TWM454532U - 微小位移測量裝置之提升邊緣光強度變化值裝置 - Google Patents

Description

微小位移測量裝置之提升邊緣光強度變化值裝置

本創作係關於一種微小位移測量裝置之提升邊緣光強度變化值裝置，尤指光源之不同波長，透過顯微物鏡與面鏡之對立設置，利用位移探針偵測面鏡位置的焦距位移，採光學中的追跡法，經過光學元件的處理，讓光偵測器能測量出兩邊緣光的強度變化值，即可得到面鏡之微小位移；本創作得以配合各式微小角度位移測量裝置之使用，以提升其解析度。

習知，直角稜鏡1只為一等腰三角形之透鏡(如第一、二圖)，只因常需要調整角度，便透過設計將直角稜鏡1固設於具有驅動器11之旋轉平台12上，該直角稜鏡結構常被使用於小角度及小位移之測量裝置上，該小角度及小位移之測量裝置包括：一光源2，其能發出線性偏極的光源；一分光鏡21，能將光源產生反射光211與透射光212；一直角稜鏡1，其上之斜角邊置有待測物13，該直角稜鏡1供射透射光212折射進入直角稜鏡1，經過直角邊至斜邊上做一次衰退反射後射向另一直角邊；二解偏板22、23，第一解偏板22供直角稜鏡1之透射光212 射入，第二解偏板23供分光鏡21之反射光211射入；二光偵測器24、25，第一、二光偵器24、25分別供第一、二解偏板24、25之透射光212、反射光211射入，並轉成第一參考電訊與第一測試電訊以及轉動直角稜鏡1後產生之第二參考電訊與第二測試電訊；一鎖相放大器26，能測出第一、二測試訊號之電訊差異；以及一電腦27，能計算出第一、二測試訊號之相位變化，得出旋轉角度與方向。

再操作上，先將待測物13置於直角稜鏡1之斜邊上，該待測物13與直角稜鏡1能同步旋轉；以光源2射向分光鏡21，形成產生反射光211與透射光212，透射光212能射向待測物13；取得第一參考訊號，該反射光211先穿經通過第二解偏板23，再進入第二光偵測器25，以取得第一參考訊號；取得第一測試訊號，該透射光212先垂直射入直角稜鏡1，經過一次衰退全反射後向直角稜鏡1另一直角邊，再反射至第一解偏板22，並進入第一光偵測器24，以取得待測物兩邊界光相位差之第一測試訊號；對焦取得第二參考訊號與第二測試訊號，即將直角稜鏡1轉動小角度，依第三第四步驟以取得第二參考訊號與待測物13兩邊界光相位差之第二測試訊號；偵測相位差，將第一、第二光偵測器24、25將第一、二參考訊號與測試訊號轉換成電訊號，再交由鎖相放大器26偵測出其相位的變化量；計算位移量 與轉動角度，將鎖相放大器26偵測出其相位的變化量所測出之電訊號，經電腦27運算，算出直角稜鏡12旋轉角度與方向，並得知待測物13之旋轉角度、位移量、間隙及高度差。

前述之直角稜鏡1採一次衰退全反射，致待測物13兩邊界光相位差之第一、二測試訊號不夠明顯，進而影嚮電訊號之解析度。

緣是，本創作人有感上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失。

本創作之主要目的在於提供能測量出兩邊緣光的強度變化值之微小位移測量裝置之提升邊緣光強度變化值裝置。該裝置包括一對焦反射裝置，以及至少一光偵測器；利用光源之不同波長，透過顯微物鏡與面鏡之對立設置，利用位移探針偵測面鏡位置的焦距位移，採光學中的追跡法，經過光學元件的處理，讓光偵測器能測量出兩邊緣光的強度變化值，即可得到面鏡之微小位移。

為使 貴審查委員能對本創作之形狀、結構、功能及作用能有深入之瞭解，特列舉一實施例並配合圖式，詳細說明介紹本創作，然而所附圖式僅供參考與說明，並非用來對本創作加以限制 。

請同時參閱第四至六圖，分別係本創作之對焦反射裝置、光偵測器之平面示意圖及本創作實施於微小位移測量裝置之示意圖，圖中揭示一種微小位移測量裝置之提升邊緣光強度變化值裝置，該微小位移測量裝置依序至少包括光源3、第一分光鏡31、稜鏡32(包含稜鏡組合結構)、第二分光鏡33、鎖相放大器34、訊號處理裝置35，及電腦(圖未示)，該提升邊緣光強度變化值裝置包括：一對焦反射裝置4以及至少一光偵測器5。其中，該對焦反射裝置4位於第一分光鏡31之一端，能將第一分光鏡31的透射光，反射至第一分光鏡31產生對焦與收歛模糊之兩邊緣光，並送至稜鏡32；光偵測器5位於第二分光鏡33與鎖相放大器34之間，能測量到兩邊緣光的強度變化值。利用透射光之邊緣光強度變化值經光偵測器5轉為位置訊號，由鎖相放大器34放大位置訊號，再經該訊號處理裝置35過濾雜訊，並由電腦擷取顯示成數值；即藉透射光經光偵測器5、鎖相放大器34、訊號處理裝置35後，該透射光之邊緣光強度變化值由電腦擷取顯示成數值。

前述之該對焦反射裝置4包括一顯微物鏡41、一與顯微物鏡41對立之面鏡42、一固定於面鏡42後能改變面鏡42位置之致動器43及一偵測面鏡42位置之位移探針44。

第四圖中之實線與虛線分別為顯微物鏡41的焦距f，其側之面鏡42位移為△z 時的光跡。光源3經由顯微物鏡41到面鏡42後再被面鏡42反射回去。若面鏡42的位置是在焦點上，反射回 去的光源3則是平行，面鏡42位置若非在焦點上，其兩邊緣光會產生一個+△θ及△θ的角度變化，使得光源3光束的大小會產生些許的改變。由於+△θ與△θ的角度變化是成對稱的關係，因此我們僅就+△θ角度變化作討論。此現象可由幾何光學中光的追跡法，可得，只要我們能夠得知f 、D 、△θ值，即可求得微小位移△z 值。藉由稜鏡32之輸出光經微小位移測量裝置，讓顯微物鏡41之成像恰在焦點上，那麼當△z ≠0時，藉由利用光偵測器5(如第五圖)所測量到的兩邊緣光的強度變化值，即可得到微小位移△z 。

上述之該微小位移測量裝置包含相位法進行相位差變化測量之結構裝置、共光程外差干涉術的基本光學測量量裝置、微小角度感測器的系統裝置、稜鏡組合結構之微小角度感測器的系統裝置、稜鏡表面電漿共振式之微小角度感測器的系統裝置之任一者。

綜上所陳，本創作小位移測量裝置之提升邊緣光強度變化值裝置，包括一對焦反射裝置，以及至少一光偵測器，得以配合各式微小角度位移測量裝置之使用，以提升其解析度，由此可知本創作實為一不可多得之新型創作產品，極具新穎性及進步性，完全符合新型專利之申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障創作者之權益。

惟以上所述僅為本創作之較佳實施，例非因此即拘限本創作 之專利範圍，故舉凡運用本創作之說明書及圖式內容所為之等效結構變化，均同理包含於本創作之範圍內，合予陳明。

習知：

1‧‧‧直角稜鏡

11‧‧‧驅動器

12‧‧‧旋轉平台

13‧‧‧待測物

2‧‧‧光源

21‧‧‧分光鏡

211‧‧‧反射光

212‧‧‧透射光

13‧‧‧待測物

22、23‧‧‧解偏板

24、25‧‧‧光偵測器

26‧‧‧鎖相放大器

27‧‧‧電腦

本創作：

3‧‧‧光源

31‧‧‧第一分光鏡

32‧‧‧稜鏡

33‧‧‧第二分光鏡

34‧‧‧鎖相放大器

35‧‧‧訊號處理裝置

4‧‧‧對焦反射裝置

41‧‧‧顯微物鏡

42‧‧‧面鏡

43‧‧‧致動器

44‧‧‧位移探針

5‧‧‧光偵測器

第一圖係習知直角稜鏡與旋轉平台之平面圖。

第二圖係第一圖之側視圖。

第三圖係習知直角稜鏡實施於小角度及小位移之測量裝置上。

第四圖係本創作對焦反射裝置之平面示意圖。

第五圖係本創作光偵測器之平面示意圖。

第六圖係本創作實施於微小位移測量裝置之示意圖。

3‧‧‧光源

31‧‧‧第一分光鏡

32‧‧‧稜鏡

33‧‧‧第二分光鏡

34‧‧‧鎖相放大器

35‧‧‧訊號處理裝置

4‧‧‧對焦反射裝置

41‧‧‧顯微物鏡

42‧‧‧面鏡

43‧‧‧致動器

44‧‧‧位移探針

5‧‧‧光偵測器

Claims (2)

1. 一種微小位移測量裝置之提升邊緣光強度變化值裝置，該微小位移測量裝置依序至少包括光源、第一分光鏡、稜鏡、第二分光鏡、鎖相放大器、訊號處理裝置，及電腦，該提升邊緣光強度變化值裝置包括：一對焦反射裝置，其位於第一分光鏡之一端，能將第一分光鏡的透射光，反射至第一分光鏡產生對焦與收歛模糊之兩邊緣光，並送至稜鏡；以及至少一光偵測器，其位於第二分光鏡與鎖相放大器之間，能測量到兩邊緣光的強度變化值；藉透射光經光偵測器、鎖相放大器、訊號處理裝置後，該透射光之邊緣光強度變化值由電腦擷取顯示成數值。
2. 如申請專利範圍第1項所述微小位移測量裝置之提升邊緣光強度變化值裝置，其中該對焦反射裝置包括一顯微物鏡、一與顯微物鏡對立之面鏡、一固定於面鏡後能改變面鏡位置之致動器及一偵測面鏡位置之位移探針。