專利名稱：干涉振動位移決定方法、振動頻率決定方法和干涉裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種干涉振動位移決定方法、振動頻率決定方法和干涉裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的光干涉表面形貌顯微測量儀，以測量微結(jié)構(gòu)表面輪廓為主，而因其整體架 構(gòu)簡單與非接觸測量特性，應用領域相當廣泛，包含晶片的表面粗糙度和平面度的測量、激 光標記深度的測量、倒裝工藝中金球凸塊的尺寸和共面度的測量、液晶平面顯示器中新式 彩色濾光片上間隔柱(spacer)尺寸和高度的測量、光纖端面和微光學元件表面形貌的測 量等。而且光干涉技術(shù)更利用其低相干的特性，配合陶瓷壓電位移傳感器的垂直掃描法可 克服傳統(tǒng)相移法斷高無法測量的問題。拓展這類測量儀的應用領域，更涵蓋微機械和微光 機電產(chǎn)業(yè)里，功能元件和薄膜等動態(tài)行為的觀察和測量。雖然光干涉技術(shù)可用于對待測物的相關特性進行偵測，但是諸如面板、晶片甚至 是微小機械或光學元件的生產(chǎn)環(huán)境中，振動難免會產(chǎn)生，而環(huán)境的振動卻會對干涉檢測的 效果產(chǎn)生很大的影響。在一般的檢測環(huán)境下，縱使有所謂的防振措施，但是輕微的振動還是 會對測量結(jié)果產(chǎn)生極大的影響。另外，有些情況下待測物本身也可能會自發(fā)性或者是被動 性的產(chǎn)生振動，這樣的情況往往不是防振機制可以控制的。因此各個先進國家，無不針對這 種情況投入大量的研究，期能解決或降低振動對于干涉檢測所產(chǎn)生的影響。在已知技術(shù)中，如美國專利No. 5，589，938所披露的一種使用雙相機的架構(gòu)， 分別以高、低速率擷取干涉影像，以降低振動對于系統(tǒng)的敏感度。另外，如美國專利 No. 6，624，894所披露的干涉技術(shù)，其使用額外的振動偵測的參考信號，即時補償掃描位移 裝置的非線性移動，以達高精度的干涉定位。而美國專利No. 7，321，430中，其使用內(nèi)部或 是外部傳感器來決定陶瓷壓電位移傳感器的掃描位置。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明技術(shù)，披露干涉振動位移決定方法實施范例，其包括下列步驟調(diào)制低 相干光源使其同時產(chǎn)生具有同光路的至少一高相干性偵測光以及至少一低相干性偵測光； 將該至少一高相干性偵測光以及至少一低相干性偵測光經(jīng)由干涉裝置投射至待測物上；擷 取關于該待測物的高相干性干涉圖案；以及根據(jù)該高相干性干涉圖案上的特定區(qū)域上所具 有的光強度進行演算以得到該待測物與該干涉裝置上的參考平面之間的相對位移量。依據(jù)本發(fā)明技術(shù)，披露另一待測物振動頻率決定方法實施范例，其包括下列步驟 一種待測物振動頻率決定方法，其包括下列步驟調(diào)制低相干光源使其同時產(chǎn)生具有同光 路的至少一高相干性偵測光以及一至少低相干性偵測光；將該至少一高相干性偵測光以及 至少一低相干性偵測光經(jīng)由干涉裝置投射至待測物上；擷取關于該待測物的高相干性干涉 圖案；根據(jù)該高相干性干涉圖案上的特定區(qū)域上所具有的光強度進行演算以得到該待測物 與該干涉裝置上的參考平面之間的相對位移量；重復執(zhí)行前述四步驟多次以建立出相對位 移量與時間的關系序列；以及對該關系序列進行頻譜分析以決定出該待測物的振動頻率。
依據(jù)本發(fā)明技術(shù)，披露干涉裝置的實施范例，其包括光源模塊，其調(diào)制低相干光 源以同時形成具有同光路的至少一高相干性偵測光以及至少一低相干性偵測光；光學干涉 模塊，其導引該光源模塊所產(chǎn)生的該高相干性偵測光以及該低相干性偵測光投射至待測物 上，并干涉以形成干涉圖案；信號擷取單元，其擷取該干涉圖案中的特定區(qū)域?qū)儆诟呦喔尚?干涉的光信號；運算單元，其與該信號擷取單元相耦接，該運算單元對該光信號進行演算以 得到該待測物與該干涉裝置上的參考平面之間的相對位移量；以及第一影像擷取元件，其 擷取該干涉圖案所形成的影像。


圖IA為本發(fā)明范例的干涉振動位移決定方法流程示意圖。圖IB為本發(fā)明范例的同光路且相互獨立的高相干與低相干偵測光示意圖。圖2A至圖2C為高相干性干涉圖案示意圖。圖3為本發(fā)明的干涉振動位移決定方法另一實施例流程示意圖。圖4為本發(fā)明范例的振動頻率決定方法流程示意圖。圖5A為本發(fā)明的干涉裝置實施例示意圖。圖5B為本發(fā)明的光源另一實施例示意圖。圖6為高相干偵測光以及低相干偵測光光譜分布示意圖。圖7A與圖7B為帶通濾波元件示意圖。圖7C與圖7D為本發(fā)明的信號擷取單元實施例示意圖。圖8A為未加上帶通濾波元件，影像擷取元件所得的單一像素對于不同深度的光 強度變化示意圖。圖8B為加上帶通濾波元件，影像擷取元件所得到單一像素對于不同深度的光強
度變化。圖9為本發(fā)明的干涉裝置另一實施例示意圖。圖10為第二影像擷取元件擷取影像區(qū)域示意圖。圖11與12為本發(fā)明的干涉裝置另外兩種實施例示意圖。附圖標記說明2-干涉振動位移決定方法20 25-步驟3-振動頻率決定方法30 35-步驟4-干涉裝置41-光源模塊410-光源411 413-透鏡元件414-帶通濾波元件4140 4143-區(qū)域42-光學干涉模塊420、422-透鏡元件
421-分光元件423-干涉單元4230-干涉鏡組4231、4232-參考平面4233-參考反射鏡4234-分光元件4235-干涉鏡組4236-壓電元件43-信號擷取單元430-本體431-第一導光元件432-第二導光元件4310、4320-固定元件4311、4321_ 光傳感器4312、4322-光纖44-運算單元45-第一影像擷取元件46-信號擷取單元460-分光元件461-透鏡元件462-第二影像擷取元件49-影像擷取元件47-光源470-第一光源471-第二光源472-光纖偶和元件473-光纖474-合光的光束480,481-曲線80-低相干偵測光81-高相干偵測光90-高相干性干涉圖案9Ol-條紋902、903、904、941、942-光信號點91-待測物92、940、905、906-區(qū)域93-調(diào)整運動94-帶通濾波器
具體實施例方式為使能對本發(fā)明的特征、目的及功能有更進一步的認知與了解，下文特將本發(fā)明 的裝置的相關細部結(jié)構(gòu)以及設計的理念原由進行說明，以使得可以了解本發(fā)明的特點，詳 細說明陳述如下。本發(fā)明范例披露干涉振動位移決定方法，其主要利用具有同光路的高相干與低相 干偵測光投射至待測物上，高相干的偵測光形成高相干性干涉圖案，并偵測高相干性干涉 圖案中具光信號強度進行演算，以決定出干涉振動所造成的位移量。本發(fā)明范例披露干涉振動位移決定方法，其主要偵測高相干性干涉圖案中具有相 位差的兩點的光信號強度進行演算，以決定出干涉振動所造成的位移量。本發(fā)明范例披露干涉振動頻率決定方法，其根據(jù)干涉振動位移決定方法所決定的 位移量建立與時間的關系序列，進而演算出待測物的振動頻率。本發(fā)明范例披露干涉裝置，其經(jīng)由光學干涉(非接觸)方式進行三維形貌檢測，并 且通過帶通濾波片加上即時位移測量裝置，在待測物位移時進行檢測，此技術(shù)可整合至光 干涉表面形貌顯微測量儀，可對于環(huán)境振動的影響進行補償。本發(fā)明范例披露干涉裝置，其可利用低相干性白光光源，并且可架設于一般干涉 顯微鏡系統(tǒng)，可簡化儀器復雜度與降低成本，此外本發(fā)明的即時位移測量裝置可配合兩組 光纖接收經(jīng)由帶通濾波片所濾除的窄頻光源，還可偵測待測物移動方向，進而增加本發(fā)明 的測量精度與使用范圍。請參閱圖IA所示，該圖為本發(fā)明的范例干涉振動位移決定方法流程示意圖。在 本實施例中，該方法2包括有下列步驟，首先進行步驟20調(diào)制至少一光源使其同時產(chǎn)生具 有同光路的至少一高相干性偵測光以及至少一低相干性偵測光。實現(xiàn)步驟20的方式可以 利用帶通濾波的方式將低相干光(白光或鹵素光)調(diào)制成具成低相干以及高相干偵測光或 者是利用高相干的二極管所產(chǎn)生的光與白光或鹵素光合光成同光路的光。如圖IB所示， 不過由于合光之后光線成多方向交錯分布，因此高相干和低相干光并沒有辦法在空間中相 互獨立，因此此時同樣可以通過帶通濾波器94將合光的光束調(diào)制成相互獨立的高低相干 偵測光，其中80代表低相干偵測光，而81代表高相干偵測光。接著進行步驟21，使該至少 一高相干性偵測光以及低相干性偵測光經(jīng)由干涉裝置投射至待測物上。前述的高相干性偵 測光經(jīng)過干涉裝置(例如麥克森干涉裝置(michelson interferometer)、Lirmik或者是 Mirau干涉裝置等類的裝置)投射至待測物上，經(jīng)反射后于該干涉裝置的分光鏡所產(chǎn)生的 參考光相互干涉形成具有高相干性的干涉圖案。接著進行步驟22，擷取關于該待測物的高 相干性干涉圖案。形成干涉圖案的系統(tǒng)有很多種，在一般干涉裝置中，例如麥克森干涉裝 置(michelson interferometer)、Linnik或者是Mirau干涉裝置等類的裝置，都是以由待 測物上反射的測物光與該干涉裝置的分光鏡所產(chǎn)生的參考光相互干涉，而形成干涉圖案。當?shù)玫礁呦喔尚愿缮鎴D案之后，接著進行步驟23，根據(jù)該高相干性干涉圖案上的 特定區(qū)域上所具有的光強度進行演算，以得到該待測物與該干涉裝置上的參考平面之間的 相對位移量。亦即于該特定區(qū)域內(nèi)上任取一點的光強度，或者是于該特定區(qū)域內(nèi)任取兩點 具有相位差的兩個光信號的光強度，來進行演算以得到待測物相對于該干涉裝置的參考平 面的相對位移量。所謂參考平面，并無特定位置，本領域一般技術(shù)人員都知道，只要是在干 涉裝置上相對于整個干涉裝置不會有相對位移發(fā)生的位置都可以做為參考平面。如圖5A所示，其為Mirau干涉裝置示意圖，在該干涉裝置中，所謂的參考平面為由干涉鏡組4230上 的端面所決定的平面4231。此外，以麥克森干涉裝置為例，如圖12所示，在麥克森干涉裝 置中，其參考平面亦可根據(jù)需要而自訂，在圖12的實施例中，是指參考平面4232。請參閱 圖2A以及圖2B所示，圖2A中的斜線與非斜線區(qū)域為干涉條紋的暗紋與亮紋，在高相干性 干涉圖案90中取光信號點902作為判斷位置偏移的依據(jù)。由于光信號點902具有對應的 光強度，因此只要根據(jù)已知技術(shù)的演算法即可推算出相對位移量。不過擷取單點的情況僅 適合應用于振動偏移量較小的情況，例如振動偏移量為四分之一光波波長的范圍內(nèi)，亦即 如圖2B中的區(qū)域905與區(qū)域906的范圍內(nèi)。至于該高相干性干涉圖案上擷取具有相位差的兩個光信號的情況，如下所述。請 參閱圖2C所示，本實施例在特定區(qū)域內(nèi)取兩點具有相位差的光信號，其中特定區(qū)域是指干 涉條紋901，但不以此為限。而所謂取兩點具有相位差的位置，該高相干性干涉圖案90中， 以條紋901為例，是指相位差具有360n+90度的兩點，亦即圖中所指的903與904兩點，但 不以此為限。在步驟23中，對于取兩點具有相位差的光信號來演算相對位移量的方法可根據(jù) 中國臺灣專利公告號第TW278682所披露的演算流程。主要是利用光傳感器取得兩個光點 903與904的光強Ia與Ib后，再即時紀錄與更新其最大光強Mj (j = A或B)與最小光強Hij (j =A或B)的數(shù)值，并定義偏電壓e」=(Mfmj)/2，所以可以得到修正后的光強Ip與Iq為式 (1)與式⑵所示Ip = IA-eA(1)Iq = IB-eB(2)由于Ia與Ib經(jīng)相位調(diào)整機構(gòu)外環(huán)體433將兩者相位差調(diào)整至90度時，相位差即 可由下式⑶得到Φ = tarT1 (IP/IQ) (3)得到相位差Φ的數(shù)值之后，因為Φ = (2 )*(2π/λ), λ為平均波長，所以可以 即時測量到位移量d。而該位移量d則代表著因為待測物受到外部環(huán)境的振動影響時，在擷 取高相干性干涉影像的同時所產(chǎn)生的位置偏移量。請參閱圖3所示，該圖為本發(fā)明的干涉振動位移決定方法另一實施例流程示意 圖。在本實施例中，基本上與圖IA的流程相似，差異的地方在于步驟23之后可以進行步驟 24來擷取該待測物的干涉圖案(低相干性干涉圖案或者是高相干性干涉圖案皆可)，經(jīng)由 演算法計算，得到待測物形貌的相對高度。以低相干性干涉圖案為例，其利用白光光源所產(chǎn) 生的低相干性光通過干涉裝置投射至待測物上所產(chǎn)生的反射光與干涉裝置內(nèi)的低相干性 參考光相互干涉而成。這里需提到的是，低相干性光與該高相干性光可經(jīng)由帶通濾波片的 過濾，使得單一白光光源即可同時產(chǎn)生高相干性以及低相干性的光，但形成方式不以此為 限。至于高相干性干涉圖案則是利用高相干性的光源經(jīng)由干涉裝置投射至待測物所產(chǎn)生的 反射光與干涉裝置內(nèi)的參考光進行干涉而成。步驟25，根據(jù)該相對位移量求得該低相干干涉圖案的實際擷取位置。根據(jù)已知技 術(shù)，例如白光干涉垂直掃描技術(shù)，其干涉圖案可用于還原待測物的表面形貌，不過由于待 測物可能因為自發(fā)性的振動或者是因為外部環(huán)境的振動所產(chǎn)生的影響，因此待測物與干涉 裝置上的參考平面間的距離會因振動而改變，這樣的變化，會使得后續(xù)的三維形貌還原結(jié)果產(chǎn)生嚴重的誤差。不過，由于步驟23可以得到因為振動所造成的位移量，因此在步驟25 中，可以根據(jù)該位移量于計算待測物表面形貌時，補償對應的低相干性干涉圖案成像時，待 測物與干涉裝置上的參考平面間的距離，使得還原待測物表面形貌的結(jié)果更為準確。步驟 25補償?shù)姆绞剑⒎侨フ{(diào)整干涉鏡組或者是待測物的位置，而是直接透過軟體演算法，在重 建三維形貌影像時直接求得該低相干干涉圖案的實際擷取位置。請參閱圖4所示，該圖為本發(fā)明的振動頻率決定方法范例流程示意圖。在本實施 例中，該方法3的步驟30至33基本上與圖IA的流程相似，差異的地方在于步驟33之后可 進行步驟34，重復執(zhí)行步驟30至步驟33多次，以建立出位移量與時間的關系序列。步驟 34的位移量為利用在高相干性干涉圖案中單點光信號的強度或者是具有相位差的兩點光 信號強度來進行演算所得到的位移量。然后進行步驟35，對該關系序列進行頻譜分析以決 定出該待測物的振動頻率。由于利用步驟34決定出時間和位移量的關系，因此可以通過頻 譜分析的方式找出待測物振動的模態(tài)，進而解析出待測物振動的頻率。由位移量以及時間 的關系配合頻譜分析找出振動頻率屬于已知的技術(shù)，在此不作贅述。請參閱圖5A所示，該圖為本發(fā)明的干涉裝置實施例示意圖。在本實施例中，該干 涉裝置4包括有光源模塊41、光學干涉模塊42、信號擷取單元43、運算單元44以及第一影 像擷取元件45。在本實施例中，該光源模塊41，可調(diào)制光源以同時形成相同光路的低相干 性偵測光以及高相干性偵測光。在本實施例中，該光源模塊41具有光源410、多個透鏡元件 411 413以及帶通濾波元件414。該光源410可產(chǎn)生低相干光，例如鹵素燈或LED產(chǎn)生 的白光。為了避免因高速取像需要極短曝光時間因而造成光強不足而無法進行即時位移偵 測的問題，該光源410可選擇高功率的光源，如10W以上。該多個透鏡元件411 413可 接收該光源所產(chǎn)生的光。其中透鏡元件411為平凸透鏡、透鏡元件412 413為雙凸透鏡。 其中，透鏡元件411至413會將白光光源410所產(chǎn)生的低相干光先縮束再準直，以免光線過 于發(fā)散。如圖5B所示，其為本發(fā)明的另一光源示意圖。該光源47還具有第一光源470、第 二光源471以及光纖偶和元件472。該第一光源470，其產(chǎn)生低相干光。本實施例中，該第 一光源470可為白光或者是鹵素光等元件，但不以此為限。該第二光源471，其產(chǎn)生高相干 光。在本實施例中，該第二光源471可為發(fā)光二極管單元，例如藍光或者是其他低頻的光 源。該光纖偶合元件472，其與該第一光源470以及該第二光源471偶接，以將該低相干光 與高相干光偶合至同一光路上。本實施例中該光纖偶合元件472為已知技術(shù)的元件，主要 利用光纖473將不同來源的光合光，再將合光的光束474投射出去。使得光束474同時具 有寬頻帶與窄頻帶的光譜。如圖6所示，其中曲線480代表寬頻帶的光譜分布(亦即為該 低相干光)，而曲線481則代表窄頻帶的光譜分布(亦即為該高相干光)。而該窄頻帶的高 相干光具有比于該寬頻帶的低調(diào)同光所具有的光譜功率強度來得強，因此可以解決因高速 取像需要極短曝光時間因而造成光強不足而無法進行即時位移偵測的問題。本實施例的光 源47可取代圖5A的光源410。再回到圖5A所示，該帶通濾波元件414，其設置于該透鏡元件412與413之間以將 該光源410產(chǎn)生的光，進行空間調(diào)制以形成如圖IB所示的具有高相干性偵測光以及低相干 性偵測光。如圖7A所示，該帶通濾波元件414具有第一區(qū)域4140以及第二區(qū)域4141，其 中，帶通濾波元件414的第二區(qū)域4141沒有鍍膜，故可讓原先低相干光通過，而在帶通濾波元件414的第一區(qū)域4140有鍍膜處理，故可通過的光線波段會限制在極小的范圍，增加原 先低相干的白光光源的相干長度以形成高相干性偵測光。因此，通過第一區(qū)域4140的光線 可形成高相干性偵測光，而通過第二區(qū)域4141的部分則維持低相干性光的特性。此外，如 圖7B所示，該帶通濾波元件414亦可為矩陣形式的元件，其中區(qū)域4142與區(qū)域4143分別 可以讓不同的波段的光通過，使得低相干光源通過時可以產(chǎn)生多個低相干偵測光以及多個 高相干偵測光。本發(fā)明的帶通濾波元件的形式亦可不局限于圖7A的環(huán)狀或者是圖7B的矩 陣形式，本領域一般技術(shù)人員可以根據(jù)需要而有不同的濾波形式。再回到圖5A所示，該光學干涉模塊42，其還具有多個透鏡元件420與422、分光元 件421以及干涉單元423。該光學干涉模塊42，其導引該光源模塊41所產(chǎn)生的高相干性 與低相干性偵測光，經(jīng)由干涉單元投射至待測物91上，以同時形成具有高相干性以及低相 干性的干涉圖案。本實施例的干涉單元，可為Mirau干涉裝置或麥克森干涉裝置的干涉鏡 組，但不以此為限。例如在麥克森干涉裝置中，如圖12所示，其干涉單元423則由干涉鏡組 4235與壓電元件4236所構(gòu)成，干涉鏡組4235內(nèi)具有參考反射鏡4233以及分光元件4234 所組成以產(chǎn)生干涉，其屬于已知技術(shù)，在不作贅述。在透鏡元件420的一側(cè)設置有該分光元件421，以將通過該透鏡元件420的光導引 至該干涉單元423，進而投射于該待測物91上。該透鏡元件422設置于該分光元件421與 該信號擷取單元43之間，以將通過該分光元件421的干涉光聚焦于該第一影像擷取元件45 上。該第一影像擷取元件45可選擇為CXD或者是CMOS的光傳感器。該信號擷取單元43 設置于該透鏡元件422與第一影像感測元件45之間，該信號擷取單元43可擷取該干涉圖 案中，屬于高相干性干涉的具有相位差的兩個光信號。請參閱圖7C與圖7D所示，該圖為本 發(fā)明的信號擷取單元實施例示意圖。在本實施例中，該信號擷取單元43具有本體430、第一 導光元件431以及第二導光元件432。通過透鏡元件422的干涉光于該本體430上形成有 高相干性干涉圖案以及低相干性干涉圖案，該本體430于形成該高相干像干涉圖案的區(qū)域 92上還設有外環(huán)體433，其可通過調(diào)整運動93沿該本體430外圍轉(zhuǎn)動。雖然本實施例的光 信號擷取單元的構(gòu)形為圓形，但實際上并不以此為限。該第一導光元件431，其設置于該外 環(huán)體433上，而該第二導光元件432，其設置于該本體430上，該第一導光元件431以及該第 二導光元件432可分別偵測該高相干性干涉圖案的不同位置所具有的光信號，亦為兩點不 同相位差的光信號。如圖7D所示，該第一導光元件431以及該第二導光元件432分別由固定元件4310 與4320、光傳感器4311與4321以及光纖4312與4322所構(gòu)成，其中該固定元件4320設置 于該本體430上，對應于該高相干性干涉圖案的位置，而固定元件4310則設置于外環(huán)體433 上，對應于高相干性干涉圖案的位置。該光纖4312與4322的一端與該固定元件4310與 4320相連接，而另一端則連接于該光傳感器4311與4321上，該光傳感器4311與4321與該 運算單元44相連接。由于在掃描過程中干涉條紋可能會有變化，因此通過該外環(huán)體433的 轉(zhuǎn)動以調(diào)整兩點光信號的相位差。取得的光信號強度會經(jīng)過光纖4312與4322傳送給光傳 感器4311與4321接收，并轉(zhuǎn)換為電的信號。當然該第一導光元件431以及該第二導光元 件432亦可直接利用光傳感器來取代，直接將光信號轉(zhuǎn)換成電子信號傳給運算單元44。前 述的結(jié)構(gòu)雖為擷取兩點光信號的機構(gòu)，但實際上亦可用來擷取單點光信號。再回到圖5A所示，該運算單元44，其與該信號擷取單元43相耦接，該運算單元44
11對由該信號擷取單元43所擷取到的兩個光信號，進行演算以得到該待測物91與該參考平 面4231之間的相對位移量。演算的方式如同前所述，在此不作贅述。該第一影像擷取元件 45，其與該運算單元44電訊連接，該第一影像擷取元件45擷取該干涉圖案所形成的影像。 在本實施例中，該干涉圖案所形成的影像含有高相干性干涉圖案以及低相干性干涉圖案， 而該運算單元44可根據(jù)該低相干性干涉圖案所具有的資訊，得到待測物形貌的相對高度， 并根據(jù)所計算出的因為振動所產(chǎn)生的位置偏移量，進而還原該待測物91的表面形貌。如圖8A與圖8B所示，其中圖8A為未加上帶通濾波元件，影像擷取元件所得的單 一像素對于不同深度的光強度變化示意圖；而圖8B為加上帶通濾波元件，影像擷取元件所 得到單一像素對于不同深度的光強度變化。由圖8A所示，低相干的白光光強的分布范圍較 窄，其相干長度較短，只有于測物光與參考光光程差在相干長度之內(nèi)才會產(chǎn)生干涉。而由圖 8B所示，白光光源經(jīng)過帶通濾波元件濾除后確實可增加其相干長度，因此可利用此原理對 于干涉裝置于垂直掃描過程中的振動提供補償?shù)囊罁?jù)。請參閱圖9所示，該圖為本發(fā)明的干涉裝置另一實施例示意圖。在本實施例中，該 干涉裝置基本上與圖5A類似，差異的是本實施例的信號擷取單元46與圖5A的信號擷取單 元43不同。在本實施例中，該信號擷取單元46包括有分光元件460、透鏡元件461以及第 二影像擷取元件462。該第二影像擷取元件462為高速取像相機。由分光元件460將干涉 光分為兩道光束，其中一道往上通過讓第一影像擷取元件45接收，而另外一道光束則朝著 透鏡元件461方向前進，由第二影像擷取元件462擷取其高相干性干涉圖案。如圖10所示， 其中，區(qū)域94為第二影像擷取裝置可擷取影像的范圍，而區(qū)域940則表示第二影像擷取元 件所擷取到的窄區(qū)域干涉條紋。選定取像區(qū)域940中相位相差90度的兩點941與942所 具有的光信號強度，再搭配圖IA所描述演算法計算相位差，進而推算出相對位移資訊。請參閱圖11所示，該圖為本發(fā)明的干涉裝置另一實施例示意圖。在本實施例中， 與圖5A的實施例類似，差異的是本實施例將圖9的實施例中的第一影像擷取元件45與第 二影像擷取元462件結(jié)合為一，以形成如圖11所示的單一的影像擷取元件49來執(zhí)行圖9 第一影像擷取元件45以及第二影像擷取元件462所進行的動作。惟以上所述者，僅為本發(fā)明的實施例，當不能以的限制本發(fā)明范圍。即大凡依本發(fā) 明權(quán)利要求所做的等同變化及修飾，仍將不失本發(fā)明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神 和范圍，故都應視為本發(fā)明的進一步實施狀況。綜合上述，本發(fā)明提供的干涉振動位移決定方法及振動頻率決定方法與其干涉裝 置，可以得到因為非主動性的環(huán)境振動或者是待測物自主性的振動所造成的位置偏移量， 進而作為將來重建三維形貌或者是計算待測物振動頻率的依據(jù)。因此已經(jīng)可以提高該產(chǎn)業(yè) 的競爭力以及帶動周遭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
權(quán)利要求
一種干涉振動位移決定方法，其包括下列步驟調(diào)制至少一光源使其同時產(chǎn)生具有同光路的至少一高相干性偵測光以及至少一低相干性偵測光；將該至少一高相干性偵測光以及至少一低相干性偵測光經(jīng)由干涉裝置投射至待測物上；擷取關于該待測物的高相干性干涉圖案；以及根據(jù)該高相干性干涉圖案上的特定區(qū)域上所具有的光強度進行演算以得到該待測物與該干涉裝置上的參考平面之間的相對位移量。
2.如權(quán)利要求1所述的干涉振動位移決定方法，其中該特定區(qū)域具有光信號。
3.如權(quán)利要求1所述的干涉振動位移決定方法，其中該特定區(qū)域具有兩光信號且兩光 信號間具有相位差。
4.如權(quán)利要求3所述的干涉振動位移決定方法，其中該相位差為九十度。
5.如權(quán)利要求1所述的干涉振動位移決定方法，其還包括有下列步驟 擷取該待測物的低相干干涉圖案；以及根據(jù)該相對位移量求得該低相干干涉圖案的實際擷取位置。
6.如權(quán)利要求1所述的干涉振動位移決定方法，其中調(diào)制該低相干光源的方式為使該 低相干光源通過帶通濾波元件。
7.一種振動頻率決定方法，其包括下列步驟調(diào)制至少一光源使其同時產(chǎn)生具有同光路的至少一高相干性偵測光以及一至少低相 干性偵測光；將該至少一高相干性偵測光以及至少一低相干性偵測光經(jīng)由干涉裝置投射至待測物上；擷取關于該待測物的高相干性干涉圖案；根據(jù)該高相干性干涉圖案上的特定區(qū)域上所具有的光強度進行演算以得到該待測物 與該干涉裝置上的參考平面之間的相對位移量；重復執(zhí)行前述四步驟多次以建立出相對位移量與時間的關系序列；以及 對該關系序列進行頻譜分析以決定出該待測物的振動頻率。
8.如權(quán)利要求7所述的振動頻率決定方法，其中該特定區(qū)域具有光信號。
9.如權(quán)利要求7所述的振動頻率決定方法，其中該特定區(qū)域具有兩光信號且兩光信號 間具有相位差。
10.如權(quán)利要求7所述的振動頻率決定方法，其中該相位差為九十度。
11.如權(quán)利要求7所述的振動頻率決定方法，其中調(diào)制該低相干光源的方式為使該低 相干光源通過帶通濾波元件。
12.—種干涉裝置，包括。光源模塊，其調(diào)制至少一光源以同時形成具有同光路的至少一高相干性偵測光以及至 少一低相干性偵測光；光學干涉模塊，其導引該光源模塊所產(chǎn)生的該高相干性偵測光以及該低相干性偵測光 投射至待測物上，并干涉以形成干涉圖案；信號擷取單元，其擷取該干涉圖案中的特定區(qū)域?qū)儆诟呦喔尚愿缮娴墓庑盘枺贿\算單元，其與該信號擷取單元相耦接，該運算單元對該光信號進行演算以得到該待 測物與該干涉裝置上的參考平面之間的相對位移量；以及 第一影像擷取元件，其擷取該干涉圖案所形成的影像。
13.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該干涉圖案具有至少一高相干性干涉圖案以 及至少一低相干性干涉圖案。
14.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該光源模塊還具有 光源體，其產(chǎn)生該光源；多個透鏡元件，其接收該低相干光源所產(chǎn)生的光；以及帶通濾波元件，其設置于該多個透鏡元件之間以將該低相干光源產(chǎn)生的光調(diào)制成具有 至少一高相干性偵測光以及至少一低相干性偵測光。
15.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該光源模塊還具有 第一光源，其產(chǎn)生低相干光；第二光源，其產(chǎn)生高相干光；光纖偶合元件，其與該第一光源以及該第二光源偶接，以將該低相干光與高相干光耦 合至同一光路上；多個透鏡元件，其設置于該光路上；以及帶通濾波元件，其設置于該多個透鏡元件之間以對該低相干光進行空間調(diào)制而形成該 高相干性偵測光以及該低相干性偵測光，該高相干性偵測光環(huán)布于該低相干性偵測光的外圍。
16.如權(quán)利要求15所述的干涉裝置，其中該第一光源為白光二極管光源或鹵素光源。
17.如權(quán)利要求15所述的干涉裝置，其中該第二光源為單色發(fā)光二極管光源。
18.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該光學干涉模塊還具有 多個透鏡元件；以及分光元件，其設置于該多個透鏡元件之間以同時將該高相干性偵測光以及低相干性偵 測光分光至干涉鏡組以投射至該待測物上，并經(jīng)由反射通過該干涉鏡組以分別形成高相干 干涉光以及低相干干涉光，經(jīng)該分光元件而至該信號擷取單元。
19.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該信號擷取單元還具有本體，其上形成有高相干性干涉圖案以及低相干性干涉圖案，該本體于形成該高相干 性干涉圖案的區(qū)域上還設有外環(huán)體其可通過調(diào)整運動沿該本體外圍轉(zhuǎn)動；第一導光元件，其設置于該外環(huán)體上以偵測該高相干性干涉圖案的信號；以及 第二導光元件，其設置于該本體上以偵測該高相干性干涉圖案的信號。
20.如權(quán)利要求16所述的干涉裝置，其中該第一導光元件由固定元件、光傳感器以及 光纖所構(gòu)成，其中該固定元件設置于該本體上對應該高相干性干涉圖案的位置上，該光纖 的一端與該固定元件相連接，而另一端則連接于該光傳感器上，該光傳感器與該運算單元 相連接。
21.如權(quán)利要求16所述的干涉裝置，其中該第二導光元件由固定元件、光傳感器以及 光纖所構(gòu)成，其中該固定元件設置于該外環(huán)體上對應該高相干性干涉圖案的位置上，該光 纖的一端與該固定元件相連接，而另一端則連接于該光傳感器上，該光傳感器與該運算單 元相連接。
22.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該信號擷取單元還具有 第二影像擷取元件，其耦接于該運算單元上；以及分光元件，其分別將該干涉圖案分別導引至該第一影像擷取元件以及該第二影像擷取 元件上。
23.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該特定區(qū)域具有光信號。
24.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該特定區(qū)域具有兩光信號且兩光信號間具有 相位差。
25.如權(quán)利要求12所述的干涉裝置，其中該相位差為90度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種干涉振動位移決定方法、振動頻率決定方法和干涉裝置。該干涉振動位移決定方法透過具有相位差的高相干干涉圖案上的光信號，取得待測物與干涉裝置上的參考面之間的位置偏移量。利用前述的方法重復進行多次的測量之后，建立出偏移量與時間的關系序列，再根據(jù)該序列決定出該待測物的振動頻率。在另一實施例中，披露干涉裝置，其利用光學干涉條紋判定的技術(shù)，即時計算出待測物與干涉裝置上的參考面的相對位置，進而即時補償干涉裝置受到振動時的影響，以得到待測物表面形貌與振動頻率。
文檔編號G01B11/02GK101881600SQ20091013713
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者賴皇文, 連俊泰, 鄒永桐, 陳亮嘉, 陳金亮, 黃煥祺 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院;陳亮嘉