TWI802878B - 使用液晶型薩爾瓦稜鏡的差分干涉對比顯微鏡 - Google Patents

Abstract

本發明為差分干涉對比顯微鏡，包含線性偏振光源、分光鏡、物鏡、液晶型薩爾瓦稜鏡、筒鏡、波板及偏振感光元件，由線性偏振光源朝物鏡發出線性偏振光束，經由液晶型薩爾瓦稜鏡將線性偏振光束橫向剪移，形成偏振態互相垂直的尋常光及異常光，再由被觀察物件反射回來的尋常光及異常光，合併為一束，最後物鏡將合併光束所攜帶的影像，經分光鏡及波板後，成像在偏振感光元件上，而獲得包含多個穿透軸角度訊息的影像，以解決先前技術須手動旋轉檢偏板，並多次拍攝影像而造成檢測時間冗長之問題。

Description

使用液晶型薩爾瓦稜鏡的差分干涉對比顯微鏡

本發明為一種差分干涉對比顯微鏡，特別為一種使用液晶型薩爾瓦（Savart）稜鏡為剪切元件，且以偏振感光元件為感光元件的差分干涉對比顯微鏡（Differential Interference Contrast Microscope，DICM）。

按，精密科技的不斷發展，研發單位對顯微鏡的精密度要求不斷提升，人們發展出亮場、暗場、干涉、相位及差分干涉對比顯微鏡等不同高精度顯微鏡，其中在觀察透明樣品與形貌輪廓方面具特別突出的差分干涉對比顯微鏡，更是技術發展中不可或缺的角色。

本案發明人鑒於上述科技趨勢，曾於2017年提出中華民國第I677705號專利，以液晶型薩爾瓦稜鏡為剪切元件應用於差分干涉對比顯微鏡，解決過去差分干涉對比顯微鏡在視場方面之問題，並提升其解析度。

然而，該先前技術係同時由二組液晶型薩爾瓦稜鏡所構成，在結構上相對複雜，且製作工法難度較高，良率較低，不易製作。

另一方面，由於該先前技術係同時由二組液晶型薩爾瓦稜鏡所構成，光線必須經過相當厚實的玻璃基板，進而導致影像因明顯像差而失真。

再者，該先前技術，在感光元件之前設有手動旋轉檢偏板，在進行檢測時，須多次旋轉檢偏板，以及多次的拍攝，過程相當耗費時間，而且以手動旋轉檢偏板的方式，容易造成誤差而降低檢測的精準度。

鑑於上述先前技術所衍生的各項缺點，本案發明人乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本發明之差分干涉對比顯微鏡。

本發明揭露三種以液晶型薩爾瓦稜鏡為剪切元件的差分干涉對比顯微鏡，其目的在於： 1.   減化剪切元件的結構； 2.   降低液晶型薩爾瓦稜鏡玻璃基板所導致的像差，提升檢測的精準度； 3.   移除旋轉檢偏板之步驟，縮短檢測時間； 4.   增加自動化檢測的可能性。

第一種差分干涉對比顯微鏡包含線性偏振光源、分光鏡、物鏡、液晶型薩爾瓦稜鏡、筒鏡、波板及偏振感光元件；其中，由線性偏振光源發出的線性偏振光束，依序經過分光鏡、物鏡、液晶型薩爾瓦稜鏡後，照射在被檢測物件上；該線性偏振光束繼而被物件反射而形成反射光，反射光再依序經過液晶型薩爾瓦稜鏡、物鏡、分光鏡、筒鏡、波板後，成像於偏振感光元件。

其中，線性偏振光源包含低同調光源、極化器及聚光鏡；由低同調光源發出的低同調光束，經過極化器後轉換為線性偏振光，再經過聚光鏡收集成線性偏振光束後照射到被檢測物件上。

其中，液晶型薩爾瓦稜鏡依序包含第一導電玻璃、第一液晶層、第二導電玻璃、第二液晶層及第三導電玻璃；其中第一液晶層及第二液晶層皆含有液晶分子，且第一液晶層與第二液晶層的液晶分子之配向方向為相互正交。

其中，當第一液晶層或第二液晶層的液晶分子光軸與液晶型薩爾瓦稜鏡晶面法線平行時，液晶狀態為關閉狀態；當第一液晶層或第二液晶層的液晶分子光軸與液晶型薩爾瓦稜鏡晶面法線之間具有一夾角（例如夾45 ^o角）時，液晶狀態為開啟狀態；其中光軸即為液晶分子的長軸方向。

承上所述，本發明之液晶型薩爾瓦稜鏡包含二層液晶層，量測者可以藉由操控第一液晶層及第二液晶層的驅動電壓，而達到控制液晶分子光軸的傾斜角度，進而實現液晶型薩爾瓦稜鏡對光線的水平及縱向剪切的調控功能。

當線性偏振光源朝向被檢測物件發出線性偏振光束，且線性偏振光束通過液晶型薩爾瓦稜鏡時，線性偏振光束被液晶型薩爾瓦稜鏡拆分為尋常光及異常光，並分別照射到被檢測物件而反射並重新合併為干涉光束；反射回來的干涉光束則被分光鏡反射至筒鏡及波板後，成像於偏振感光元件。

其中，偏振感光元件包含像素（Pixel）型感光元件，以及在像素型感光元件上的偏振模組，而偏振模組乃由重複的2×2像素型偏振片所構成，促使偏振感光元件得以在一次拍攝中，獲得對應不同穿透軸角度的多個影像。

第二種差分干涉對比顯微鏡，則包含線性偏振光源、物鏡、液晶型薩爾瓦稜鏡、筒鏡、波板及偏振感光元件，其中線性偏振光源發射一線性偏振光束經受測物件、液晶型薩爾瓦稜鏡、物鏡、筒鏡及波板，接著成像於偏振感光元件。第二種差分干涉對比顯微鏡乃針對透明受測物件的檢測用。

第三種差分干涉對比顯微鏡，其係第一種差分干涉對比顯微鏡與第二種差分干涉對比顯微鏡得結合，當物件不具透光性時，量測者可開啟第一種差分干涉對比顯微鏡的線性偏振光源，並關閉第二種差分干涉對比顯微鏡的線性偏振光源，此時偏振感光元件所接收到的影像，乃係由物件反射而來的干涉光束。

若物件具透光性時，量測者開啟第二種差分干涉對比顯微鏡的線性偏振光源，並關閉第一種差分干涉對比顯微鏡的線性偏振光源，此時偏振感光元件所接收到的影像，乃係由物件穿透而來的干涉光束。

綜上所述，本發明之差分干涉對比顯微鏡，以液晶型薩爾瓦稜鏡為剪切元件，且在第一液晶層與第二液晶層之間僅有一片導電玻璃，藉以達到簡化液晶型薩爾瓦稜鏡的結構，及縮小其厚度之目的。

再者，本發明之差分干涉對比顯微鏡，其以偏振感光元件取代傳統影像感測器，因此無須安裝檢偏板，當然不必旋轉檢偏板，而可以在一張影像中，獲得多個穿透軸角度所對應的影像，無須再經過多次拍攝，達成縮短檢測時間之目的。

據上論結，本發明的液晶型薩爾瓦稜鏡構造簡單、厚度較薄、優異的檢測精準度，且本發明可在更短時間內完成檢測。

為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱圖1，其係為本發明之第一種差分干涉對比顯微鏡示意圖，如圖所示，第一種差分干涉對比顯微鏡包含線性偏振光源1、分光鏡2、物鏡3、液晶型薩爾瓦稜鏡4、筒鏡5、波板6及偏振感光元件7；其中線性偏振光源1發射線性偏振光束100後，它依序通過分光鏡2、物鏡3、液晶型薩爾瓦稜鏡4後，照射在物件8之第一側801而形成反射光；反射光反向經薩爾瓦稜鏡4及物鏡3後，被分光鏡2引導而依序經過筒鏡5及波板6，最後成像於偏振感光元件7。

其中，線性偏振光源1包含低同調光源11、極化器12及低數值孔徑聚光鏡13；極化器12及聚光鏡13將低同調光源11所發射低同調光束110轉換成線性偏振光束100且將此光束聚斂進入物鏡3；物鏡3則可以消除因液晶型薩爾瓦稜鏡4之玻璃厚度所造成的像差。

請參閱圖2，其係為本發明之液晶型薩爾瓦稜鏡示意圖。本發明之液晶型薩爾瓦稜鏡4，依序包含第一導電玻璃431、第一液晶層421、第二導電玻璃432、第二液晶層422、第三導電玻璃433，其中第一液晶層421與第二液晶層422包含液晶分子423，且第一液晶層421的配向方向與X軸平行，而第二液晶層422的配向方向與Y軸平行；換句話說，第一液晶層421與第二液晶層422的配向方向相互正交。

其中，第一導電玻璃431、第二導電玻璃432及第三導電玻璃433與波形產生器41連接，波形產生器41得以透過控制第一導電玻璃431與第二導電玻璃432之間的驅動電壓，而控制第一液晶層421的驅動電壓，亦可以透過控制第二導電玻璃432與第三導電玻璃433之間的驅動電壓，而控制第二液晶層422的驅動電壓。

請參閱圖3，其係為第一液晶層開啟狀態示意圖。液晶型薩爾瓦稜鏡之第一液晶層421包含液晶分子423，當第一液晶層421的驅動電壓為零時液晶分子423皆為平躺排列。

當第一液晶層421的驅動電壓介於0至飽和電壓時，液晶分子423的光軸424與晶面法線成一夾角425，故當線性偏振光束100入射第一液晶層421時，線性偏振光束100會有剪切現象。

當線性偏振光束100以小的入射角104、方位角105入射進第一液晶層421時，線性偏振光束100被分成尋常光101與異常光102，並造成X方向的橫向剪切；換句話說，二道光的波前因此分開了一個剪切距離106和光程差107。

其中，剪切距離106的公式如下：

，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2） 其中，

表示尋常光101和異常光102的剪切距離106，β為液晶分子423的傾斜角425，t表示第一液晶層421（或第二液晶層422）的厚度，n _o為液晶分子423尋常光折射率，n _e為液晶分子423異常光折射率。

又其中，光程差107的公式如下：

，　　　　　　　　　　（3）

，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4）

，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（5）

，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（6）

；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（7） 其中，Λ _β表示尋常光101和異常光102分量的光程差107，φ表示線性偏振光束100的入射角104，θ為線性偏振光束100的方位角105，β為液晶分子423的傾斜角425，t表示第一液晶層421（或第二液晶層422）的厚度，n _o為液晶分子423尋常光折射率，n _e為液晶分子423異常光折射率。

請參閱圖4，其係為第一液晶層關閉狀態示意圖。當第一液晶層421的驅動電壓大於等於飽和電壓（例如飽和電壓為10伏特）時，液晶分子423會呈站立排列，（即β≈0°）；依(1)式及(3)-(7)式，此時經過第一液晶層421的光束，其剪切現象消失，光程差107為：

；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（8）

；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9） 其中，Λ _β=0表示任意二光束在傾斜角425（β）為零度時，尋常光101與異常光102的光程差107，φ表示入射光束的入射角104，n _o為液晶分子423尋常光折射率，n _e為液晶分子423異常光折射率。

請參閱圖5，其係本發明之物鏡及液晶型薩爾瓦稜鏡的放大圖。在第一種差分干涉對比顯微鏡中，為使液晶型薩爾瓦稜鏡4對線性偏振光束100產生X方向的剪切現象，故本發明對第一液晶層421施加介於0至飽和電壓之間的驅動電壓（例如2.5伏特），且對第二液晶層422施加大於等於飽和電壓的驅動電壓（例如10伏特），此時第一液晶層421呈開啟狀態，第二液晶層422呈關閉狀態。

請同時參閱圖1及圖5，在第一種差分干涉對比顯微鏡中，線性偏振光束100進入物鏡3後，以小的入射角104及方位角105進入液晶型薩爾瓦稜鏡4，而通過第一液晶層421與第二液晶層422後，線性偏振光束100被分成尋常光101與異常光102，且二道光波有剪切距離106和光程差107的關係。

在尋常光101與異常光102照射到物件8後，分別被反射，再經薩爾瓦稜鏡4且重新合併成干涉光束103，其中，干涉光束103具有總光程差108，且可以如下公式表示：

；　　　　　　　（10） 其中，

表示干涉光束103中，尋常光101和異常光102的總光程差108，

為兩剪切光線所照射物件的輪廓高度差803。

反射回來的干涉光束103，重新經過物鏡3且被分光鏡2引導經過筒鏡5及波板6，最後成像於偏振感光元件7。

請參閱圖6及圖7，其係偏振感光元件及偏振片層的示意圖。偏振感光元件7的結構依序包含像素型感光元件71、偏振片層72及保護鏡片73，其中偏振片層72係由重複的2×2像素型偏振片所構成；每2×2像素型偏振片包含第一偏振片721、第二偏振片722、第三偏振片723及第四偏振片724，其中第一偏振片721的穿透軸角度（α）為90722的穿透軸角度（α）為45723的穿透軸角度（α）為135724的穿透軸角度（α）為0

當偏振感光元件7接收到干涉光束103時，會產生干涉訊號，且干涉訊號的強度（ I）正比於

；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（11） 其中，α表示光束所通過之偏振片的穿透軸角度，λ表示光束波長。

根據上述強度的正比關係，偏振感光元件7接收到的光強即為公式（11）沿物鏡光錐(Aperture cone)所包圍的角度積分的結果，其積分結果

；　　　　　　　　（12） 其中，λ表示光束波長、cos ^aφ為權函數（Weighting function）、φ _max=sin ^-1(NA)，且NA表示物鏡3的數值孔徑。

進一步解析公式（12）後，可將之整理為：

，　　　　　　　　　　　　　　（13）

，　　　　　　　　　　　　　　　　（14a）

,，　　　　　　　　　　　　　　　（14b）

；　　　　　　　　　　　　　　（14c）

以數學程式軟體(MATLAB)編寫程式，分析f _c(Δw)及f _s(Δw)，其中t=2.0μm、n _o=1.5189、n _e=1.7302、β=30°且a=1/2，（其中t、n _o、n _e及β的數值是根據實施例的液晶型薩爾瓦稜鏡4而定，而a是假設物鏡3為消球差的齊明物鏡）。

請參閱圖8及9，其係程式分析f _c(Δw)及f _s(Δw)的結果圖。當NA=0.15-0.55，且Δw=0-λ時，前述程式的分析結果顯示，f _c(Δw)近似於一個餘弦函數，而f _s(Δw)則近似於一個正弦函數，且其初始相位、週期、振幅會隨著NA的改變而變化。例如，當NA=0.15時，其初始相位為-0.36π，週期為0.5λ且振幅為1.0；而當NA=0.55時，其初始相位為-0.4π，週期為0.54λ且振幅為0.99。

根據上述分析結果，公式(13)可以整理為：

，　　　（15） 或

，　　　　（16）

；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（17） 其中γ表示振幅，C表示週期校正係數，τ表示f _c(Δw)及f _s(Δw)的初始相位，

表示相位差。

其中，公式（15）和（16）的推導結果是合理的，因偏振感光元件7所接收到的干涉影像不完全由垂直入射光線所貢獻，而是由物鏡光錐內的光線所貢獻而得。

其中，尋常光101和異常光102可以被視為，相位差為

的同軸傳遞光束。

其中，相位差

可以利用四步相位移法而獲得，而所謂四步相位移法是令，相位2α = 090180270 I ₁、 I ₂、 I ₃及 I ₄；此時依(16)式得

。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（18）

換言之，偏振感光元件7所拍攝的一張干涉影像，可依偏振片層的穿透軸角度，拆分為 I ₁、 I ₂、 I ₃及 I ₄四張干涉影像，它們可被據以求得

。

本領域具有通常知識者應知悉，初始相位（2α）必須為已知，才能完成　　　　式的計算。本領域具有通常知識者可以利用相同的差分干涉對比顯微鏡及四步相位移法，測量沒有高低差的平坦物件（例如平面度誤差（flatness error）值小於λ/20的鏡面）而獲得f _c(Δw)及f _s(Δw)的初始相位　。

後續我們稱 I ₁、 I ₂、 I ₃及 I ₄為剪切干涉影像（或差分干涉對比影像 ），

所對應影像為相位剪切干涉影像（或相位差分干涉對比影像）。

當本領域具有通常知識者欲將本發明之差分干涉對比顯微鏡，調為Y方向剪切時，可以透過將第一液晶層421改為關閉狀態，且第二液晶層422改為開啟狀態的方式達成，並藉以獲得夾有Y方向輪廓高度差資訊的干涉光束103。

請參閱圖10，其係第一種差分干涉對比顯微鏡的第二型式示意圖，且其與初始型式的差異在於，線性偏振光源1與筒鏡5、波板6及偏振感光元件7的位置互相調換。如圖所示，第一種差分干涉對比顯微鏡的第二型式，依序包含偏振感光元件7、波板6、筒鏡5、分光鏡2、物鏡3、液晶型薩爾瓦稜鏡4，而線性偏振光源1則置於分光鏡2的一側。

其中，線性偏振光源1朝分光鏡2發射線性偏振光束100後，分光鏡引導線性偏振光束100通過物鏡3、液晶型薩爾瓦稜鏡4而照射到物件8，再被物件8反射而形成反射光，依序通過液晶型薩爾瓦稜鏡4、物鏡3、分光鏡2、筒鏡5、波板6，最後成像於偏振感光元件7。

請參閱圖11，其係第一種差分干涉對比顯微鏡的實施例示意圖。在此實施例中，第一種差分干涉對比顯微鏡更包含波形產生器41、電腦74、位移平台81及驅動器82。

其中，波形產生器41與液晶型薩爾瓦稜鏡4連接，藉以控制第一液晶層421及第二液晶層422的開啟或關閉狀態。

其中，電腦74與偏振感光元件7連接，而使偏振感光元件7所拍攝的影像可以即時傳遞至電腦74，以分解出剪切干涉影像，並計算出相位剪切干涉影像。

其中，位移平台81上乘載物件8，且位移平台81與驅動器82連接，使用者得以藉由操控驅動器82，而控制位移平台81，使物件8得以位於物鏡3的焦平面上。

請參閱圖12，其係本發明之第二種差分干涉對比顯微鏡示意圖。本發明之第二種差分干涉對比顯微鏡主要適用於具有透光性的物件8，又可以稱之為穿透式差分干涉對比顯微鏡，第二種差分干涉對比顯微鏡包含線性偏振光源1、物鏡3、液晶型薩爾瓦稜鏡4、筒鏡5、波板6及偏振感光元件7。

其中，線性偏振光源1發射線性偏振光束100，依序穿過物件8、液晶型薩爾瓦稜鏡4、物鏡3、筒鏡5及波板6後，成像於偏振感光元7。

請參閱圖13-15，其分別係為本發明之第二種差分干涉對比顯微鏡的第二、第三及第四型式。這些型式乃透過反光鏡9的引入，達到縮短第二種差分干涉對比顯微鏡長度之目的。

請參閱圖16，其係本發明之第三種差分干涉對比顯微鏡示意圖。本發明之第三種差分干涉對比顯微鏡為第一種及第二種差分干涉對比顯微鏡的結合，又可以稱之為反射暨穿透式差分干涉對比顯微鏡。

第三種差分干涉對比顯微鏡包含第一線性偏振光源1a、第二線性偏振光源1b、分光鏡2、物鏡3、液晶型薩爾瓦稜鏡4、筒鏡5、波板6、及偏振感光元件7。

其中第一線性偏振光源1a、分光鏡2、物鏡3、液晶型薩爾瓦稜鏡4、筒鏡5、波板6及偏振感光元件7構成本計畫之第一種差分干涉對比顯微鏡，適用於反射物件的檢測。

又其中第二線性偏振光源1b、分光鏡2、物鏡3、液晶型薩爾瓦稜鏡4、筒鏡5、波板6、及偏振感光元件7構成本計畫之第二種差分干涉對比顯微鏡，適用於穿透物件的檢測。

請參閱圖17，其係本發明之第三種差分干涉對比顯微鏡第二型式示意圖，且其與初始型式的差異在於第一線性偏振光源1a與筒鏡5、波板6、及偏振感光元件7之間的位置互相調換。

請參閱圖18，其係本發明之第三種差分干涉對比顯微鏡第三型式示意圖，且其與初始型式的差異在於反射鏡9的引入，使得其占據的空間縮小。

請參閱圖19，其中 I ₁、 I ₂、 I ₃及 I ₄係發明人以第一種差分干涉對比顯微鏡，檢測第一樣品所得的X方向剪切干涉影像，每一影像的大小為1224×1026個像素，每一像素代表0.348μm×0.348μm的長與寬度；其中第一樣品係一片88 nm高的VLSI階高標準塊 （VLSI step-height standard）。

請參閱圖20，其係圖19的結果並使用四步相位移法計算所得的X方向相位剪切干涉影像。

請參閱圖21及22；前者係發明人以第一種差分干涉對比顯微鏡，檢測第一樣品所得的Y方向剪切干涉影像；後者係前者的結果並使用四步相位移法計算所得的Y方向相位剪切干涉影像。

請參閱圖23及24，其分別係發明人以第一種差分干涉對比顯微鏡，檢測第二樣品所得的X及Y方向相位剪切干涉影像；其中，第二樣品為一片鍍有氮化鉻薄膜的矽基板；此檢測結果說明，本發明之差分干涉對比顯微鏡，可以觀察到亮場顯微鏡所無法檢測到的瑕疵特徵(即瑕疵是凹或凸)。

請參閱圖25及26，其分別係發明人以第一種差分干涉對比顯微鏡，檢測第三樣品所得的X及Y方向相位剪切干涉影像；其中第三樣品為未染色的洋蔥表皮細胞。此檢測結果說明，本發明之差分干涉對比顯微鏡，其取得影像有亮場顯微鏡所無法達到的對比度。

綜上所述，本發明與先前技術的差分干涉對比顯微鏡相比，在只使用一片液晶型薩爾瓦稜鏡，因此簡化剪切元件的結構；又以偏振感光元件取代傳統感光元件，因此可以在一張影像中，獲得多個穿透軸角度所對應影像，實現縮短檢測時間之目的。

此外，在本發明中，液晶型薩爾瓦稜鏡及載物位移平台皆可以電子儀器操控之，藉此令本發明的差分干涉對比顯微鏡具有自動化檢測成為可能。

另外，本發明中所提及的被檢測物件8，係用於輔助說明本發明構件之間的位置關係或其功能作用，但本發明所主張保護的標的，並不包括物件8。

據上論結，本發明不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請　貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

1:線性偏振光源 1a:第一線性偏振光源 1b:第二線性偏振光源 100:線性偏振光束 100a:第一線性偏振光束 100b:第二線性偏振光束 101:尋常光 102:異常光 103:干涉光束 104:入射角 105:方位角 106:剪切距離 107:光程差 108:總光程差 11:低同調光源 11a:低同調光源 11b:低同調光源 110:低同調光束 12:極化器 12a:極化器 12b:極化器 13:聚光鏡 13a:聚光鏡 13b:聚光鏡 2:分光鏡 3:物鏡 4:液晶型薩爾瓦稜鏡 41:波形產生器 421:第一液晶層 422:第二液晶層 423:液晶分子 424:光軸 425:傾斜角 431:第一導電玻璃 432:第二導電玻璃 433:第三導電玻璃 5:筒鏡 6:波板 7:偏振感光元件 71:像素型感光元件 72:偏振片層 721:第一偏振片 722:第二偏振片 723:第三偏振片 724:第四偏振片 73:保護鏡片 74:電腦 8:物件 801:第一側 802:第二側 803:高度差 81:位移平台 82:驅動器 9:反光鏡

圖1 為本發明之第一種差分干涉對比顯微鏡示意圖； 圖2 為本發明之液晶型薩爾瓦稜鏡示意圖； 圖3 為液晶層開啟狀態示意圖； 圖4 為液晶層關閉狀態示意圖； 圖5 為本發明之物鏡及液晶型薩爾瓦稜鏡的放大圖； 圖6 為偏振感光元件示意圖； 圖7 為偏振片層示意圖； 圖8 為本發明之f _c(Δw)的數值計算結果圖； 圖9 為本發明之f _s(Δw)的數值計算結果圖； 圖10 為第一種差分干涉對比顯微鏡的第二型式； 圖11 為本發明之第一種差分干涉對比顯微鏡的實施例示意圖； 圖12 為本發明之第二種差分干涉對比顯微鏡示意圖； 圖13 為本發明之第二種差分干涉對比顯微鏡的第二型式； 圖14 為本發明之第二種差分干涉對比顯微鏡的第三型式； 圖15 為本發明之第二種差分干涉對比顯微鏡的第四型式； 圖16 為本發明之第三種差分干涉對比顯微鏡示意圖； 圖17 為本發明之第三種差分干涉對比顯微鏡的第二型式； 圖18 為本發明之第三種差分干涉對比顯微鏡的第三型式； 圖19 為第一樣品的X方向剪切干涉影像； 圖20 為第一樣品的X方向相位剪切干涉影像； 圖21 為第一樣品的Y方向剪切干涉影像； 圖22 為第一樣品的Y方向相位剪切干涉影像； 圖23 為第二樣品的X方向相位剪切干涉影像； 圖24 為第二樣品的Y方向相位剪切干涉影像； 圖25 為第三樣品的X方向相位剪切干涉影像； 圖26 為第三樣品的Y方向相位剪切干涉影像。

1:線性偏振光源

100:線性偏振光束

11:低同調光源

110:光束

12:極化器

13:聚光鏡

2:分光鏡

3:物鏡

4:液晶型薩爾瓦稜鏡

5:筒鏡

6:波板

7:偏振感光元件

8:物件

801:第一側

802:第二側

Claims (10)

1. 一種差分干涉對比顯微鏡，係用於檢測一物件，該差分干涉對比顯微鏡包含：一第一線性偏振光源，朝該物件發出一第一線性偏振光束，該第一線性偏振光源是一線性偏振光源；一分光鏡，設於該線性偏振光源與該物件之間；一物鏡，設於該分光鏡與該物件之間；一液晶型薩爾瓦稜鏡，設於該物鏡與該物件之間；一偏振感光元件，設於該分光鏡的反射光路徑上，該偏振感光元件依序包含一像素型感光元件及一偏振片層，其中該偏振片層包含一像素型偏振片；各該像素型偏振片包含一第一偏振片、一第二偏振片、一第三偏振片及一第四偏振片，該第一偏振片的穿透軸角度為90°，該第二偏振片的穿透軸角度為45°，該第三偏振片的穿透軸角度為135°，該第四偏振片的穿透軸角度為0°；一筒鏡，設於該偏振感光元件與該分光鏡之間；一波板，設於該偏振感光元件與該分光鏡之間；其中，該線性偏振光束，依序經過該分光鏡、該物鏡、該液晶型薩爾瓦稜鏡後，照射在該物件的第一側上，且該第一線性偏振光束被該物件反射而形成反射光，該反射光再依序經過該液晶型薩爾瓦稜鏡、該物鏡、該分光鏡、該筒鏡與波板後，成像於該偏振感光元件。
2. 如請求項1所述之差分干涉對比顯微鏡，更包含有一第二線性偏振光源，該第二線性偏振光源朝向該物件的一第二側發射一第二線性偏振光束，該第二線性偏振光源是一線性偏振光源；當該第一線性偏振光源關閉而該第二線性偏振光源啟動時，該第二線性偏振光束照射在該物件的該第二側，並穿透該物件後，依序經過該液晶型薩爾瓦稜鏡、該物鏡、該分光鏡、該筒鏡及該波板後，成像於該偏振感光元件。
3. 如請求項1所述之差分干涉對比顯微鏡，更包含：一第二線性偏振光源與一反光鏡，該第二線性偏振光源朝向該物件的一第二側發射一第二線性偏振光束，該反光鏡位於該第二線性偏振光源與該物件之間，該第二線性偏振光源是一線性偏振光源；當該第一線性偏振光源關閉而該第二線性偏振光源啟動時，該第二線性偏振光束照射該反光鏡，該反射鏡引導該第二線性偏振光束朝向該物件的該第二側，該第二線性偏振光束穿透該物件後，依序經過該液晶型薩爾瓦稜鏡、該物鏡、該分光鏡、該筒鏡及該波板後，成像於該偏振感光元件。
4. 一種差分干涉對比顯微鏡，係用於檢測一物件，該差分干涉對比顯微鏡包含：一第一線性偏振光源，朝向該物件發出一第一線性偏振光束，該第一線性偏振光源是一線性偏振光源；一偏振感光元件，接收穿透該物件的該第一線性偏振光束，該偏振感光元件依序包含一像素型感光元件及一偏振片層，其中 該偏振片層包含一像素型偏振片；各該像素型偏振片包含一第一偏振片、一第二偏振片、一第三偏振片及一第四偏振片，該第一偏振片的穿透軸角度為90°，該第二偏振片的穿透軸角度為45°，該第三偏振片的穿透軸角度為135°，該第四偏振片的穿透軸角度為0°；一液晶型薩爾瓦稜鏡，設於該物件與該偏振感光元件之間；一物鏡，設於該物件與該液晶型薩爾瓦稜鏡之間；一物鏡，設於該液晶型薩爾瓦稜鏡與該偏振感光元件之間；一筒鏡，設於該物鏡與該偏振感光元件之間；一波板，設於該物鏡與該偏振感光元件之間；其中，該第一線性偏振光束照射在該物件的該第二側，並穿透該物件後，依序經過該液晶型薩爾瓦稜鏡、該物鏡、該筒鏡及該波板後，成像於該偏振感光元件。
5. 如請求項4之差分干涉對比顯微鏡，更包含有：一分光鏡，該分光鏡位於該偏振感光元件與該物件之間，其中，該第一線性偏振光束被該反光鏡引導至該物件的第二側，該第一線片偏振光束穿透該物件後，依序經過該液晶型薩爾瓦稜鏡、該物鏡、該筒鏡及該波板後，成像於該偏振感光元件；或者。
6. 如請求項4所述之差分干涉對比顯微鏡，更包含有：一反光鏡，該反光鏡位於該偏振感光元件與該物件之間，其中，該第一線性偏振光束，照射該物件的第二側，並穿透該物件後，該第一線性偏振光束依序經過該物件、該液晶型薩爾瓦稜鏡、該物鏡、該反光鏡、該筒鏡及該波板後，成像於該偏振感光元件。
7. 如請求項4所述之差分干涉對比顯微鏡，更包含二反光鏡，其一該反光鏡位於該第一線性偏振光源與該物件之間，另一該反射鏡位於該偏振感光元件與該物件之間，其中，該第一線性偏振光束被該其一該反光鏡引導至該物件的第二側，該第一線片偏振光束穿透該物件後，依序經過該液晶型薩爾瓦稜鏡、該物鏡、該另一該反光鏡、該筒鏡及該波板後，成像於該偏振感光元件。
8. 如請求項1至7中任一項所述之差分干涉對比顯微鏡，其中該線性偏振光源，包含：一低同調光源，發出一低同調光束；一聚光鏡，靠近該物件；一極化器，設於該低同調光源與該聚光鏡之間；其中該低同調光源發出一低同調光束，經過該聚光鏡與該極化器。
9. 如請求項1至7中任一項所述之差分干涉對比顯微鏡，其中該線性偏振光源，包含：一低同調光源，發出一低同調光束；一極化器，靠近該物件；一聚光鏡，設於該低同調光源與該極化器之間；其中該低同調光源發出一低同調光束，經過該極化器與該聚光鏡。
10. 如請求項1至7中任一項所述之差分干涉對比顯微鏡，其中該液晶型薩爾瓦稜鏡，包含： 一第一液晶層，且該第一液晶層包含液晶分子；一第二液晶層，設於該第一液晶層朝向該物件之側，且該第二液晶層包含液晶分子；一第一導電玻璃，設於該第一液晶層背向該物件之側；一第二導電玻璃，設於該第一液晶層與該第二液晶層之間；一第三導電玻璃，設於該第二液晶層朝向該物件之側；其中，該第一液晶層與該第二液晶層的液晶分子的配向方向相互正交；其中該第一液晶層及該第二液晶層具有二種液晶狀態，分別為開啟狀態及關閉狀態；其中，若該液晶分子的光軸平行於該液晶型薩爾瓦稜鏡的晶面法線，則該液晶狀態為關閉狀態；否則為開啟狀態；其中，該光軸為該液晶分子的長軸方向。

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