TWI588465B - 一種檢測液晶面板之裝置及其方法 - Google Patents

Description

一種檢測液晶面板之裝置及其方法

本發明大體上係有關於數位全像顯微術，特定而言係針對使用數位全像顯微術之液晶面板光學檢測裝置與方法。

全像術為利用兩道光束互相干涉以重建影像之技術。一光束在經過分光之後分為兩道光束，一道光束做為物體光，此物體光將穿透液晶面板或反射液晶面板，並與另一道未經過物體之參考光形成干涉現象而投影於平面上，就可藉由所產生之干涉條紋得到光束之光學資訊，包括振幅與相位來重建或記錄液晶面板之光調制特性。而隨著技術的進步，全像術可搭配顯微鏡以對液晶面板做細節分析、使用影像感測裝置例如：電荷耦合裝置(charge coupled device,CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)來當作影像之記錄工具以及結合具有高速運算能力之電腦。全像條紋影像由感測裝置記錄下來之後，轉換成數位訊號，再由電腦進行快速分析處理。此類數位全像顯微技術因具有全場(full-field)量測方式可記錄待測物之振幅與相位資料以及三維影像重建等優點，被廣泛應用於各種光學量測與成像領域，例如輪廓測量、光學檢測、斷層攝影等等。其中，在光學檢測領域中，傳統技術通常使用逐點掃描或線掃描(piecewise)量測方式，相對於數位全像顯微術，皆需花費較久的檢測時間，故數位全像顯微術非常適合於對檢測時間極為要求的工廠生產線上。

全像術可以分為離軸式或同軸式，若為同軸式，則物體光與參考光係位在同一軸上，而離軸式之物理光與參考光夾了一個角度。兩種方式最大的差異點係，同軸式產生的待測物實像與虛像在重建平面上可能會重疊而無法區分，故一般全像術大多採用離軸式。又對於分光方式，通常使用分光鏡將光束一分為二，或使用光柵分光，若使用光柵，可調整代測物與影像感測裝置之間的角度，有機會使數位全像顯微術整體體積縮小。

液晶面板光學性質之習知量測技術包括：一般光學成像、干涉儀以及繞射場檢測。一般光學成像方式只能單純觀測面板之影像，無法直接量化相位、偏振等資訊。干涉儀檢測係利用干涉條紋之位移來檢測液晶面板之相位調製，但卻無法檢測振幅與偏振、無法同時檢測不同輸入電壓之特性以及無法觀測個別單一像點之特性。繞射場之檢測方式，係透過輸入二維相位光柵於液晶面板後，檢測其繞射場強度。雖然繞射場檢測方式可快速檢測液晶面板之相位調製，卻具有與干涉儀類似之缺點，無法檢測光強度調製與偏振調製、無法同時檢測不同輸入電壓之特性以及無法觀測個別像點之特性，且無法得知液晶調制光場之空間分布情形。

此外，以上所述習知檢測技術皆無法直接將完整的波前資訊轉換成數位訊號作處理，具有無法即時檢測或於檢測時需耗費大量曝光時間重建影像之缺點，故無法應付生產線上現場大量產品之快速檢測。同時，在自動化光學檢測(AOI)領域中，目前仍缺乏具有即時高精度檢測液晶面板之波前光場調控與檢測相關技術。

有鑑於上述習知量測技術的缺失，本發明即用以解決上述之問題。本發明之目的在於提供一用來檢測液晶面板之光學性質之數位全像顯微檢測裝置，針對液晶面板，透過本發明的離軸式數位全像架構記錄經由液晶面板繞射之物體光束與參考光束所形成之數位全像干涉條紋，並重建出液晶面板之量化波前資訊而取得完整的振幅與相位調制特性，同時，透過控制二參考光束的正交偏振，以分別記錄與重建具有正交偏振之振幅與相位資訊，並從中分析出其偏振調制特性，搭配高速影像感測分析模組，達成全場及各像點之振幅、相位、與偏振調制之時間與空間之即時量測。

為了達到上揭之目的及其他目的，本發明提供一離軸式數位全像顯微檢測裝置用以檢測液晶面板之光學性質，該裝置包含：一光源模組，用以提供一光束；一光學模組，係配置於光源模組輸出該光束之光路上，用以將該光束分為一參考光束與一物體光束及用以改變該參考光束與該物體光束之行進方向；一物鏡，係配置於該光學模組與該液晶面板之該物體光束光路之間，用以導引該物體光束入射該液晶面板並接收由該液晶面板反射之該物體光束；以及一影像感測分析模組，係配置於該物體光束行經液晶面板之另一光路上，用 以收集該參考光束以及由該液晶面板反射或穿透之該物體光束。

本發明亦包括另一目的在於一用來檢測液晶面板之光學性質之數位全像顯微檢測方法，針對液晶面板，透過本發明的離軸式數位全像架構記錄經由液晶面板繞射之物體光束與參考光束所形成之數位全像干涉條紋，並重建出液晶面板之量化波前資訊而取得完整的振幅與相位調制特性，同時，透過控制二參考光束的正交偏振，以分別記錄與重建具有正交偏振之振幅與相位資訊，並從中分析出其偏振調制特性，搭配高速影像感測分析模組，達成全場及各像點之振幅、相位、與偏振調制的時間與空間之即時量測。

為達上述之目的，本發明提供一種使用數位全像顯微檢測裝置檢測一液晶面板之光學性質之方法，其包含下列步驟：一光源模組提供一光束；一光學模組將該光束分為一參考光束與一物體光束；在該光學模組中，該物體光束改變行進方向後，穿透一物鏡到達一液晶面板，由該液晶面板反射或透射之該物體光束經物鏡收光後到達一影像感測分析模組；在該光學模組中，該參考光束改變行進方向後，到達該影像感測分析模組；該影像感測分析模組收集該物體光束與該參考光束後重建該液晶面板之繞射影像並分析該液晶面板之光學性質。

為達上述所有目的，其中該光學模組可包含至少一分光鏡，用以將該光束分為該參考光束與該物體光束，或用以使該參考光束與該物體光束之行進方向一致，以進行該參考光束與該物體光束之干涉。

為達上述所有目的，其中該光學模組包含至少一面鏡，配置於該至少一分光鏡所分出之該參考光束與該物體光束之光路上，用以改變該參考光束與物體光束之行進方向。

為達上述所有目的，其中該光學模組可包含一起偏器，配置於未入射液晶面板之物體光束光路上，且該光學模組可包含一檢偏器，配置於入射液晶面板後之物體光束光路上。

為達上述所有目的，其中包括該參考光束經過該至少一分光鏡到達該影像感測分析模組；自該液晶面板反射或透射之該物體光束透過該物鏡收光後，改變行進方向到達該影像感測分析模組；該影像感測分析模組收集該物體光束與該參考光束後重建該液晶面板之繞射影像並分析該液晶面板之光學性質。

為達上述所有目的，其中包括該參考光束經過該至少一分光鏡，分為二正交偏振之第一偏振參考光束與第二偏振參考光束，並到達該影像感測分析模組；自該液晶面板反射之該物體光束透過該物鏡收光後，改變行進方向到達該影像感測分析模組；該影像感測分析模組收集該二正交偏振之參考光束與該物體光束後重建該液晶面板之繞射影像並分析該液晶面板之光學性質。

為達上述所有目的，其中該光源模組更包含一空間濾波器，用以去除光束中之雜訊。

為達上述所有目的，其中該影像感測分析模組包含至少一影像感測器與至少一數位電腦，用以即時檢測該液晶面板之光學性質。

以上所述係用以說明本發明之目的、技術手段以及其可達成之功效，相關領域內熟悉此技術之人可以經由以下實施例之示範與伴隨之圖式說明及申請專利範圍更清楚明瞭本發明。

100‧‧‧數位全像顯微檢測裝置

102‧‧‧光束

104‧‧‧參考光束

106‧‧‧物體光束

110‧‧‧光源模組

112‧‧‧雷射

114‧‧‧空間濾波器

120‧‧‧光學模組

122‧‧‧分光鏡

123‧‧‧分光鏡

124‧‧‧面鏡

125‧‧‧面鏡

126‧‧‧起偏器

127‧‧‧檢偏器

130‧‧‧物鏡

140‧‧‧影像感測分析模組

142‧‧‧影像感測器

144‧‧‧數位電腦

150‧‧‧液晶面板

205‧‧‧第一偏振參考光束

206‧‧‧第二偏振參考光束

222‧‧‧分光鏡

223‧‧‧極化分光鏡

225‧‧‧面鏡

226‧‧‧面鏡

圖一係根據本發明之一實施例說明數位全像顯微檢測裝置之架構示意圖。

圖二A係根據本發明之一實施例說明數位全像顯微檢測裝置之光路架構示意圖。

圖二B係根據本發明之一實施例說明透射式數位全像顯微檢測裝置之光路架構示意圖。

圖三A係根據本發明之一實施例說明影像感測分析模組與液晶面板間之調制關係示意圖。

圖三B係根據本發明之一實施例顯示影像感測分析模組所輸出之振幅與相位重建圖。

圖四A係根據本發明之一實施例說明數位全像顯微檢測裝置之偏振調制光路架構示意圖。

圖四B係根據本發明之一實施例說明透射式數位全像顯微檢測裝置之偏振調制光路架構示意圖。

圖五係根據本發明之一實施例說明數位全像顯微檢測方法之步驟流程圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，經由說明書 中所揭示之內容，熟悉該領域中之技術者將領會一使用數位全像顯微檢測裝置檢測一液晶面板之光學性質之裝置與方法，並能輕易地瞭解本發明之功效與優點。然該領域之熟習技藝者須瞭解本創作亦可在不具備這些細節之條件下實行。此外，文中不會對一些已熟知之結構或功能或是作細節描述，以避免各種實施例間不必要相關描述之混淆，以下描述中使用之術語將以最廣義的合理方式解釋，即使其與本創作某特定實施例之細節描述一起使用。

本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述以解釋本發明之結構，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍，因此，除說明書中之較佳實施例外，本發明亦可廣泛實行於其他實施例中。

圖一係根據本發明之一實施例說明一種用來檢測一液晶面板150光學性質之數位全像顯微檢測裝置100之架構示意圖。本發明之數位全像顯微檢測裝置可包含：一光源模組110，用以提供一光束102，一光學模組120，係配置於光源模組110輸出光束102之光路上，用以將光束102分為一參考光束104與一物體光束106及用以改變參考光束104與物體光束106之行進方向，一物鏡130，係配置於光學模組120與液晶面板150之物體光束106光路之間，用以導引物體光束106入射液晶面板150並接收由液晶面板150反射或透射之該物體光束106，以及一影像感測分析模組140，係配置於物體光束106行經液晶面板150之另一光路上，用以收集參考光束104以及由液晶面板140反射或透射之物體光束106。本發明之數位全像顯微檢測裝置100係針對液晶面板140，記錄經由液晶面板150繞射之物體光束106與參考光束104所形成之數位全像干涉條紋，並重建出液晶面板150之量化波前資訊而取得完整的振幅與相位調制特性，達成全場及各像點之振幅與相位調制的時間與空間之量測。

圖二A係根據本發明之一實施例說明數位全像顯微檢測裝置之光路架構示意圖。在此實施例中，光源模組110可包括一雷射112，用以提供一光束102，應注意的是，雷射112所產生之光束102並無光源波長之限制(例如波長可為532nm)，因此可取得在不同波長下對應之液晶調制特性。此雷射可包含，舉例而言，氣體雷射例如氦氖雷射、二氧化碳雷射等等，或固體雷射例如紅寶石雷射或鈦藍寶石雷射等，但並不限於此。其中該光源模組110更可包含一空間濾波器(Spatial Filter,SF)114，用以去除光束102中之雜訊，這些雜訊可能來自雷射112或裝置中元件之瑕疵。此空間濾波器114可由該領域習知技 術者所配置，配置方式例如使用兩透鏡焦點中間放置一針孔，濾波並擴束將輸出之光束102處理為平行光束輸出。

參閱圖二A所示，數位全像顯微檢測裝置包含一光學模組120，係配置於光源模組110輸入光束102之光路上，光學模組120包含至少一分光鏡(Beam Splitter,BS)122，用以將光束102分為參考光束104與物體光束106。光學模組120可包含至少一面鏡124、125，分別配置於分光鏡122所分出之參考光束104與物體光束106之光路上，用以改變參考光束104與物體光束106之行進方向。在此實施例中，參考光束104與物體光束106之行進方向因面鏡124、125之配置而轉了90度。改變方向之參考光束104接著穿透分光鏡123，在不改變行進方向之狀況下到達影像感測分析模組140之影像感測器142。改變方向之物體光束106接著穿透分光鏡123後經物鏡130後到達液晶面板150，物體光束106經液晶面板150繞射後由相同光路入射物鏡130。其中物鏡130用以收集反射自液晶面板150之物體光束，及用以放大液晶面板150之影像。應注意的是，在此所述之物鏡，包含具有不限制數值孔徑(NA)值之物鏡，舉例而言，NA值為0.5或NA值為0.25，但並不以此為限。物體光束106接著入射光學模組之分光鏡123，改變方向後到達影像感測分析模組140之影像感測器142。

參閱圖二A所示，影像感測分析模組140係配置於該物體光束106行經液晶面板150之另一光路上，用以收集該參考光束104以及由液晶面板150反射之該物體光束106，影像感測分析模組140可包含一影像感測器142與一數位電腦144，用以即時檢測光學面板150之光學性質包括相位、振幅之調制。影像感測器142收集參考光束104與物體光束106後，以記錄經由液晶面板150繞射之物體光束104與參考光束106所形成之數位全像干涉條紋，數位全像干涉條紋可藉由影像感測器142轉換成數位訊號。在此討論的影像感測器142可為，舉例而言，電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)，但並不以此為限，應考量實際需求使用相對應之影像感測器142。數位電腦144，係耦接於影像感測器142，用以重建出液晶面板150之波前資訊，可將此波前資訊做量化分析，並取得完整的振幅與相位調制特性。在此討論之數位電腦144包含一具有電腦程式碼之一電腦可讀取媒體，且能藉由一電腦處理器加以執行任何或所有步驟、操作或所敘述之程序。在本發明之一實施例中，由影像感測器142與數 位電腦144組合之影樣感測分析模組，具有短暫之曝光時間(exposure time)例如：60us，但並不以此為限，與較佳之畫面更新率例如：180fps，但並不以此為限，可高速地執行重建、分析、運算等步驟，進行即時的液晶面板光學相位、振幅之調制檢測。

參閱圖二A所示，其中光學模組可包含一起偏器126，配置於未入射液晶面板150之物體光束106光路上，且該光學模組可包含一檢偏器127，配置於入射液晶面板150後之物體光束106光路上。應注意的是，一般而言，雷射112所輸出之光束102通常為線性偏振光，若本發明之數位全像顯微檢測裝置在不包含起偏器126及檢偏器127之情況下仍可以進行液晶面板之振幅與相位之檢測。而對於線性偏振或未偏振之物體光束102，經過起偏器126後，只容許與起偏器126透射軸方向平行的光通過(電場向量方向平行於起偏器126的透射軸)，而再經過檢偏器127後，則可輸出以起偏器126與檢偏器127透射軸夾角為偏振角之線性偏振光束。因此，在此實施例中，可藉由起偏器126與檢偏器127對各偏振角度操作液晶光學振幅與相位之調制。

可選擇地，在其他實施例中，光學模組120也可在僅具有一分光鏡122及一面鏡124之狀況下完成本發明(未顯示)。面鏡124配置於分光鏡122所分出之參考光束104前進方向之光路上，使參考光束104反射，行進方向轉了180度回到分光鏡122，再經由分光鏡122到達影像感測分析模組140之影像感測器142。分光鏡122所分出之物體光束106後經物鏡130後到達液晶面板150，物體光束106經液晶面板150繞射後由相同光路入射物鏡130，接著入射光學模組之分光鏡123，改變方向後到達影像感測分析模組140之影像感測器142。

圖三A係根據本發明之一實施例說明影像感測分析模組140與液晶面板150間之調制關係示意圖。在一實施例中，僅以反射式為例，但不限於反射式，透射之系統亦可使用，液晶面板150可為矽基液晶或其他利於反射式數位全像術使用之液晶面板，但不以此為限，亦可為透射式之液晶面板。矽基液晶又稱液晶矽基板(Liquid Crystal On Silicon,LCoS)其結構與薄膜電晶體液晶(TFT-LCD)相類似，TFT-LCD是在上下兩塊玻璃基板中灌入液晶，而LCoS則是以CMOS製程形成的驅動電路作為下層基板。此LCoS150具有複數像素，舉例而言，1920x1080或256x256等，但不以此為限。藉由輸入LCoS之 驅動電壓，可調控每一像素(Pixel)之灰階，一般而言，灰階可為0至255之灰階圖，但不以此為限。檢測一LCoS150時，影像感測模組140可從參考光束104與物體光束106之干涉輸出全像圖，當對一像素輸入某一灰階值時，則經由影像感測分析模組140之分析，可得知此像素之振幅與相位資訊。同時，可經由同樣方式，輸出全場之振幅與相位資訊。圖三B係根據本發明之一實施例顯示影像感測分析模組所輸出之振幅與相位重建圖。

圖二B係根據本發明之實施例說明透射式數位全像顯微檢測裝置之光路架構示意圖。應注意的是，數位全像顯微檢測裝置不限於反射式數位全像術，可選擇地，也可為透射式數位全像術，並可經由透射式數位全像術使用之於液晶面板透射之物體光波資訊而達到光學振幅與相位之調制特性量測功效。參閱圖二B之說明，數位全像顯微檢測裝置包含一光源模組110，光源模組110可包括一雷射112，用以提供一光束102。其中光源模組110更可包含一空間濾波器(Spatial Filter,SF)114，用以去除光束102中之雜訊。一光學模組120，係配置於光源模組110輸入光束102之光路上，光學模組120包含至少一分光鏡(Beam Splitter,BS)122，用以將光束102分為參考光束104與物體光束106。光學模組120可包含至少一面鏡124、125，分別配置於分光鏡122所分出之參考光束104與物體光束106之光路上，用以改變參考光束104與物體光束106之行進方向。在此實施例中，參考光束104與物體光束106之行進方向因面鏡124、125之配置而轉了90度。改變方向之參考光束104接著穿透分光鏡123，在不改變行進方向之狀況下到達影像感測分析模組140之影像感測器142。改變方向之物體光束106接著入射液晶面板150，透射後之物體光束106入射物鏡130。其中物鏡130用以收集透射自液晶面板150之物體光束，及用以放大液晶面板150之影像。應注意的是，在此所述之物鏡，包含具有不限制數值孔徑(NA)值之物鏡，舉例而言，NA值為0.5或NA值為0.25，但並不以此為限。物體光束106接著入射光學模組之分光鏡123，改變方向後到達影像感測分析模組140之影像感測器142。

參閱圖二B所示，影像感測分析模組140係配置於該物體光束106行經液晶面板150之另一光路上，用以收集該參考光束104以及由液晶面板150透射之該物體光束106，可包含一影像感測器142與一數位電腦144，用以即時檢測光學面板150之光學性質包括相位、振幅之調制。影像感測器142收 集參考光束104與物體光束106後，以記錄經由液晶面板150繞射之物體光束104與參考光束106所形成之數位全像干涉條紋，數位全像干涉條紋可藉由影像感測器142轉換成數位訊號。在此討論的影像感測器142可為，舉例而言，電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)，但並不以此為限，應考量實際需求使用相對應之影像感測器142。數位電腦144，係耦接於影像感測器142，用以重建出液晶面板150之波前資訊，可將此波前資訊做量化分析，並取得完整的振幅與相位調制特性。在此討論之數位電腦144包含一具有電腦程式碼之一電腦可讀取媒體，且能藉由一電腦處理器加以執行任何或所有步驟、操作或所敘述之程序。在本發明之一實施例中，由影像感測器142與數位電腦144組合之影樣感測分析模組，具有短暫之曝光時間(exposure time)例如：60us，但並不以此為限，與較佳之畫面更新率例如：180fps，但並不以此為限，可高速地執行重建、分析、運算等步驟，進行即時的液晶面板光學相位、振幅之調制檢測。

參閱圖二B所示，其中光學模組可包含一起偏器126，配置於未入射液晶面板150之物體光束106光路上，且該光學模組可包含一檢偏器127，配置於入射液晶面板150後之物體光束106光路上。應注意的是，一般而言，雷射112所輸出之光束102通常為線性偏振光，若本發明之數位全像顯微檢測裝置在不包含起偏器126及檢偏器127之情況下仍可以進行液晶面板之振幅與相位之檢測。而對於線性偏振或未偏振之物體光束102，經過起偏器126後，只容許與起偏器126透射軸方向平行的光通過(電場向量方向平行於起偏器126的透射軸)，而再經過檢偏器127後，則可輸出以起偏器126與檢偏器127透射軸夾角為偏振角之線性偏振光束。因此，在此實施例中，可藉由起偏器126與檢偏器127對各偏振角度操作液晶光學振幅與相位之調制。

圖四A係根據本發明之一實施例說明數位全像顯微檢測裝置之偏振調制光路架構示意圖。在此實施例中，如圖二A所說明，雷射112輸出一光束102，光束經空間濾波器114後擴束並以平行光進入光學模組120。

參閱圖四A所示，在光學模組中，光束102經分光鏡122分為參考光束104與物體光束106。光學模組120可包含至少一面鏡124、225與226，分別配置於分光鏡122所分出之參考光束104與物體光束106之光路上，用以 改變參考光束104與物體光束106之行進方向。在此實施例中，物體光束106之行進方向因面鏡124之配置而轉了90度。改變方向之物體光束106接著穿透分光鏡123後經物鏡130後到達液晶面板150，物體光束106經液晶面板150繞射後由相同光路入射物鏡130。其中物鏡130用以收集反射自液晶面板150之物體光束，及用以放大液晶面板150之影像。應注意的是，在此所述之物鏡，包含具有不限制數值孔徑(NA)值之物鏡，舉例而言，NA值為0.5或NA值為0.25，但並不以此為限。物體光束106接著入射光學模組之分光鏡123，改變方向後到達影像感測分析模組140之影像感測器142。其中該光學模組可包含一起偏器126，配置於未入射液晶面板150之物體光束106光路上，用以改變物體光束106之偏振方向。

參閱圖四A所示，穿透分光鏡122之參考光束104接著穿透分光鏡222到達極化分光鏡(Polarizing Beam Splitter,PBS)223，極化分光鏡223將參考光束104分為第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205，由極化分光鏡所分出之第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205各為線性偏振光且互為正交。第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205在其各自之光路上分別入射面鏡225、226改變行進方向180度後以原光路方向回到分光鏡223，經分光鏡222改變方向後，再透射分光鏡123到達影像感測分析模組140之影像感測器144。

參閱圖四A所示，影像感測分析模組140係配置於該物體光束106行經液晶面板150之另一光路上，用以收集第一偏振參考光束204、第二偏振參考光束205以及由液晶面板150反射之該物體光束106。影像感測分析模組140可包含一影像感測器142與一數位電腦144，用以即時檢測光學面板150之光學性質包括相位、振幅與偏振之調制特性。影像感測器142收集第一偏振參考光束204、第二偏振參考光束205與物體光束106後，以記錄經由液晶面板150繞射之物體光束104與第一偏振參考光束204及第二偏振參考光束205所形成之數位全像干涉條紋，應注意的是，第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205之偏振方向互為正交，故兩道參考光束可同時與物光干涉，數位全像干涉條紋可藉由影像感測器142轉換成數位訊號。在此討論的影像感測器142可為，舉例而言，電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)，但並不以此 為限，應考量實際需求使用相對應之影像感測器142。數位電腦144，係耦接於影像感測器142，用以重建出液晶面板150之波前資訊，可將此波前資訊做量化分析，並取得完整的振幅與相位調制特性，同時能藉由兩正交偏振之振幅相位調制特性取得液晶面板之偏振態。在此討論之數位電腦144包含一具有電腦程式碼之一電腦可讀取媒體，且能藉由一電腦處理器加以執行任何或所有步驟、操作或所敘述之程序。在本發明之一實施例中，由影像感測器142與數位電腦144組合之影樣感測分析模組，具有短暫之曝光時間(exposure time)例如：60us，但並不以此為限，與較佳之畫面更新率例如：180fps，但並不以此為限，可高速地執行重建、分析、運算等步驟，進行即時的液晶面板光學相位、振幅與偏振之調制檢測。

圖四B係根據本發明之一實施例說明透射式數位全像顯微檢測裝置之偏振調制光路架構示意圖。應注意的是，數位全像顯微檢測裝置不限於反射式數位全像術，可選擇地，也可為透射式數位全像術並可經由透射式數位全像術使用之於液晶面板透射之物體光波資訊而達到光學偏振、振幅與相位之光調制特性量測功效。在此實施例中，如圖二B所說明，雷射112輸出一光束102，光束經空間濾波器114後擴束並以平行光進入光學模組120。

參閱圖四B所示，在光學模組中，光束102經分光鏡122分為參考光束104與物體光束106。光學模組120可包含至少一面鏡124、225與226，分別配置於分光鏡122所分出之參考光束104與物體光束106之光路上，用以改變參考光束104與物體光束106之行進方向。在此實施例中，物體光束106之行進方向因面鏡124之配置而轉了90度。改變方向之物體光束106接著入射液晶面板150，透射液晶面板150之物體光束106入射物鏡130。其中物鏡130用以收集透射自液晶面板150之物體光束106，及用以放大液晶面板150之影像。應注意的是，在此所述之物鏡，包含具有不限制數值孔徑(NA)值之物鏡，舉例而言，NA值為0.5或NA值為0.25，但並不以此為限。物體光束106接著入射光學模組之分光鏡123，改變方向後到達影像感測分析模組140之影像感測器142。其中該光學模組可包含一起偏器126，配置於未入射液晶面板150之物體光束106光路上，用以改變物體光束106之偏振方向。

參閱圖四B所示，穿透分光鏡122之參考光束104到達極化分光鏡(Polarizing Beam Splitter,PBS)223，極化分光鏡223將參考光束104分為 第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205，由極化分光鏡所分出之第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205各為線性偏振光且互為正交。第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205在其各自之光路上分別入射面鏡225、226改變行進方向180度後以原光路方向回到極化分光鏡223，經分光鏡222改變方向後，再透射分光鏡123到達影像感測分析模組140之影像感測器144。

參閱圖四B所示，影像感測分析模組140係配置於該物體光束106行經液晶面板150之另一光路上，用以收集第一偏振參考光束204、第二偏振參考光束205以及由液晶面板15透射之該物體光束106。影像感測分析模組140可包含一影像感測器142與一數位電腦144，用以即時檢測光學面板150之光學性質包括相位、振幅與偏振之調制特性。影像感測器142收集第一偏振參考光束204、第二偏振參考光束205與物體光束106後，以記錄經由液晶面板150繞射之物體光束104與第一偏振參考光束204及第二偏振參考光束205所形成之數位全像干涉條紋，應注意的是，第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205之偏振方向互為正交，故兩道參考光束可同時與物光干涉，數位全像干涉條紋可藉由影像感測器142轉換成數位訊號。在此討論的影像感測器142可為，舉例而言，電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)，但並不以此為限，應考量實際需求使用相對應之影像感測器142。數位電腦144，係耦接於影像感測器142，用以重建出液晶面板150之波前資訊，可將此波前資訊做量化分析，並取得完整的振幅與相位調制特性，同時能藉由兩正交偏振之振幅相位調制特性取得液晶面板之偏振態。在此討論之數位電腦144包含一具有電腦程式碼之一電腦可讀取媒體，且能藉由一電腦處理器加以執行任何或所有步驟、操作或所敘述之程序。在本發明之一實施例中，由影像感測器142與數位電腦144組合之影樣感測分析模組，具有短暫之曝光時間(exposure time)例如：60us，但並不以此為限，與較佳之畫面更新率例如：180fps，但並不以此為限，可高速地執行重建、分析、運算等步驟，進行即時的液晶面板光學相位、振幅與偏振之調制檢測。

應注意的是，本發明之數位全像顯微檢測裝置使用分光鏡將光束102分為參考光束104與物體光束106，因參考光束104與物體光束106夾了一角度，故為一離軸式數位全像檢測裝置，使得所成像之實像與虛像同樣具有夾 角，而在重建平面上之影像將不會重疊而無法分辨。

圖五係根據本發明之一實施例說明數位全像顯微檢測方法之步驟流程圖。在此實施例中，一使用數位全像顯微檢測裝置檢測一液晶面板之光學性質之方法，其包含下列步驟：在步驟510中，一光源模組提供一光束，在步驟520中一光學模組將該光束分為一參考光束與一物體光束，在步驟530中，在光學模組中，物體光束改變行進方向後到達一液晶面板，由該液晶面板反射或透射之該物體光束經該物鏡收光後到達一影像感測分析模組，在步驟540中，在該光學模組中，該參考光束改變行進方向後，到達該影像感測分析模組，步驟550中，該影像感測分析模組收集該物體光束與該參考光束後重建該液晶面板之繞射影像並分析該液晶面板之光學性質。

在步驟510中，光源模組110可包括一雷射112，用以提供一光束102，應注意的是，雷射112所產生之光束102並無光源波長之限制(例如波長為532nm)，因此可取得在不同波長下對應之液晶調制特性。此雷射可包含，舉例而言，氣體雷射例如氦氖雷射、二氧化碳雷射等等，或固體雷射例如紅寶石雷射或鈦藍寶石雷射等，但並不限於此。其中該光源模組110更可包含一空間濾波器(Spatial Filter,SF)114，用以去除光束102中之雜訊，這些雜訊可能來自雷射112或裝置中元件之瑕疵。此空間濾波器114可由該領域習知技術者所配置，配置方式例如使用兩透鏡焦點中間放置一針孔，濾波並擴束將輸出之光束102處理為平行光束輸出。

在步驟520中，如圖二A所示，數位全像顯微檢測裝置包含一光學模組120，係配置於光源模組110輸入光束102之光路上，光學模組120包含至少一分光鏡122、123，用以將光束102分為參考光束104與物體光束106。在步驟530中，光學模組120可包含至少一面鏡124、125，分別配置於分光鏡122所分出之參考光束104與物體光束106之光路上，用以改變參考光束104與物體光束106之行進方向。在此實施例中，參考光束104與物體光束106之行進方向因面鏡124、125之配置而轉了90度。在步驟530中，改變方向之物體光束106接著穿透分光鏡123後經物鏡130後到達液晶面板150，物體光束106經液晶面板150繞射後由相同光路入射物鏡130。其中物鏡130用以收集反射自液晶面板150之物體光束，及用以放大液晶面板150之影像。應注意的是，在此所述之物鏡，包含具有不限制數值孔徑(NA)值之物鏡，舉例而言，NA值 為0.5或NA值為0.25，但並不以此為限。物體光束106接著入射光學模組之分光鏡123，改變方向後到達影像感測分析模組140之影像感測器142。在步驟540中，改變方向之參考光束104接著穿透分光鏡123，在不改變行進方向之狀況下到達影像感測分析模組140之影像感測器142。

在步驟520中，液晶面板150可為矽基液晶或其他利於反射式數位全像術使用之液晶面板，但不以此為限。矽基液晶又稱液晶矽基板(Liquid Crystal On Silicon,LCoS)其結構與薄膜電晶體液晶(TFT-LCD)相類似，TFT-LCD是在上下兩塊玻璃基板中灌入液晶，而LCoS則是以CMOS製程形成的驅動電路作為下層基板。此LCoS150具有複數像素，舉例而言，1920x1080或256x256等，但不以此為限。藉由輸入LCoS之驅動電壓，可調控每一像素(Pixel)之灰階，一般而言，灰階可為0至255之灰階圖，但不以此為限。檢測一LCoS150時，影像感測模組140可從參考光束104與物體光束106之干涉輸出全像圖，當對一像素輸入某一灰階值時，則經由影像感測分析模組140之分析，可得知此像素之振幅與相位資訊。同時，可經由同樣方式，輸出全場之振幅與相位資訊。

在步驟550中，影像感測分析模組140係配置於該物體光束106行經液晶面板150之另一光路上，用以收集該參考光束104以及由液晶面板150反射之該物體光束106，可包含一影像感測器142與一數位電腦144，用以即時檢測光學面板150之光學性質包括相位、振幅之調制。影像感測器142收集參考光束104與物體光束106後，以記錄經由液晶面板150繞射之物體光束104與參考光束106所形成之數位全像干涉條紋，數位全像干涉條紋可藉由影像感測器142轉換成數位訊號。在此討論的影像感測器142可為，舉例而言，電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)，但並不以此為限，應考量實際需求使用相對應之影像感測器142。數位電腦144，係耦接於影像感測器142，用以重建出液晶面板150之波前資訊，可將此波前資訊做量化分析，並取得完整的振幅與相位調制特性。在此討論之數位電腦144包含一具有電腦程式碼之一電腦可讀取媒體，且能藉由一電腦處理器加以執行任何或所有步驟、操作或所敘述之程序。在本發明之一實施例中，由影像感測器142與數位電腦144組合之影樣感測分析模組，具有短暫之曝光時間(exposure time)例如：60us， 但並不以此為限，與較佳之畫面更新率例如：180fps，但並不以此為限，可高速地執行重建、分析、運算等步驟，進行即時的液晶面板光學相位、振幅之調制檢測。

應注意的是，在其他實施例中，在步驟530與步驟540中，光學模組120也可僅具有一分光鏡122及一面鏡124。面鏡124配置於分光鏡122所分出之參考光束104前進方向之光路上，使參考光束104反射，行進方向轉了180回到分光鏡122，再經由分光鏡122到達影像感測分析模組140之影像感測器142。分光鏡122所分出之物體光束106後經物鏡130後到達液晶面板150，物體光束106經液晶面板150繞射後由相同光路入射物鏡130，接著入射光學模組之分光鏡123，改變方向後到達影像感測分析模組140之影像感測器142。

在步驟530與步驟540中，對應圖二A所示，光學模組可包含一起偏器126，配置於未入射液晶面板150之物體光束106光路上，且該光學模組可包含一檢偏器127，配置於入射液晶面板150後之物體光束106光路上。應注意的是，一般而言，雷射112所輸出之光束102通常為線性偏振光，若本發明之數位全像顯微檢測裝置在不包含起偏器126及檢偏器127之情況下仍可以進行液晶面板之振幅與相位之檢測。而對於線性偏振或未偏振之物體光束102，經過起偏器126後，只容許與起偏器126透射軸方向平行的光通過(電場向量方向平行於起偏器126的透射軸)，而再經過檢偏器127後，則可輸出以起偏器126與檢偏器127透射軸夾角為偏振角之線性偏振光束。因此，在此實施例中，可藉由起偏器126與檢偏器127對各別偏振角度操作液晶光學振幅與相位之調制。

在本發明之一實施例中，對應圖四A所示，在步驟540中還可包括，參考光束104接著穿透分光鏡222到達極化分光鏡(Polarizing Beam Splitter,PBS)223，極化分光鏡223將參考光束104分為第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205，由極化分光鏡所分出之第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205各為線性偏振光且互為正交。第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205在其各自之光路上分別入射面鏡225、226改變行進方向180度後以原光路方向回到極化分光鏡223，經分光鏡222改變方向後，再透射分光鏡123到達影像感測分析模組140之影像感測器144。

在本發明之一實施例中，在步驟550中還可包括，影像感測分析 模組140係配置於該物體光束106行經液晶面板150之另一光路上，用以收集第一偏振參考光束204、第二偏振參考光束205以及由液晶面板150反射或穿透之該物體光束106。影像感測分析模組140可包含一影像感測器142與一數位電腦144，用以即時檢測光學面板150之光學性質包括相位、振幅與偏振之調制特性。影像感測器142收集第一偏振參考光束204、第二偏振參考光束205與物體光束106後，以記錄經由液晶面板150繞射之物體光束104與第一偏振參考光束204及第二偏振參考光束205所形成之數位全像干涉條紋，應注意的是，第一偏振參考光束204與第二偏振參考光束205之偏振方向互為正交，故兩道參考光束可同時與物體光束干涉，數位全像干涉條紋可藉由影像感測器142轉換成數位訊號。在此討論的影像感測器142可為，舉例而言，電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)，但並不以此為限，應考量實際需求使用相對應之影像感測器142。數位電腦144，係耦接於影像感測器142，用以重建出液晶面板150之波前資訊，可將此波前資訊做量化分析，並取得完整的振幅與相位調制特性，同時能藉由兩正交偏振之振幅相位調制特性取得液晶面板之偏振態。在此討論之數位電腦144包含一具有電腦程式碼之一電腦可讀取媒體，且能藉由一電腦處理器加以執行任何或所有步驟、操作或所敘述之程序。在本發明之一實施例中，由影像感測器142與數位電腦144組合之影樣感測分析模組，具有短暫之曝光時間(exposure time)例如：60us，但並不以此為限，與較佳之畫面更新率例如：180fps，但並不以此為限，可高速地執行重建、分析、運算等步驟，進行即時的液晶面板光學相位、振幅與偏振之調制檢測。

應注意的是，本發明之數位全像顯微檢測方法，使用分光鏡將光束102分為參考光束104與物體光束106，故為一離軸式數位全像檢測裝置，因參考光束104與物體光束106夾了一角度，使得所成像之實像與虛像同樣具有夾角，而在重建平面上之影像將不會重疊而無法分辨。

可選擇地，步驟510至步驟550，如圖二B與圖四B所示，也可為透射式數位全像術並可經由透射式數位全像術使用之於液晶面板透射之物體光波資訊而達到光學振幅與相位之調制特性量測功效。

雖然在這裡已闡明與解釋特定實施例與所揭露之應用，該實施例並不意圖侷限於精確解釋，需了解，在不背離本發明所揭露之精神與範疇下， 本發明所揭露於此之元件與其之各種修正、變更、對於此領域之技術者為顯而易見之加以排列之延伸、操作、該方法之細節，以及在此所揭露之裝置與方法將不被侷限，且應包含於下述專利申請範圍內。

100‧‧‧數位全像顯微檢測裝置

102‧‧‧光束

104‧‧‧參考光束

106‧‧‧物體光束

110‧‧‧光源模組

120‧‧‧光學模組

130‧‧‧物鏡

140‧‧‧影像感測分析模組

150‧‧‧液晶面板

Claims (10)

1. 一種用來檢測液晶面板之裝置，該裝置包含：一光源模組，用以提供一光束；一光學模組，係配置於光源模組輸出該光束之光路上，用以將該光束分為一參考光束與一物體光束及用以改變該參考光束與該物體光束之行進方向，其中，該參考光束經過至少一分光鏡，分為二正交偏振之第一偏振參考光束與第二偏振參考光束；一物鏡，係配置於該光學模組與該液晶面板之該物體光束光路之間，用以導引該物體光束入射該液晶面板並接收由該液晶面板反射之該物體光束，或用以接收由該液晶面板透射之該物體光束；以及一影像感測分析模組，係配置於該物體光束行經液晶面板之另一光路上，用以收集該參考光束以及由該液晶面板反射或透射之該物體光束，其中，該物體光束係成像與非成像之繞射光束。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用來檢測液晶面板之裝置，其中該光學模組包含至少一分光鏡，用以將該光束分為該參考光束與該物體光束，或用以使該參考光束與該物體光束之行進方向一致，以進行該參考光束與該物體光束之干涉。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用來檢測液晶面板之裝置，其中該光學模組包含至少一面鏡，配置於該至少一分光鏡所分出之該參考光束與該物體光束之光路上，用以改變該參考光束與該物體光束之行進方向，以產生干涉。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用來檢測液晶面板之裝置，其中包括該參考光束經過該至少一分光鏡到達該影像感測分析模組；自該液晶面板反射或穿透之該物體光束透過該物鏡收光後，改變行進方向到達該影像感測分析模組；該影像感測分析模組收集該物體光束與該參考光束後重建該液晶面板之繞射影像並分析該液晶面板之光學性質。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用來檢測液晶面板之裝置，其中該影像感測分析模組包含至少一影像感測器與至少一數位電腦，用以即時檢測該液晶面板之光學性質。
6. 一種檢測液晶面板之方法，其包含下列步驟：一光源模組提供一光束；一光學模組將該光束分為一參考光束與一物體光束；在該光學模組中，該物體光束改變行進方向後到達一液晶面板，由該液晶面板反射或透射之該物體光束經該物鏡收光後到達一影像感測分析模組；在該光學模組中，該參考光束經過至少一分光鏡，分為二正交偏振之第一偏振參考光束與第二偏振參考光束，改變行進方向後，到達該影像感測分析模組；以及該影像感測分析模組收集該物體光束與該參考光束後重建該液晶面板之繞射影像並分析該液晶面板之光學性質，其中，該物體光束係成像與非成像之繞射光束。
7. 如申請專利範圍第6項所述之檢測液晶面板之方法，其中該光學模組包含至少一分光鏡，用以將該光束分為該參考光束與該物體光束，或用以使該參考光束與該物體光束之行進方向一致，以進行該參考光束與該物體光束之干涉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之檢測液晶面板之方法，其中該光學模組包含至少一面鏡，配置於該至少一分光鏡所分出之該參考光束與該物體光束正前方，用以改變該參考光束與該物體光束之行進方向，以產生干涉。
9. 如申請專利範圍第8項所述之檢測液晶面板之方法，其中包含步驟：該參考光束經過該至少一分光鏡到達該影像感測分析模組；自該液晶面板反射或透射之該物體光束透過該物鏡收光後，改變行進方向到達該影像感測分析模組；該影像感測分析模組收集該物體光束與該參考光束後重建該液晶面板之繞射影像並分析該液晶面板之光學性質。
10. 如申請專利範圍第6項所述之檢測液晶面板之方法，其中該影像感測分析模組包含至少一影像感測器與至少一數位電腦，用以即時檢測該液晶面板之光學性質。