專利名稱：物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，尤指一種于待測(cè)物(例如液晶)的厚度兩端面分別設(shè)置有共焦顯微裝置，以量測(cè)該待測(cè)物厚度的量測(cè)系統(tǒng)；及關(guān)于一種應(yīng)用于前述系統(tǒng)的量測(cè)方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)的顯示質(zhì)量受下列三種參數(shù)影響顯示顏色(display color)、響應(yīng)速度(response speed)和指向穩(wěn)定度(orientation stability)，而液晶層厚度(cell gap)則是影響上述三項(xiàng)參數(shù)的重要因子。
液晶層厚度在傳統(tǒng)量測(cè)架構(gòu)上為假設(shè)液晶分子在狹縫中的排列為理想狀態(tài)，使符合Mauguin’s限制(Mauguin’s limit)，但實(shí)際上這卻是主要量測(cè)誤差來(lái)源之一，對(duì)于研發(fā)人員精確分析面板整體表現(xiàn)造成許多不便。一般而言，液晶厚度的量測(cè)誤差都希望能控制在0.1μm內(nèi)，且以非接觸式量測(cè)裝置為佳，以避免對(duì)LCD表面造成損傷，因此發(fā)展架構(gòu)簡(jiǎn)單及快速量測(cè)液晶層厚度的裝置及方法，對(duì)于LCD技術(shù)研發(fā)具有實(shí)質(zhì)的效益。
液晶分子在常溫下具有雙折射特性，根據(jù)不同排列的模態(tài)有不同的量測(cè)方式。液晶于兩片玻璃間隙的厚度量測(cè)方式，主要為利用光通過(guò)偏振片(polarizer)產(chǎn)生與配向方向相同的偏振光入射，并使穿透或反射光通過(guò)另一偏振片(或稱檢偏器，analyzer)量得入射光與穿透或反射光之間的光強(qiáng)度變化，配合已知的液晶材料特性，可將結(jié)果換算為光學(xué)相位延遲(phase retardation)并計(jì)算出液晶層厚度。
NEC公司于1993年提出US5434671專利，其中提到在液晶層前后各放置一片偏振片，其偏振方向采取預(yù)先決定的角度，旋轉(zhuǎn)液晶層可得到厚度對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度變化。
Sharp公司于2001年提出US6757062專利，是有關(guān)于反射式液晶顯示器，揭露將液晶層置于平臺(tái)上，光束通過(guò)偏振片垂直入射后于液晶層底部經(jīng)反射層反射后，利用類似上述原理量得液晶層厚度。
上述量測(cè)方式主要針對(duì)TN形式液晶層，對(duì)于垂直配向型(VA Type)液晶層，由于其在未施加電壓時(shí)光束無(wú)法穿透，1999年由Otsuka公司提出的US6628389專利采用光束斜向入射方式，同樣地在液晶層兩側(cè)各加上一片偏振片以得到光強(qiáng)度變化與光學(xué)相位延遲的關(guān)系。
1990年日本OAK制作公司發(fā)明了“液晶層厚度測(cè)定裝置”，由于液晶分子有雙折射率，以及整個(gè)液晶層有配向膜對(duì)液晶分子做配向，該裝置主要的測(cè)定方法為將偏振片和檢偏器的光軸方向互相垂直，并分別和液晶層的配向成45度，以量測(cè)出光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算液晶層厚度。該裝置中并安裝一組共焦顯微物鏡組，透過(guò)顯微鏡上的三眼鏡筒來(lái)做液晶層的觀察與位置的定位。除此之外，尚有利用FT-NIR分析，如Sharp于2000年提出的US6636322專利，其揭露的方法對(duì)于含有PALC(plasmaaddress liquid crystal)基板的面板亦可做精確量測(cè)，不過(guò)仍然需要于基板兩側(cè)放置偏振片與檢偏器始得到液晶層穿透或反射光的干涉條紋與對(duì)應(yīng)光學(xué)相位延遲的變化，以計(jì)算液晶層厚度。
由前述諸案的公開(kāi)，可以得知液晶厚度量測(cè)方法的多樣性，但均利用液晶材料的雙折射效應(yīng)。
目前，用于量測(cè)液晶厚度的裝置多采用計(jì)算液晶層的光學(xué)相位延遲，此種技術(shù)是先以光學(xué)干涉法量測(cè)尚未注入液晶材料空間厚度，然后再注入液晶材料，并使液晶旋轉(zhuǎn)，以量測(cè)該空間厚度。然而，采用光學(xué)干涉法量測(cè)未注入液晶的空間厚度實(shí)屬困難且不甚精確，乃因該空間包含有銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)透明導(dǎo)電層、配向膜、薄膜晶體管(Thin FilmTransistor，TFT)以及彩色濾光片等結(jié)構(gòu)，因此會(huì)導(dǎo)致多重的量測(cè)干擾。雖可將上述對(duì)象個(gè)別量測(cè)，但將使得整個(gè)量測(cè)程序變的十分復(fù)雜且耗時(shí)，并且所取得的量值亦不夠精確。
光學(xué)顯微鏡是現(xiàn)代精密的量測(cè)儀器，廣泛應(yīng)用于材質(zhì)的表面微結(jié)構(gòu)、生物樣本的表面微小特征及動(dòng)態(tài)行為、或生物薄膜、膠原蛋白、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、液體界面或液/氣體界面特性等研究上。至于工業(yè)應(yīng)用方面，數(shù)字多用途光盤(pán)(DVD)與薄膜晶體管(TFT)等產(chǎn)品制程的檢測(cè)上，也都需使用光學(xué)顯微鏡。光學(xué)顯微鏡在先天上具有非破壞檢測(cè)的特性，同時(shí)具有不必對(duì)待測(cè)樣本作特殊處理就可直接觀察的優(yōu)勢(shì)。然而，由于光波的繞射現(xiàn)象，使其解析力受限于半波長(zhǎng)的等級(jí)(一般稱為繞射極限)。
共焦顯微鏡(confocal microscope)利用針孔進(jìn)行空間濾波，使影像分辨率稍加優(yōu)越于光學(xué)顯微鏡，同時(shí)又具有縱向檢測(cè)的能力，因此廣泛使用在半導(dǎo)體薄膜厚度檢測(cè)、生物活體切面結(jié)構(gòu)分析的研究上。
有關(guān)傳統(tǒng)共焦顯微裝置的架構(gòu)及原理，將由圖7至圖9詳加說(shuō)明。
如圖7及圖8所示，傳統(tǒng)共焦顯微裝置100包含光源10、分光鏡11、第一物鏡12、第二物鏡13、針孔14、光偵測(cè)器15、第一透鏡18及第二透鏡19。一待測(cè)物16設(shè)置于位移裝置(圖未示)上且位于第一物鏡12的后方。由光源10出射且經(jīng)由第一透鏡18、第二透鏡19、分光鏡11至第一物鏡12的準(zhǔn)直的激光束17聚焦于待測(cè)物16的表面后，由該待測(cè)物16的表面反射，再經(jīng)由分光鏡11、第二物鏡13及針孔14到達(dá)光偵測(cè)器15。由于待測(cè)物16的表面在第一物鏡12的焦平面上，且針孔14亦位于第二物鏡13的焦平面上，因此所有的光線都會(huì)通過(guò)針孔14而被光偵測(cè)器15所接收，請(qǐng)參考圖8中的實(shí)線部分，使光偵測(cè)器15輸出最大的訊號(hào)。當(dāng)待測(cè)物16如箭頭所示依軸向方向移動(dòng)時(shí)，該待測(cè)物16的表面將離開(kāi)第一物鏡12的焦平面(參考圖8中粗虛線所示的待測(cè)物16，其平面稱為離焦平面)，先前由待測(cè)物16反射的光(請(qǐng)參考圖8中的細(xì)虛線部分)將被阻擋而無(wú)法穿過(guò)針孔14，從而無(wú)法到達(dá)光偵測(cè)器15，因此光偵測(cè)器15輸出的訊號(hào)較弱。根據(jù)繞射理論，通過(guò)針孔14的光強(qiáng)度與待測(cè)物16離焦的距離是成sinc2函數(shù)的關(guān)系，其軸向移動(dòng)位移與光強(qiáng)度變化如圖9所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一種物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，尤指一種于待測(cè)物(例如液晶)的厚度兩端面分別設(shè)置有共焦顯微裝置，以量測(cè)該待測(cè)物厚度的量測(cè)系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的在提供一種物體尺寸量測(cè)方法，可快速量測(cè)應(yīng)用前述物體尺寸量測(cè)裝置量測(cè)的待測(cè)物。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，包含第一共焦顯微量測(cè)裝置、第二共焦顯微量測(cè)裝置及位移裝置，該第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置對(duì)稱于待測(cè)物厚度方向分別配置，其中該第二共焦顯微量測(cè)裝置的物鏡載置于該位移裝置上并隨該位移裝置的軸向移動(dòng)而接近或遠(yuǎn)離該物鏡所面向的待測(cè)物的端面。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置均包含光源、分光鏡、第一物鏡、第二物鏡、針孔、光偵測(cè)器、第一透鏡及第二透鏡，且該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡即前述載置于該位移裝置上的物鏡。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的光源輸出的光束經(jīng)該第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一透鏡及第二透鏡形成準(zhǔn)直光束入射于該第一共焦顯微量測(cè)裝置的分光鏡，前述光束穿過(guò)該分光鏡經(jīng)第一物鏡聚焦于待測(cè)物第一端面上，再由前述待測(cè)物的第一端面反射光束沿原路徑經(jīng)該分光鏡來(lái)到該第一共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡，聚焦并穿過(guò)該第一共焦顯微量測(cè)裝置的針孔而為該第一共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器所接收；前述第二共焦顯微量測(cè)裝置依前述光路鏡射于前述第一共焦顯微量測(cè)裝置，該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡負(fù)載于位移裝置上使該物鏡的聚焦光束聚焦于待測(cè)物的第二端面上。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述位移裝置軸向移動(dòng)使其負(fù)載的第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦點(diǎn)與第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦點(diǎn)重合，其穿透光束沿第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡、分光鏡、第二物鏡、針孔至光偵測(cè)器，此時(shí)前述的位移裝置位移值設(shè)為第一位置點(diǎn)。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述由待測(cè)物第一端面的反射光束經(jīng)第一共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡聚焦并穿過(guò)針孔而為光偵測(cè)器所接收，當(dāng)該光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值，為該物鏡的焦平面與待測(cè)物第一端面重合。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述由待測(cè)物第二端面的反射光束經(jīng)第二共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡聚焦并穿過(guò)針孔而為光偵測(cè)器所接收，當(dāng)該光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值，為該物鏡的焦平面與待測(cè)物第二端面重合。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述第一及第二共焦顯微裝置的兩第一物鏡焦點(diǎn)重合時(shí)，第二共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值設(shè)為前述位移裝置的第一位置點(diǎn)，于第一及第二共焦顯微裝置之間置入一待測(cè)物，前述位移裝置軸向移動(dòng)至該光偵測(cè)器第二次偵測(cè)最大光強(qiáng)度值，設(shè)為第二位置點(diǎn)，前述兩位置點(diǎn)的差值即為該待測(cè)物的尺寸值。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述待測(cè)物的尺寸值為液晶的厚度值。
依據(jù)本發(fā)明提供的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，還包含第一共焦顯微量測(cè)裝置、第二共焦顯微量測(cè)裝置、位移裝置及兩雙光束干涉儀，該第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置對(duì)稱于待測(cè)物厚度方向分別配置，其中該第二共焦顯微量測(cè)裝置的物鏡載置于該位移裝置上并隨該位移裝置的軸向移動(dòng)而接近或遠(yuǎn)離該物鏡所面向的待測(cè)物的端面，前述兩雙光束干涉儀系分別設(shè)置于每一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡與其面向的待測(cè)物端面之間。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述每一雙光束干涉儀均包含參考面鏡及分光鏡。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置均包含光源、分光鏡、第一物鏡、第二物鏡、針孔、光偵測(cè)器、第一透鏡及第二透鏡，且該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡即前述載置于該位移裝置上的物鏡。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的光源輸出的光束經(jīng)該第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一透鏡及第二透鏡形成準(zhǔn)直光束入射于該第一共焦顯微量測(cè)裝置的分光鏡，前述光束穿過(guò)該分光鏡入射該第一物鏡，當(dāng)光束經(jīng)該第一物鏡聚焦時(shí)，由前述干涉儀分成兩道光，此兩道光分別入射于前述待測(cè)物表面及該干涉儀，且此兩道光沿著原路徑經(jīng)前述分光鏡來(lái)到該第一共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡，聚焦并同時(shí)發(fā)生干涉作用而穿過(guò)該第一共焦顯微量測(cè)裝置的針孔被該第一共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器所接收；前述第二共焦顯微量測(cè)裝置依前述光路鏡射于前述第一共焦顯微量測(cè)裝置，該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡負(fù)載于位移裝置上使該物鏡的聚焦光束聚焦于待測(cè)物的第二端面上。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述位移裝置軸向移動(dòng)使其負(fù)載的第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦點(diǎn)與第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦點(diǎn)重合，其穿透光束沿第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡、分光鏡、第二物鏡、針孔至光偵測(cè)器，此時(shí)前述的位移裝置位移值設(shè)為第一位置點(diǎn)。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述由待測(cè)物第一端面的反射光束經(jīng)第一共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡聚焦并穿過(guò)針孔而為光偵測(cè)器所接收，當(dāng)該光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值，為該物鏡的焦平面與待測(cè)物第一端面重合。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述由待測(cè)物第二端面的反射光束經(jīng)第二共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡聚焦并穿過(guò)針孔而為光偵測(cè)器所接收，當(dāng)該光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值，為該物鏡的焦平面與待測(cè)物第二端面重合。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述第一及第二共焦顯微裝置的兩第一物鏡焦點(diǎn)重合時(shí)，第二共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值設(shè)為前述位移裝置的第一位置點(diǎn)，于第一及第二共焦顯微裝置之間置入一待測(cè)物，前述位移裝置軸向移動(dòng)至該光偵測(cè)器第二次偵測(cè)最大光強(qiáng)度值，設(shè)為第二位置點(diǎn)，前述兩位置點(diǎn)的差值即為該待測(cè)物的尺寸值。
所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其中前述待測(cè)物的尺寸值系為液晶的厚度值。
本發(fā)明提供的運(yùn)用上述物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行的物體尺寸量測(cè)方法，包含提供具有第一共焦顯微量測(cè)裝置、第二共焦顯微量測(cè)裝置及位移裝置的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)；使第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡及第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面重合；將前述位移裝置的位置點(diǎn)設(shè)為第一位置點(diǎn)；將待測(cè)物置于前述兩第一物鏡間；使第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與待測(cè)物第一端面重合；移動(dòng)位移裝置，使第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與待測(cè)物第二端面重合；將前一步驟的位移裝置的位置點(diǎn)設(shè)為第二位置點(diǎn)；計(jì)算前述第一位置點(diǎn)及第二位置點(diǎn)的差值，該差值即為待測(cè)物的尺寸值。
所述的物體尺寸量測(cè)方法，其中前述第二共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器得最大光強(qiáng)度值時(shí)，為前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與前述第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面重合或前述第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與前述待測(cè)物的第二端面重合。
所述的物體尺寸量測(cè)方法，其中前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器得最大光強(qiáng)度值時(shí)，為前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與前述待測(cè)物的第一端面重合。


圖1顯示本發(fā)明的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)的第一具體實(shí)施例。
圖2顯示圖1的系統(tǒng)歸零光路圖。
圖3顯示本發(fā)明的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)的第二具體實(shí)施例。
圖4顯示圖3所示的第二具體實(shí)施例的量測(cè)基準(zhǔn)示意。
圖5為應(yīng)用于本發(fā)明的待測(cè)物的剖面圖，顯示該待測(cè)物呈多層層狀配置。
圖6顯示本發(fā)明的物體尺寸量測(cè)方法的流程圖。
圖7顯示傳統(tǒng)共焦顯微裝置的架構(gòu)圖，并顯示其光路。
圖8顯示圖7中的待測(cè)物于水平(軸向)方向移動(dòng)時(shí)的光路變化圖。
圖9顯示圖8的焦平面與離焦平面的光強(qiáng)度變化圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的前述目的或特征，將依據(jù)附圖加以詳細(xì)說(shuō)明，惟需明了的是，附圖及所舉的例，只是做為說(shuō)明而非在限制或縮限本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)1包含第一共焦顯微量測(cè)裝置1A、第二共焦顯微量測(cè)裝置1B及位移裝置30，該第一共焦顯微量測(cè)裝置1A及第二共焦顯微量測(cè)裝置1B以鏡射方式分別配置于待測(cè)物(例如液晶)40A厚度方向的第一及第二兩側(cè)端面且每一裝置均具有如圖7所示的由光源10、分光鏡11、第一物鏡12、第二物鏡13、針孔14、光偵測(cè)器15、第一透鏡18及第二透鏡19所構(gòu)成的公知傳統(tǒng)共焦顯微裝置100的架構(gòu)，并且第二共焦顯微量測(cè)裝置1B的第一物鏡12B載置于該位移裝置30上。前述待測(cè)物40A為外覆有一(或多)層玻璃層41(或透光層)的液晶，該待測(cè)物40A置放于第一共焦顯微量測(cè)裝置1A的第一物鏡12A及第二共焦顯微量測(cè)裝置1B第一物鏡12B中間。
于進(jìn)一步說(shuō)明圖1所示的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)1如何量測(cè)物體(即液晶層44)厚度的前，將先說(shuō)明該物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)1如何進(jìn)行系統(tǒng)歸零。
如圖2所示(其中省略的各組件編號(hào)仍請(qǐng)參照?qǐng)D1)并請(qǐng)配合圖6所示的流程圖，該系統(tǒng)歸零的架構(gòu)系架構(gòu)于圖1所示物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)1，惟省略第二共焦顯微量測(cè)裝置1B的光源10B、第一透鏡18B及第二透鏡19B。有關(guān)系統(tǒng)歸零及量測(cè)步驟如下
由第一共焦顯微量測(cè)裝置1A的光源10A出射的激光束經(jīng)第一透鏡18A、第二透鏡19A、分光鏡11A、第一物鏡12A聚焦于焦平面上，載置于位移裝置30上的第二共焦顯微量測(cè)裝置1B的第一物鏡12B經(jīng)該位移裝置30的軸向移動(dòng)而使其焦平面與第一共焦顯微量測(cè)裝置1A的第一物鏡12A的焦平面重合(圖中X點(diǎn)，即圖6所示的步驟S1)；該光束沿第二共焦顯微量測(cè)裝置1B的第一物鏡12B、分光鏡11B且經(jīng)第二物鏡13B聚焦后穿過(guò)針孔14B投射于光偵測(cè)器15B，此時(shí)該光偵測(cè)器15B接收到最大光強(qiáng)度值，定為位移裝置的歸零位置點(diǎn)(即第一位置點(diǎn)，系統(tǒng)歸零，為圖6所示的步驟S2)；將該待測(cè)物40A置放于第一物鏡12A及第一物鏡12B中間(即圖6所示的步驟S3)；進(jìn)行待測(cè)物40A中的液晶層44的第一端面與第一物鏡12A的焦平面重合(即圖6所示的步驟S4)；由前述歸零位置點(diǎn)軸向移動(dòng)位移裝置30將該位移裝置30上負(fù)載的第一物鏡12B的焦平面與液晶材料40A中的液晶層44的第二端面重合(即圖6所示的步驟S5)，此時(shí)光偵測(cè)器15A及光偵測(cè)器15B均可得最大光強(qiáng)度值；將前一步驟S5中的位移裝置30的位置點(diǎn)設(shè)為第二位置點(diǎn)(即圖6所示的步驟S6)；計(jì)算前述第一位置點(diǎn)及第二位置點(diǎn)的差值，此差值即前述位移裝置30軸向移動(dòng)的位移量，亦為待測(cè)物40A的液晶層44的尺寸值。
為使前述兩光偵測(cè)器15A、15B的判讀較為精確，以提升本發(fā)明量測(cè)系統(tǒng)1的系統(tǒng)靈敏度及量測(cè)分辨率，可進(jìn)一步在第一共焦顯微量測(cè)裝置1A的第一物鏡12A與待測(cè)物40A之間及第二共焦顯微量測(cè)裝置1B的第一物鏡12B與待測(cè)物40A之間，分別設(shè)置雙光束干涉儀20，每一雙光束干涉儀20均包含參考面鏡21及分光鏡22，如圖3所示。為使圖3的圖面簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，圖中省略了第一共焦顯微量測(cè)裝置1A及第二共焦顯微量測(cè)裝置1B的各組件編號(hào)。
如圖3所示，當(dāng)?shù)谝还步癸@微量測(cè)裝置1A及第二共焦顯微量測(cè)裝置1B的激光束被第一物鏡12A、12B物鏡分別聚焦的過(guò)程中，亦分別被分光鏡11A、11B分成兩道光線，該兩道光線分別聚焦于待測(cè)物40A表面與每一參考面鏡21。接著該兩道光線被反射沿著原路徑來(lái)到第二物鏡13A、13B與針孔14A、14B的位置，同時(shí)發(fā)生干涉作用。根據(jù)光干涉原理，可以推導(dǎo)出在前述針孔位置的光強(qiáng)度與待測(cè)物40A離焦距離的關(guān)系為I＝(1+cos(4πz/λ))/2。又由于每一參考面鏡21、待測(cè)物40A表面與針孔14A、14B同在共軛焦的位置上，所以通過(guò)針孔14A、14B的光強(qiáng)度與待測(cè)物40A離焦的距離亦成sinc2函數(shù)的關(guān)系。因此兩光偵測(cè)器15A、15B接收到的光訊號(hào)形式同時(shí)受到光干涉與sinc2函數(shù)的規(guī)范。因?yàn)楣飧缮嬗嵦?hào)對(duì)軸向位移更為敏感，其軸向反應(yīng)曲線斜率將會(huì)提高許多，如第四圖的曲線所示，其量測(cè)基準(zhǔn)將的鎖于sinc2函數(shù)內(nèi)的第一組干涉波形的山腰位置上，其量測(cè)系統(tǒng)的靈敏度及分辨率均顯著提高。
顯示于前述圖1或圖3所示的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)1的位移裝置30可選用例如壓電式位移驅(qū)動(dòng)器(PZT actuator)作微定位裝置。
前述圖1或圖3所示的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)1除用于量測(cè)前述外覆有一(或多)層玻璃層41(或透光層)的待測(cè)物40A的液晶層44厚度外，復(fù)可用于量測(cè)N層對(duì)稱包覆液晶層的待測(cè)物40B。
如圖5所示，待測(cè)物40B為N層對(duì)稱包覆液晶層(包含玻璃層41、ITO42、配向膜43，N＝3)時(shí)，利用本發(fā)明的量測(cè)系統(tǒng)1的量測(cè)程序如下將位移裝置30軸向往第一物鏡12A的方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)谝晃镧R12B的焦平面與第一物鏡12A的焦平面重合時(shí)，此時(shí)光偵測(cè)器15B可得最大光強(qiáng)度值，該位移裝置30的位置點(diǎn)設(shè)為第一位置點(diǎn)，亦為系統(tǒng)歸零點(diǎn)；將待測(cè)物40B置于第一物鏡12A與第二物鏡12B之間的微定位平臺(tái)(圖未示)上，并使待測(cè)物40B的左側(cè)端面在第一物鏡12A焦平面的右側(cè)，微定位平臺(tái)使待測(cè)物40B軸向往第一物鏡12A方向移動(dòng)，第一物鏡12A聚焦的焦平面與左側(cè)玻璃層41的左端面重合時(shí)，光偵測(cè)器15A可得最大光強(qiáng)度值；
再軸向往第一物鏡12A方向移動(dòng)，光偵測(cè)器15A于玻璃41與ITO 42界面可得第二次最大光強(qiáng)度值；將待測(cè)物40B再軸向往第一物鏡12A方向移動(dòng)，光偵測(cè)器15A于ITO42與配向膜43界面可得第三次最大光強(qiáng)度值；待測(cè)物40B再軸向往第一物鏡12A方向移動(dòng)，光偵測(cè)器15A于配向膜43與液晶層44界面可得第四次最大光強(qiáng)度值，待測(cè)物40A的液晶層44左側(cè)定位完成；將位移裝置30軸向往第一物鏡12A的反方向移動(dòng)，使第一物鏡12B的焦平面落于待測(cè)物40B右側(cè)玻璃41的右側(cè)端面外，軸向移動(dòng)位移裝置30往第一物鏡12A的方向移動(dòng)，第一物鏡12B聚焦的焦平面與玻璃層41的右端面重合時(shí)，光偵測(cè)器15B可得最大光強(qiáng)度值；將位移裝置30再軸向往第一物鏡12A方向移動(dòng)，光偵測(cè)器15B于玻璃41與ITO 42界面可得第二次最大光強(qiáng)度值；待測(cè)物40B再軸向往第一物鏡12A方向移動(dòng)，光偵測(cè)器15B于ITO 42與配向膜43界面可得第三次最大光強(qiáng)度值；待測(cè)物40B再軸向往第一物鏡12A方向移動(dòng)，光偵測(cè)器15B于配向膜43與液晶層44界面可得第四次最大光強(qiáng)度值，待測(cè)物40B的液晶層44右側(cè)定位完成，此時(shí)位移裝置30的位置設(shè)為第二位置點(diǎn)；計(jì)算前述第一位置點(diǎn)與第二位置點(diǎn)的差值，即為待測(cè)物40B的液晶層44的尺寸值。
如上述量測(cè)待測(cè)物40B為N層對(duì)稱包覆液晶層的程序，可知該程序同理于以圖6的方法量測(cè)待測(cè)物40A的液晶層44厚度的程序，差異之處僅在于依N層層數(shù)而逐層量測(cè)而已。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用共焦顯微裝置成像于物鏡的共軛平面上(第一次聚焦)的特性，若待測(cè)物的表面處于物鏡的聚焦點(diǎn)處，則該像點(diǎn)可被成像到物鏡的像共軛平面，由光偵測(cè)器接收(第二次聚焦)，如果待測(cè)物表面在軸向上偏離物鏡的焦平面，則經(jīng)物鏡返回到像共軛平面上的光便會(huì)被擋在光偵測(cè)器前的針孔的外，從光偵測(cè)器獲得的光強(qiáng)變化觀察，光學(xué)系統(tǒng)在向待測(cè)物表面逼近的過(guò)程中，光偵測(cè)器上接收到的光強(qiáng)可經(jīng)歷了一個(gè)從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)、再變?nèi)踔钡綗o(wú)的過(guò)程，可根據(jù)判斷光強(qiáng)的最大值來(lái)確定光學(xué)探頭與待測(cè)物表面重合的定位關(guān)系，如此一來(lái)不需考慮液晶的材料特性與配向形式；本發(fā)明亦可量測(cè)穿透式或反射式的液晶材料，不受包覆液晶層的層數(shù)多寡而影響量測(cè)結(jié)果；且液晶層厚度的量測(cè)精確度可由共焦顯微系統(tǒng)分辨率決定，可達(dá)奈米級(jí)的尺寸量測(cè)分辨率。
權(quán)利要求
1.一種物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，包含第一共焦顯微量測(cè)裝置、第二共焦顯微量測(cè)裝置及位移裝置，該第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置對(duì)稱于待測(cè)物厚度方向分別配置，其中該第二共焦顯微量測(cè)裝置的物鏡載置于該位移裝置上并隨該位移裝置的軸向移動(dòng)而接近或遠(yuǎn)離該物鏡所面向的待測(cè)物的端面。
2.如權(quán)利要求1所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置均包含光源、分光鏡、第一物鏡、第二物鏡、針孔、光偵測(cè)器、第一透鏡及第二透鏡，且該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡即前述載置于該位移裝置上的物鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的光源輸出的光束經(jīng)該第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一透鏡及第二透鏡形成準(zhǔn)直光束入射于該第一共焦顯微量測(cè)裝置的分光鏡，前述光束穿過(guò)該分光鏡經(jīng)第一物鏡聚焦于待測(cè)物第一端面上，再由前述待測(cè)物的第一端面反射光束沿原路徑經(jīng)該分光鏡來(lái)到該第一共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡，聚焦并穿過(guò)該第一共焦顯微量測(cè)裝置的針孔而為該第一共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器所接收；前述第二共焦顯微量測(cè)裝置依前述光路鏡射于前述第一共焦顯微量測(cè)裝置，該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡負(fù)載于位移裝置上使該物鏡的聚焦光束聚焦于待測(cè)物的第二端面上。
4.如權(quán)利要求3所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述位移裝置軸向移動(dòng)使其負(fù)載的第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦點(diǎn)與第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦點(diǎn)重合，其穿透光束沿第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡、分光鏡、第二物鏡、針孔至光偵測(cè)器，此時(shí)前述的位移裝置位移值設(shè)為第一位置點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求3所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述由待測(cè)物第一端面的反射光束經(jīng)第一共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡聚焦并穿過(guò)針孔而為光偵測(cè)器所接收，當(dāng)該光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值，為該物鏡的焦平面與待測(cè)物第一端面重合。
6.如權(quán)利要求3所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述由待測(cè)物第二端面的反射光束經(jīng)第二共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡聚焦并穿過(guò)針孔而為光偵測(cè)器所接收，當(dāng)該光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值，為該物鏡的焦平面與待測(cè)物第二端面重合。
7.如權(quán)利要求3所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述第一及第二共焦顯微裝置的兩第一物鏡焦點(diǎn)重合時(shí)，第二共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值設(shè)為前述位移裝置的第一位置點(diǎn)，于第一及第二共焦顯微裝置之間置入一待測(cè)物，前述位移裝置軸向移動(dòng)至該光偵測(cè)器第二次偵測(cè)最大光強(qiáng)度值，設(shè)為第二位置點(diǎn)，前述兩位置點(diǎn)的差值即為該待測(cè)物的尺寸值。
8.如權(quán)利要求1所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述待測(cè)物的尺寸值為液晶的厚度值。
9.一種物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，包含第一共焦顯微量測(cè)裝置、第二共焦顯微量測(cè)裝置、位移裝置及兩雙光束干涉儀，該第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置對(duì)稱于待測(cè)物厚度方向分別配置，其中該第二共焦顯微量測(cè)裝置的物鏡載置于該位移裝置上并隨該位移裝置的軸向移動(dòng)而接近或遠(yuǎn)離該物鏡所面向的待測(cè)物的端面，前述兩雙光束干涉儀系分別設(shè)置于每一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡與其面向的待測(cè)物端面之間。
10.如權(quán)利要求9所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述每一雙光束干涉儀均包含參考面鏡及分光鏡。
11.如權(quán)利要求9所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置均包含光源、分光鏡、第一物鏡、第二物鏡、針孔、光偵測(cè)器、第一透鏡及第二透鏡，且該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡即前述載置于該位移裝置上的物鏡。
12.如權(quán)利要求11所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的光源輸出的光束經(jīng)該第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一透鏡及第二透鏡形成準(zhǔn)直光束入射于該第一共焦顯微量測(cè)裝置的分光鏡，前述光束穿過(guò)該分光鏡入射該第一物鏡，當(dāng)光束經(jīng)該第一物鏡聚焦時(shí)，由前述干涉儀分成兩道光，此兩道光分別入射于前述待測(cè)物表面及該干涉儀，且此兩道光沿著原路徑經(jīng)前述分光鏡來(lái)到該第一共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡，聚焦并同時(shí)發(fā)生干涉作用而穿過(guò)該第一共焦顯微量測(cè)裝置的針孔被該第一共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器所接收；前述第二共焦顯微量測(cè)裝置依前述光路鏡射于前述第一共焦顯微量測(cè)裝置，該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡負(fù)載于位移裝置上使該物鏡的聚焦光束聚焦于待測(cè)物的第二端面上。
13.如權(quán)利要求11所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述位移裝置軸向移動(dòng)使其負(fù)載的第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦點(diǎn)與第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦點(diǎn)重合，其穿透光束沿第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡、分光鏡、第二物鏡、針孔至光偵測(cè)器，此時(shí)前述的位移裝置位移值設(shè)為第一位置點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求11所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述由待測(cè)物第一端面的反射光束經(jīng)第一共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡聚焦并穿過(guò)針孔而為光偵測(cè)器所接收，當(dāng)該光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值，為該物鏡的焦平面與待測(cè)物第一端面重合。
15.如權(quán)利要求11所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述由待測(cè)物第二端面的反射光束經(jīng)第二共焦顯微量測(cè)裝置的第二物鏡聚焦并穿過(guò)針孔而為光偵測(cè)器所接收，當(dāng)該光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值，為該物鏡的焦平面與待測(cè)物第二端面重合。
16.如權(quán)利要求11所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述第一及第二共焦顯微裝置的兩第一物鏡焦點(diǎn)重合時(shí)，第二共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器輸出最大光強(qiáng)度值設(shè)為前述位移裝置的第一位置點(diǎn)，于第一及第二共焦顯微裝置之間置入一待測(cè)物，前述位移裝置軸向移動(dòng)至該光偵測(cè)器第二次偵測(cè)最大光強(qiáng)度值，設(shè)為第二位置點(diǎn)，前述兩位置點(diǎn)的差值即為該待測(cè)物的尺寸值。
17.如權(quán)利要求9所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述待測(cè)物的尺寸值系為液晶的厚度值。
18.一種物體尺寸量測(cè)方法，包含提供具有第一共焦顯微量測(cè)裝置、第二共焦顯微量測(cè)裝置及位移裝置的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)；使第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡及第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面重合；將前述位移裝置的位置點(diǎn)設(shè)為第一位置點(diǎn)；將待測(cè)物置于前述兩第一物鏡間；使第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與待測(cè)物第一端面重合；移動(dòng)位移裝置，使第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與待測(cè)物第二端面重合；將前一步驟的位移裝置的位置點(diǎn)設(shè)為第二位置點(diǎn)；計(jì)算前述第一位置點(diǎn)及第二位置點(diǎn)的差值，該差值即為待測(cè)物的尺寸值。
19.如權(quán)利要求18所述的物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其中前述物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)具有如權(quán)利要求1或9所述的構(gòu)成。
20.如權(quán)利要求19所述的物體尺寸量測(cè)方法，其特征在于，其中前述第二共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器得最大光強(qiáng)度值時(shí)，為前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與前述第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面重合或前述第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與前述待測(cè)物的第二端面重合。
21.如權(quán)利要求19所述的物體尺寸量測(cè)方法，其特征在于，其中前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的光偵測(cè)器得最大光強(qiáng)度值時(shí)，為前述第一共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡的焦平面與前述待測(cè)物的第一端面重合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種物體尺寸量測(cè)系統(tǒng)，包含第一共焦顯微量測(cè)裝置、第二共焦顯微量測(cè)裝置及位移裝置，該第一及第二共焦顯微量測(cè)裝置分別配置于待測(cè)物的待測(cè)尺寸方向的第一及第二兩側(cè)端面且其兩共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡分別面向該待測(cè)物的兩端面，其中該第二共焦顯微量測(cè)裝置的第一物鏡載置于該位移裝置上并隨該位移裝置的軸向移動(dòng)而接近或遠(yuǎn)離該物鏡所面向的待測(cè)物端面。本發(fā)明并進(jìn)一步提供一種應(yīng)用于前述量測(cè)系統(tǒng)的方法。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1940468SQ200510108780
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者鄭凱宇, 陳彥良, 徐祥瀚, 陳怡菁, 藍(lán)玉屏 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院