TWI601938B - 即時檢測全場厚度的光學裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種檢測厚度的光學裝置，特別是指一種能即時檢測全場厚度的光學裝置。
隨著市場對於顯示器的需求，軟性顯示器(flexible display)已成為目前顯示器產業的研發重點之一，而軟性顯示器中最關鍵的元件即為可撓性基板。可撓性基板除了須具備良好的材料性質與光學特性之外，其厚度均勻度也是影響顯示器品質好壞的因素之一。
多數軟性顯示器採用捲對捲(Roll-to-Roll)的生產方式來達到快速量產，厚度不均勻的可撓性基板會導致軟性顯示器容易產生翹曲(warpage)甚至在製程中產生破裂或損壞，因此，可撓性基板厚度檢測在品管中是重要且必須的，而為了因應快速生產線上的厚度檢測需求，有必要發展即時全場厚度量測方法。
現有的全場厚度量測方法主要以光學干涉進行量測，而可概分為單點量測的光學干涉術及全場量測的光學干涉術。光學干涉術具有非接觸式、全域性及高準確度等量測之優點，其中，單點量測之光學干涉術必須透過點對點掃描之量測方式來完成全場量測；而全場量測之光學干涉術則必須使用相位移技術來求解相位，因此，此兩種量測方法均無法快速地量測全場之厚度分布，而較難應用於線上即時檢測。
有鑑於此，申請人於中華民國第I486550公告專利(以下簡稱前案)提出大範圍面積全場厚度量測理論-角度入射干涉術(Angular Incidence Interferometry，AII)即是克服前述缺點的光學干涉術。
前案無需執行相位移而藉由僅擷取一張能直接反應待測試片厚度的干涉條紋進行量測分析，雖克服現有光學干涉的缺點，然而，本領域技術人員均知，前案僅藉由該干涉條紋仍無法直接計算求得待測試片的全場厚度，仍需透過代入待測試片之平均厚度值或是試片中至少一點的絕對厚度值於計算式中，才能得到待測試片的全場厚度值。換句話說，要先得知待測試片平均厚度值或試片中一點之絕對厚度值時，仍需額外之時間與設備(例如單點之絕對厚度量測儀器)來求取。
因此，若可不必預知待測試片的平均厚度值或待測試片
中一點的絕對厚度值即可直接量測待測試片的全場絕對厚度，將能節省檢測上所需的時間及相關設備的成本，並能降低不同量測架設與方法間準確度不匹配而彼此限制的缺點。
因此，本發明之目的，即在提供一種即時檢測全場厚度的光學裝置。
於是，本發明即時檢測全場厚度的光學裝置，適用於即時檢測一平面待測件的全場厚度，該光學裝置包含二光源單元、二屏幕、二影像擷取器，及一影像處理模組。
該等光源單元分別產生一斜向行進至該平面待測件的一參考點的第一入射光，而能產生一第一干涉條紋，及一斜向行進至該參考點的第二入射光，而能產生一第二干涉條紋，該第一入射光與該第二入射光為點擴束而具同調性的球面光波，且該第一入射光於該參考點的一入射向量與該第二入射光於該參考點的一入射向量彼此不重疊。
該等屏幕分別用以將該第一干涉條紋與該第二干涉條紋成像於其上。
該等影像擷取器分別設置於該兩個屏幕之上，用以擷取該兩個屏幕上的干涉條紋的光強影像。
該影像處理模組與該等影像擷取器連接，用以將該第一干涉條紋與該第二干涉條紋的光強影像轉換成數位訊號，計算得知該參考點的整數級條紋級次，進而取得該平面待測件的全場厚度分布。
本發明之功效在於，藉由該等光源單元斜向入射該平面待測件的同一該參考點，而於該等屏幕上產生第一、第二干涉條紋，並讓該影像擷取器擷取干涉條紋的光強影像後，直接以該影像處理模組計算出該參考點的整數級條紋級次，進而直接求得該平面待測件的全場厚度分布。
100‧‧‧平面待測件
2‧‧‧光源單元
21‧‧‧雷射光源
22‧‧‧光束提升轉折器
C‧‧‧交點
L1‧‧‧第一延伸線
L2‧‧‧第二延伸線
L3‧‧‧第三延伸線
23‧‧‧空間濾波擴束器
3‧‧‧屏幕
4‧‧‧影像擷取器
5‧‧‧影像處理模組
51‧‧‧軟體分析單元
52‧‧‧繪圖顯示單元
C1‧‧‧第一交點
C2‧‧‧第二交點
O‧‧‧參考點
S1‧‧‧前表面
S2‧‧‧後表面
λ1‧‧‧第一入射光
λ2‧‧‧第二入射光
θi1‧‧‧斜向入射角度
θi2‧‧‧斜向入射角度
P‧‧‧任意點
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體示意圖，說明本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第一實施例並省略一影像處理模組；圖2是一剖面側視示意圖，輔助說明圖1的該第一實施例；圖3是一剖面側視示意圖，輔助說明圖1的該第一實施例；圖4是一剖面側視示意圖，輔助說明圖1的該第一實施例；圖5是一立體示意圖，說明本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第二實施例並省略該影像處理模組；
圖6是一立體示意圖，說明本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第三實施例並省略該影像處理模組；圖7是一剖面側視示意圖，輔助說明圖6的該第三實施例；圖8是一剖面側視示意圖，輔助說明圖6的該第三實施例；圖9是一剖面側視示意圖，輔助說明圖6的該第三實施例；圖10是一立體示意圖，說明本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第四實施例並省略該影像處理模組；圖11是一立體示意圖，說明本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第五實施例並省略該影像處理模組；圖12是一立體示意圖，說明本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第六實施例並省略該影像處理模組；圖13是一厚度分布模擬圖，說明本發明一模擬例的一平面待測件的厚度分布；圖14是一干涉條紋圖，說明該模擬例的該平面待測件的干涉條紋；圖15是一干涉條紋圖，說明該模擬例的該平面待測件的干涉條紋；圖16是一數值示意圖，說明該模擬例的該平面待測件的相對相位值；圖17是一數值示意圖，說明該模擬例的該平面待測件的相對
相位值；圖18是一數值示意圖，說明該模擬例的該平面待測件的整數級條紋級次；圖19是一厚度分布模擬圖，說明本發明該模擬例的該平面待測件的厚度分布；圖20是一干涉條紋圖，說明本發明一實驗例的一玻璃試片的干涉條紋；圖21是一干涉條紋圖，說明該實驗例的該玻璃試片的干涉條紋；圖22是一數值示意圖，說明該實驗例的該玻璃試片的相對相位值；圖23是一數值示意圖，說明該實驗例的該玻璃試片的相對相位值；圖24是一數值示意圖，說明該實驗例的該玻璃試片的整數級條紋級次；圖25是一數值分布圖，說明該實驗例的該玻璃試片的整數級條紋級次分布；圖26是一厚度分布圖，說明該實驗例的該玻璃試片的厚度分布；及圖27是一厚度分布圖，說明該實驗例的該玻璃試片的厚度分
布。
在本發明被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1~圖4，本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第一實施例適用於即時檢測一平面待測件100的全場厚度，包含二光源單元2、二屏幕3、二影像擷取器4，及一影像處理模組5。
該平面待測件100可為透明的玻璃基板或透明塑膠基板的透明材料所構成，也可以是非透明的材料所構成。若為透明塑膠基板時，可選自常見的聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚苯二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate，PEN)，或聚碳酸酯(polycarbonate，PC)。若為非透明材料時，則可選自矽晶圓或金屬薄膜。
圖2是圖1的剖面側視示意圖並連接該影像處理模組5，如圖2所示，該等光源單元2包括一雷射光源21、一光束提升轉折器22，及一空間濾波擴束器23。該光束提升轉折器22設置於該雷射光源21與該空間濾波擴束器之23間，該雷射光源21發出的雷射光束經由該光束提升轉換器22至該空間濾波擴束器23而形成具高同調性(coherence)點擴束的球面光波，圖中是以該等光源單元2
的光源行進中心路徑示意說明。
具體地說，本實施例的該雷射光源21是以氦氖(He-Ne)雷射做說明，該光束提升轉折器22可用以引導該雷射光源21發出的雷射光束至所需的高度與方向，而該空間濾波擴束器23則是用以過濾該雷射光束的空間雜訊，並均勻地擴展該雷射光束，以形成大範圍球面光波。此處要特別說明的是，當該平面待測件100為非透明材料所構成時，則該雷射光源21是以紅外線雷射取代氦氖雷射。
於本實施例中，是將該等光源單元2設置於該平面待測件100的同一側，並讓其中一光源單元2產生一以斜向行進至該平面待測件100的一參考點O的第一入射光λ1，也讓其中另一光源單元2產生一以斜向行進至該平面待測件100的該參考點O的第二入射光λ2，且該第一入射光λ1於該參考點O的一入射向量與該第二入射光λ2於該參考點O的一入射向量彼此不重疊，即，圖1中的α≠0∘。
詳細地說，圖3顯示光源單元2發出的光斜向行進至該平面待測件100的示意圖。由於該等光源單元2為產生點擴束球面光波，因此，當該第一入射光λ1行進至該平面待測件100的該任意點P時，會有一部份光波於該平面待測件100的前表面S1即反射，而另一部份的光波則遵守司乃耳定律(Snell’s Law)穿透該平面待測件100並於相反該前表面S1的後表面S2反射。此兩部份光波分別經該前表面S1與該後表面S2反射而交會於同一位置，且因該兩部份的
光具有光程差，從而產生一第一干涉條紋；同樣地，該第二入射光λ2也會具有如該第一入射光λ1的反射機制而產生一第二干涉條紋。
此外，圖1定義一由該參考點O沿一法線遠離該平面待測件100延伸的第一延伸線L1，及分別由該等光源單元2往該第一延伸線L1延伸的第二延伸線L2與第三延伸線L3，其中，該第一延伸線L1與該第二延伸線L2相交於一第一點C1，該第一延伸線L1與該第三延伸線L3交於一第二點C2，於本實施例中，該第一交點C1與該第二交點C2相交於同一交點C，且於本實施例中，該第二延伸線L2與該第三延伸線L3彼此正交(即α=90∘)，且該交點C至該參考點O的距離為L，該交點C至其中一該光源單元2的距離為D1，而至其中另一該光源單元2的距離為D2，且D1=D2=D。
此處要說明的是，距離L與距離D1、D2並無範圍限制，只要該等光源單元2發出的光能清楚照射於該平面待測件100，並於該等屏幕3上產生干涉條紋即可。於本實施例中，由於該等光源單元2與該交點C的距離相等(D1=D2=D)且具有相同的距離L，因此，該等光源單元2產生的該第一入射光λ1與該第二入射光λ2於該參考點O有相同的斜向入射角。
該等屏幕3與該等光源單元2位於該平面待測件100的同一側，並彼此間隔設置，而用以分別將該第一干涉條紋與第二干涉條紋成像於其上。該等屏幕3並無特別限制，只要能讓干涉條紋成
像於其上即可。
該等影像擷取器4分別設置於該等屏幕3之上，而用以擷取屏幕3上的干涉條紋的光強影像。本實施例中，該等影像擷取器4是以CCD攝像器為例做說明。
該影像處理模組5與該等影像擷取器4連接，並包括一軟體分析單元51及一繪圖顯示單元52。該軟體分析單元51將該第一干涉條紋的光強影像及該第二干涉條紋的光強影像轉換成數位訊號，並展開成連續之相對相位值進行數值運算得到一整數級條紋級次，進而藉由該整數級條紋級次求取該平面待測件的全場厚度分布。再將全場厚度數據傳送至該繪圖顯示單元52，以顯示出該平面待測件100的全場厚度。要說明的是，適用於本發明該軟體分析單元51是一般安裝於一電腦主機(圖未示)中的數值分析軟體，而該繪圖顯示單元52則是以連接該電腦主機而能顯示出該平面待測件100相關數據的螢幕為例做說明。
由此可知，本發明透過角度入射干涉術(AII)量測理論，藉由兩組光源單元2的擴束雷射光分別斜向入射該平面待測件100，直接產生的兩組與該平面待測件100的厚度變化相關的干涉條紋，來達到不必先以額外儀器(例如厚度量錶)量測平面待測件100的平均厚度或任一點的絕對厚度值，即可直接量測該平面待測件100的全場厚度，而能更有效節省檢測時間。
詳細地說，由圖1、圖3，及圖4可知，以該參考點O的座標位置為(0,0,0)，該第一入射光λ1與該第二入射光λ2具有相同的L值及D1=D2=D，因此，該第一入射光λ1與該第二入射光λ2於該參考點O的斜向入射角度分別以θi1(見圖3)與θi2(見圖4)表示之，且θi1與θi2可表示如下關係式(1)：
於本實施例中，由於該第二延伸線L2與該第三延伸線L3彼此正交(即α=90°)，故該第一入射光λ1與該第二入射光λ2於任意點P之斜向入射角度θi1與θi2可表示如下關係式(2)與關係式(3)：
以軟體分析單元51分別自該第一入射光λ1與該第二入射光λ2產生的該第一干涉條紋與該第二干涉條紋的數位影像中萃取出干涉光之間的相位分布φ 1(x,y)與φ 2(x,y)(即絕對相位)，並藉由空間中之幾何關係(即關係式(2)與關係式(3))計算該平面待測件100各個位置的該第一入射光λ1與該第二入射光λ2入射角度θi1與θi2，以推算出該平面待測件100之厚度t與其折射率n及光源單元2的光源波長λ之間的關係，而可表示如下關係式(4)與關係式(5)：
由此可知，只要求取絕對相位φ 1(x,y)或φ 2(x,y)即可得知該平面待測件100的厚度，本發明即是透過關係式(4)與關係式(5)之間之相關連性來簡化此兩關係式並直接聯立求解出絕對相位φ 1(x,y)與φ 2(x,y)。反觀現有光學干涉技術必須使用相位移技術來求得其絕對相位，不但相位移過程無法快速進行，且架設中必須使用特定的光學設備(如聲光調變器)或機構(如壓電致動或電動旋轉平台)以進行相位移技術；或即便使用AII量測理論取得單一張產生規則排列之干涉條紋，仍需先以額外設備量得該平面待測件100之任一點的絕對厚度，才能藉由數條紋的方式從一張由AII量測所得的干涉條紋影像中求得其絕對相位。
本發明由該第一入射光λ1與該第二入射光λ2產生該第一干涉條紋與該第二干涉條紋影像的絕對相位φ 1(x,y)與φ 2(x,y)與該平面待測件100的絕對厚度t(x,y)間的關係式(即關係式(4)與關係式(5))，可簡化表示如下式(6)與式(7)：t(x,y)=A 1(x,y)φ 1(x,y)…………………………………(6)
t(x,y)=A 2(x,y)φ 2(x,y)…………………………………(7)
其中：
要說明的是，該參考點O並非一定要定義為原點(0,0)，此處的推導以通式為主，故以下的方程式推導中，該參考點O以(x 0,y 0)表示，由於該第一入射光λ1與該第二入射光λ2入射於相同的該參考點(x 0,y 0)，因此，該兩組干涉條紋影像中，該參考點(x 0,y 0)其對應的A 1(x 0,y 0)=A 2(x 0,y 0)，而可得知如下式(10)：φ 1(x 0,y 0)=φ 2(x 0,y 0)……………………………………(10)
絕對相位φ 1(x,y)與φ 2(x,y)及其相對相位φ rel_1(x,y)與φ rel_2(x,y)的關係則可表示如下式(11)與式(12)：φ 1(x,y)=2πN 1(x 0,y 0)+φ rel_1(x,y)………………………(11)
φ 2(x,y)=2πN 2(x 0,y 0)+φ rel_2(x,y)………………………(12)
其中，N 1(x 0,y 0)與N 2(x 0,y 0)即分別為φ 1(x,y)與φ 2(x,y)於參考點(x 0,y 0)處的整數級條紋級次，而φ rel_1(x,y)與φ rel_2(x,y)是φ 1(x,y)與φ 2(x,y)分別以2πN 1(x 0,y 0)值與2πN 2(x 0,y 0)值為基準值的相對相位，且由於2πN 1(x 0,y 0)與2πN 2(x 0,y 0)為2π的整數倍，而φ rel_1(x,y)與φ rel_2(x,y)則為
2π的分數倍，因此由式(10)、式(11)，及式(12)可知，N 1(x 0,y 0)值必定等於N 2(x 0,y 0)值，所以可進一步地簡化式(11)與式(12)並搭配式(6)與式(7)可得知如下式(13)與式(14)：
藉由式(13)與式(14)可求得整數級條紋級次N 1(x 0,y 0)，如下式(15)的運算子：
由式(15)可知，該平面待測件100的各點均可計算出一個N 1(x 0,y 0)，也就是說，整數級條紋級次N 1(x 0,y 0)值可藉由直接擷取該平面待測件100中單一點而透過式(15)計算得到，較佳地，也可以藉由統計學分析該平面待測件100各點而計算出N 1(x 0,y 0)值，藉此找出統計上較佳的N 1(x 0,y 0)值結果，並帶回式(13)與式(14)即可求得該平面待測件100的全場絕對厚度t(x,y)。
參閱圖5，圖5為本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第二實施例省略該影像處理模組5的示意圖，該第二實施例大致相同於該第一實施例的架設，不同之處在於，是將該等光源單元2與該等屏幕3分別成對的架設於該平面待測件100的兩相反側，也
就是說，其中一光源單元2與其中一屏幕3位於該平面待測件100的相同側，而另一光源單元2與另一屏幕3則位於該平面待測件100的相對的另一側。以此方式的架設仍是藉由該等光源單元2斜向入射該平面待測件100而反射並分別於該等屏幕3上呈現干涉條紋，所以，本實施例中的該平面待測件100的全場厚度仍適用於該第一實施例所述的方式進行計算。
參閱圖6~圖9，圖6為本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第三實施例省略該影像處理模組5的示意圖，其架設方式大致相同於該第一實施例，不同之處在於，本實施例僅是將其中一個屏幕3設置於該平面待測件100的另一側，也就是說，該兩個屏幕3是分別位於該平面待測件100的兩相反側。以此方式架設時，位於與該等光源單元2不同側的該屏幕3是接收來自其中一個光源單元2的點擴束球面光波，如圖8與圖9所示，此球面光波遵守司乃耳定律，其一部份光波直接穿透該平面待測件100的前表面S1與後表面S2，而另一部份的光波也是穿透該平面待測件100的前表面S1後，再依序於該平面待測件100的後表面S2與前表面S1反射，最後穿透後表面S2。也由於此兩部分光具有光程差，從而於屏幕3上產生干涉條紋。因此，本實施例中的該平面待測件100的全場厚度仍適用於該第一實施例所述的方式進行計算。
參閱圖10~圖12，圖10~圖12分別顯示本發明即時檢測全場厚度的光學裝置的一第四實施例、一第五實施例，及一第六實施例省略該影像處理模組5的示意圖，其架設概念大致相同於該第三實施例均會有其中一個光源單元2發出的光是以穿透該平面待測件100而產生干涉條紋，不同之處在於，是此三個實施例分別將該等光源單元2與該等屏幕3以各種組合方式設置於該平面待側件100的兩相反側。
<模擬例>
以下該模擬例是根據前述該第一實施例的架設方式進行模擬實驗。
參閱圖13，圖13為模擬一尺寸為200mm×100mm且厚度為0.7mm的平面待測件100。
參閱圖14與圖15，圖14與圖15分別為該等屏幕3上所顯示的第一干涉條紋與第二干涉條紋，明顯的，該等干涉條紋均呈弧狀且朝同一方向排列而具有規律性。
參閱圖16~19，圖16與圖17分別為由圖14與圖15的干涉條紋所計算得到的相對相位φ rel_1(x,y)與φ rel_2(x,y)。圖18則顯示將該等相對相位φ rel_1(x,y)與φ rel_2(x,y)代入式(15)所計算得到的N 1(0,0)值，從圖12可清楚看出該平面待測件100各處皆可計算出一N 1(0,0)
值，且除了x=y之點所計算的結果外，其所計算的N 1(0,0)值皆為3259，因此，透過統計結果即可求得N 1(0,0)值為3259。最後，圖19顯示將求得的N 1(0,0)值為3259代入式(13)計算該平面待測件100的全場厚度，由圖19可看出該平面待測件100的全場厚度皆為0.7mm，與模擬的厚度完全相同。
<實驗例>
以下該實驗例是根據前述該第一實施例的架設方式進行實驗。
準備一尺寸為100mm×200mm且厚度標示為0.7mm的玻璃試片，量測區域為玻璃試片中心之40mm×60mm的區域。
參閱圖20~圖21，圖20與圖21分別顯示該等光源單元2斜向入射該玻璃試片，而於該等屏幕3上成像的該第一干涉條紋與該第二干涉條紋。由圖20與圖21可看出，其干涉條紋已產生彎曲變化與粗細變化，而可得知此玻璃試片具有厚度不均的現象。
參閱圖22~圖26，圖22與圖23分別為由圖20與圖21的干涉條紋所計算得到的相對相位φ rel_1(x,y)與φ rel_2(x,y)。圖24則顯示將該等相對相位φ rel_1(x,y)與φ rel_2(x,y)代入式(15)所計算得到的N 1(0,0)值，從圖24中可看出各處N 1(0,0)值的計算結果彼此間有些許偏差，可能是因實驗架設或量測系統之因素造成φ rel_1(x,y)與φ rel_2(x,y)在量
測上產生誤差所導致，但仍可透過統計方式求得較佳的N 1(0,0)值。圖25顯示圖24中所有N 1(0,0)值計算結果的統計直方圖，是將玻璃試片各點處相同的N 1(0,0)值計算結果做個數統計而記錄於直方圖中，所以直方圖的橫軸為N 1(0,0)值，而縱軸為統計數量。理想情況下，直方圖的統計應呈單一波峰，而圖25的統計結果為兩波峰分布主要即為前述實驗誤差所造成，因此，可利用高斯(Guassian)函數擬合兩波峰的輪廓，以找出最佳的N 1(0,0)值，經計算結果，圖25較為理想的N 1(0,0)值為3164。最後，圖26顯示有將擬合求得的N 1(0,0)值為3164代入式(13)計算此玻璃試片的全場厚度，由圖26可看出此玻璃試片確實具有厚度不均的分佈。
參閱圖27，進一步地以業界所使用的厚度量錶(解析度為1μm，準確度為3μm)量此前述的玻璃試片，以與本案的量測方法進行比較。以厚度量錶量測玻璃試片中心線(x=0)上的各點絕對厚度，取點間距為10mm，因此，此玻璃試片可取樣7點，分別為點(0,-30)、點(0,-20)、點(0,-10)、點(0,0)、點(0,10)、點(0,20)，及點(0,30)。如圖27所示，實線代表以本發明方式所量測的玻璃試片全場厚度，而圓圈標示則代表以厚度量錶量測玻璃試片的厚度，由結果可知，藉由本發明架設的即時檢測全場厚度的光學裝置所量測出的全場厚度，相較於厚度量錶所量測的厚度，兩者趨勢分布吻合，最大差異僅為0.5%。
綜上所述，本發明即時檢測全場厚度的光學裝置，藉由兩組光源單元2斜向入射該平面待測件100的同一個參考點O，而分別在該等屏幕3上產生第一干涉條紋與第二干涉條紋，在直接以該影像擷取器4擷取干涉條紋的光強影像後，透過該影像處理模組5的軟體分析單元51計算出的整數級條紋級次N 1(x 0,y 0)，從而可直接求得該平面待測件100的全場厚度分布，無需如現有光學干涉技術還須經過相位移，或先以其它設備量測該平面待測件100的任一點的絕對厚度，因此，本發明的光學裝置的架設能節省檢測上所需的時間與相關設備的成本，更符合應用於生產快速的生產線上的即時線上檢測厚度地需求，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
100‧‧‧平面待測件
2‧‧‧光源單元
3‧‧‧屏幕
4‧‧‧影像擷取器
C1‧‧‧第一交點
C2‧‧‧第二交點
C‧‧‧交點
L1‧‧‧第一延伸線
L2‧‧‧第二延伸線
L3‧‧‧第三延伸線
O‧‧‧參考點
S1‧‧‧前表面
λ1‧‧‧第一入射光
λ2‧‧‧第二入射光
Claims (10)
- 一種即時檢測全場厚度的光學裝置，適用於即時檢測一平面待測件的全場厚度，該光學裝置包含：二光源單元，分別產生一斜向行進至該平面待測件的一參考點的第一入射光，而能產生一第一干涉條紋，及一斜向行進至該參考點的第二入射光，而能產生一第二干涉條紋，該第一入射光與該第二入射光為點擴束而具同調性的球面光波，且該第一入射光於該參考點的一入射向量與該第二入射光於該參考點的一入射向量彼此不重疊；二屏幕，分別用以將該第一干涉條紋與該第二干涉條紋成像於其上；二影像擷取器，分別設置於該兩個屏幕之上，用以擷取該兩個屏幕上的干涉條紋的光強影像；及一影像處理模組，與該等影像擷取器連接，用以將該第一干涉條紋與該第二干涉條紋的光強影像轉換成數位訊號，計算得知該參考點的整數級條紋級次，以取得該平面待測件的全場厚度分布。
- 如請求項1所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中，該影像處理模組由該第一干涉條紋及該第二干涉條紋中萃取出二絕對相位φ 1(x,y)與φ 2(x,y)，在該參考點(x 0,y 0)時，該等絕對相位φ 1(x,y)與φ 2(x,y)、該第一干涉條紋與該第二干涉條紋的整數級條紋級次N 1(x 0,y 0)與N 2(x 0,y 0)，及該第一干涉條紋與該第二干涉條紋兩相對的相對相位φ re_l1(x,y)與φ rel_2(x,y)的關係表示為φ 1(x,y)=2πN 1(x 0,y 0)+φ rel_1(x,y)及 φ 2(x,y)=2πN 2(x 0,y 0)+φ rel_2(x,y)，且由φ 1(x 0,y 0)=φ 2(x 0,y 0)得N 1(x 0,y 0)=N 2(x 0,y 0)。
- 如請求項2所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中，該第一入射光的一斜向入射角度為θ i1、該第二入射光的一斜向入射角度為θ i2、該光源單元的一光波長λ，及該平面待測件的折射率n，該平面待測件之相對該第一干涉條紋與該第二干涉條紋的厚度t(x,y)分別表示為：
- 如請求項1所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中，定義一由該參考點沿一法線遠離該平面待測件延伸的第一延伸線，及分別由該等光源單元往該第一延伸線延伸的第二延伸線與第三延伸線，且該第一延伸線與該第二延伸線相交於一第一交點，而該第一延伸線與該第三延伸線相交於一第二交點。
- 如請求項4所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中， 該第一交點與該第二交點至該參考點的距離皆為L，該第一交點至該其中一該光源單元的距離為D1，而該第二交點至其中另一該光源單元的距離為D2，且D1=D2=D。
- 如請求項5所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中，該第一入射光與該第二入射光的一斜向入射角度分別為θ i1與θ i2，且。
- 如請求項1所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中，每一個該光源單元包括一雷射光源、一光束提升轉折器，及一空間濾波擴束器，該光束提升轉折器設置於該雷射光源與該空間濾波擴束器之間，該雷射光源發出的光經由該光束提升轉折器至該空間濾波擴束器而形成該第一入射光與該第二入射光。
- 如請求項1所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中，該影像處理模組包括一軟體分析單元及一繪圖顯示單元，該軟體分析單元將該第一干涉條紋與該第二干涉條紋的光強影像轉換成數位訊號，並計算該等數位訊號而取得該參考點的該整數級條紋級次，並藉由該整數級條紋級次取得該平面待測件的全場厚度，該繪圖顯示單元繪出該全場厚度分布。
- 如請求項1所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中，該平面待測件為玻璃基板或透明塑膠基板，該透明塑膠基板是由一選自下列構成之群組的材料所製成：聚乙烯對苯二甲酸酯、聚苯二甲酸乙二酯，及聚碳酸酯。
- 如請求項1所述的即時檢測全場厚度的光學裝置，其中， 該平面待測件為非透明材料所製成，該非透明材料為矽晶圓或金屬薄膜，且該光源單元產生紅外線雷射。
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