再計算出中心線332，之後即可取得欲分析之線段區段來進行分析，例如取得區域333的差分光強訊號331進行後續分析，或是據此量測出待測物之高度值。

請參閱第9圖，係說明本揭露差分式三角量測方法之流程。

於步驟S101中，利用第一光源110及第二光源120分別射出第一光束111及第二光束121，該第一光束111及第二光束121分別通過第一狹縫112及第二狹縫122，以分別形成第一狹縫光束113及第二狹縫光束123。

於步驟S102中，提供第一分光鏡130，以將該第一狹縫光束113及該第二狹縫光束123投射至一待測物400之同一位置上。

於步驟S103中，利用感光單元200接收該第一狹縫光束113及該第二狹縫光束123投射至該待測物400之同一位置上後的反射光，以取得對應該第一狹縫光束113之第一狹縫圖樣211以及對應該第二狹縫光束123之第二狹縫圖樣221。

於步驟S104中，將該第一狹縫圖樣211轉換為第一光強訊號311，以及將該第二狹縫圖樣221轉換為第二光強訊號321。

於步驟S105中，對該第一光強訊號311及該第二光強訊號321進行差分運算，以取得一差分光強訊號331。

於步驟S106中，依據該差分光強訊號331以取得中心線332。

於步驟S107中，對該中心線332進行校正，以取得待測物之高度值。

請參閱第10圖，係說明本揭露差分式三角量測方法之 校正流程。

於步驟S201中，提供多個已知高度值之對照物。詳而言之，多個該對照物之間具有固定高度差值，例如，提供一組具有三個之對照物，其中，第一對照物之高度為1mm、第二對照物之高度為1.5mm及第三對照物之高度為2mm。

於步驟S202中，執行上述步驟S101-S106以取得多個該對照物之差分光強訊號331之中心線332。

於步驟S203中，將多個該對照物之高度值與多個該對照物之差分光強訊號331之中心線332進行校正計算，以取得一校正函式。詳而言之，將量測得到之多個該對照物之差分光強訊號331之中心線332與多個該對照物之高度值進行校正曲線(calibration curve)計算，以取得一校正函式，該校正函式係為：y=Ax+b

其中x為上一階段計算之數值，為一個自變數，y為函式之依變數，A為校正函式之斜率項，b為校正函式之常數項，且其中，校正函數之相關係數R²為0.9994，以統計量解釋表示該值越接近1，此校正函式的指標與相關數越高。

因此，在步驟S107中，即可將部分該中心線332帶入校正函式進行校正，以取得該待測物400之高度值，進而能有效執行三維高度差量測。

綜上所述，藉由本揭露的差分式三角量測系統及其方法，以不同波長之光源行經不同狹縫寬度之狹縫所取得的 第一光強訊號及第二光強訊號，並將之進行正規化處理後再進行差分運算，使得運算過後得到的差分光強訊號之全半高寬值可小於第一或第二光強訊號之全半高寬值。藉由此差分光強訊號作為量測的依據，進而得到更細微的量測線寬，以抑制雜訊的影響，同時提高系統的量測精度，也進而提高檢測範圍寬度。

上述實施例僅例示性說明本揭露之原理及其功效，而非用於限制本揭露。任何熟習此項專業之人士均可在不違背本揭露之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有此項專業知識者，在未脫離本揭露所揭示之精神與技術原理下所完成之一切等效修飾或改變，仍應由後述之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧量測系統

100‧‧‧探頭單元

110‧‧‧第一光源

111‧‧‧第一光束

112‧‧‧第一狹縫

113‧‧‧第一狹縫光束

120‧‧‧第二光源

121‧‧‧第二光束

122‧‧‧第二狹縫

123‧‧‧第二狹縫光束

130‧‧‧第一分光鏡

200‧‧‧感光單元

300‧‧‧計算單元

301‧‧‧轉換模組

302‧‧‧差分運算模組

303‧‧‧中心線計算模組

304‧‧‧校正模組

400‧‧‧待測物

500‧‧‧夾角

Claims (32)

1. 一種差分式三角量測系統，係包括：一探頭單元，包括：一第一光源及一第二光源，係用以分別射出一第一光束及一第二光束，其中，該第一光束與該第二光束具有不同波長；一第一狹縫，用以使該第一光束通過後形成一第一狹縫光束；一第二狹縫，用以使該第二光束通過後形成一第二狹縫光束；及一第一分光鏡，用以接收該第一狹縫光束及該第二狹縫光束，以將該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至一待測物之同一位置上；一感光單元，用以接收該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至該待測物之同一位置上後之一反射光，以取得對應該第一狹縫光束之一第一狹縫圖樣以及對應該第二狹縫光束之一第二狹縫圖樣；以及一計算單元，係與該感光單元相連接，以取得該第一狹縫圖樣及該第二狹縫圖樣，該計算單元包含：一轉換模組，用以轉換該第一狹縫圖樣為一第一光強訊號，以及轉換該第二狹縫圖樣為一第二光強訊號；及一差分運算模組，用以對該第一光強訊號及該第二光強訊號進行差分運算，以取得一差分光 強訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該差分光強訊號之全半高寬值小於該第一光強訊號或該第二光強訊號之全半高寬值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該探頭單元之出光路徑與該感光單元之接收光路徑之間的夾角範圍係為30度至180度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該第一光源為紅光二極體，該第二光源為綠光二極體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該第一狹縫與該第二狹縫之狹縫寬度係為不同。
6. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，更包括一第一鏡組及一第二鏡組，該第一鏡組設於該第一光源與該第一狹縫之間，且該第二鏡組設於該第二光源與該第二狹縫之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，更包括一第三鏡組，設於該分光鏡與該待測物之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，更包括一第四鏡組，設於該待測物與該感光單元之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該感光單元為彩色感光耦合元件或彩色互補性氧化金屬半導體。
10. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統， 其中，該感光單元包括：二黑白感光元件、一第一濾光元件及一第二濾光元件，該第一、二濾光元件分別設置於該二黑白感光元件前，其中，該第一濾光元件係使該第一狹縫光束投射至該待測物後的反射光通過，該第二濾光元件係使該第二狹縫光束投射至該待測物後的反射光通過，俾使該二黑白感光元件分別取得該第一狹縫圖樣及該第二狹縫圖樣。
11. 如申請專利範圍第10項所述之差分式三角量測系統，更包括一第二分光鏡，設置於該二黑白感光元件與該待測物之間，以將該第一狹縫光束及該第二狹縫光束分別導入該二黑白感光元件。
12. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該轉換模組將該第一、二狹縫圖樣分別轉換為該第一、二光強訊號之前，先對該第一、二狹縫圖樣進行二值化。
13. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該差分運算模組將該第一光強訊號及該第二光強訊號進行差分運算之前，先對該第一光強訊號及該第二光強訊號進行正規化處理，以得到正規化後的第一光強訊號及正規化後的第二光強訊號，再對該正規化後的第一光強訊號及正規化後的第二光強訊號進行差分運算，以取得該差分光強訊號。
14. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該差分運算模組係以該第一、二光強訊號之灰 階值進行該差分運算。
15. 如申請專利範圍第1項所述之差分式三角量測系統，其中，該計算單元復包括中心線計算模組，用以取得該差分光強訊號之中心線，以及在取得該差分光強訊號之中心線之同時，去除該差分光強訊號之兩端訊號。
16. 如申請專利範圍第15項所述之差分式三角量測系統，其中，該計算單元復包括校正模組，用以透過一校正函式從該中心線取得該待測物之高度值。
17. 一種差分式三角量測方法，係包括以下步驟：利用一第一光源及一第二光源分別射出一第一光束及一第二光束，該第一光束及該第二光束分別通過一第一狹縫及一第二狹縫，以分別形成一第一狹縫光束及一第二狹縫光束；提供一第一分光鏡，以將該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至一待測物之同一位置上；利用一感光單元接收該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至該待測物之同一位置上後之一反射光，以取得對應該第一狹縫光束之一第一狹縫圖樣以及對應該第二狹縫光束之一第二狹縫圖樣；將該第一狹縫圖樣轉換為一第一光強訊號，以及將該第二狹縫圖樣轉換為一第二光強訊號；以及對該第一光強訊號及該第二光強訊號進行差分運算，以取得一差分光強訊號。
18. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法， 其中，該差分光強訊號之全半高寬值小於該第一光強訊號或該第二光強訊號之全半高寬值。
19. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該第一光束與該第二光束具有不同波長。
20. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該第一光源為紅光二極體，該第二光源為綠光二極體。
21. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該第一狹縫與該第二狹縫之狹縫寬度係為不同。
22. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該第一光束到達該第一狹縫之前係透過一第一鏡組先行聚焦，該第二光束到達該第二狹縫之前係透過一第二鏡組先行聚焦。
23. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至該待測物之同一位置上之前，係透過一第三鏡組先行聚焦。
24. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該反射光被該感光單元接收前，係透過一第四鏡組進行聚焦。
25. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該感光單元為彩色感光耦合元件或彩色互補性氧化金屬半導體。
26. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該感光單元包括：二黑白感光元件、一第一濾 光元件及一第二濾光元件，該第一、二濾光元件分別設置於該二黑白感光元件前，其中，該第一濾光元件係使該第一狹縫光束投射至該待測物後的反射光通過，該第二濾光元件係使該第二狹縫光束投射至該待測物後的反射光通過，俾使該二黑白感光元件分別取得該第一狹縫圖樣及該第二狹縫圖樣。
27. 如申請專利範圍第26項所述之差分式三角量測方法，其中，該第一狹縫光束及該第二狹縫光束投射至一待測物之同一位置上後的反射光係透過第二分光鏡而將該第一狹縫光束及該第二狹縫光束分別導入該二黑白感光元件。
28. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，將該第一、二狹縫圖樣分別轉換為該第一、二光強訊號之前，復包含將該第一、二狹縫圖樣進行二值化之步驟。
29. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，對該第一光強訊號及該第二光強訊號進行差分運算之前，先對該第一光強訊號及該第二光強訊號進行正規化處理，以得到正規化後的第一光強訊號及正規化後的第二光強訊號，再對該正規化後的第一光強訊號及正規化後的第二光強訊號進行差分運算，以取得該差分光強訊號。
30. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，該差分運算係以該第一、二光強訊號之灰階值 進行差分，以取得該差分光強訊號。
31. 如申請專利範圍第17項所述之差分式三角量測方法，其中，取得該差分光強訊號之後，復包括取得該差分光強訊號之中心線之步驟，並在取得該差分光強訊號之中心線之同時，去除該差分光強訊號之兩端訊號。
32. 如申請專利範圍第31項所述之差分式三角量測方法，其中，取得該差分光強訊號之後，復包括利用一校正函式從該中心線取得該待測物之高度值之步驟。