專利名稱：可調整傾角的形貌檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關一種形貌檢測裝置，尤其是指一種可取得全方位角的形 貌影像數(shù)據(jù)的一種可調整傾角的形貌檢測裝置。
背景技術：
按，精密的形貌檢測是現(xiàn)代科技中非常重要的一環(huán)，當許多零組件漸 漸微小化，就更需要精確可靠的檢測技術來驗證其微結構尺寸或形貌的精 準度，以確保質量及制程能處于合格范圍中。
其中利用光學非接觸檢測方式的量測技術，是利用非破壞方式取得待 測物表面精確的形貌信息，已廣泛應用于各種產(chǎn)業(yè)中，例如液體顯示器 (LCD)的增亮膜，即為利用一形貌檢測裝置來檢測其表面微結構是否皆 符合標準，攸關液晶顯示器的畫面是否能正確達到應有的亮度，因此顯得 相當?shù)刂匾?br> 請參閱圖l所示，為公知光學顯微鏡以同軸光檢測斜面時，反射光無 法反射回光學顯微鏡的結構示意圖，當待測物形貌表面斜率較大時，尤其
是當光學顯微鏡11采用同軸光時，會因為待測物12表面反射光訊號13 無法進入顯微鏡，而無法取得待測物表面形貌資料。而往往只能采用內插 法，補足所缺的形貌數(shù)據(jù)，但欲量得實際形貌尺寸及其粗糙度數(shù)據(jù)有其困 難度。雖然有文獻及專利采用一些方法欲克服上述問題，但仍然無法解決檢 測大型待測物表面的微結構形貌的問題。
請參閱圖2所示，為公知檢測三維形貌的光學影像檢測裝置結構示意 圖，其中公知檢測三維形貌的光學影像檢測裝置，因其形貌檢測裝置21
的光軸22與待測物23固定垂直設置，在量測斜率較大的形貌表面時，無 法取得其表面的反射光訊號(即如圖3所示)，往往只能采用影像補插點
技術，以補足所缺的形貌資料，欲量得實際形貌尺寸及其粗糙度數(shù)據(jù)亦有 其困難度，同時使檢測的結果產(chǎn)生一定程度的失真。
請參閱圖4所示，為中國臺灣專利公報編號TW1229186號的公知技 術附圖，其利用雙視角的線性掃描裝置(如其編號21、 22)搭配一斜向光源 (如其編號23)，可用以檢測缺陷的大致形狀及尺寸，其可較快速檢測大面 積的缺陷，并判斷缺陷為凸起或凹陷。但是較難精確量取微結構三維形貌 尺寸，亦較難解決待測物形貌表面斜率較大時，表面訊號無法被擷取到的 問題，故有待改進。
請參閱圖5所示，為美國專利編號US6449048號的公知技術附圖，其
利用將干涉儀傾斜一角度，與待測物橫移方向產(chǎn)生一傾角(非垂直)，而 直接使用傳統(tǒng)的垂直掃描干涉儀(VSI)及相移干涉儀(PSI)硬件，來連 續(xù)掃描待測物表面，不需用影像補插點技術來取得待測物表面形貌。但仍 未能解決待測物形貌表面斜率較大時，其全方位角形貌仍無法有效取得的 問題，亦存在有改善空間。
請參閱圖6所示，是利用傾斜待測物且旋轉的方式，取得較大表面待 測物斜率較大的表面形貌數(shù)據(jù)的動作示意圖，其發(fā)展出將待測物轉向傾斜，再以旋轉待測物的方式由一形貌檢測裝置，來取得較大表面待測物斜 率較大的表面形貌資料。此種方式亦如前述二個公知技術一般，僅能測試 體積較小的待測樣品，若待測樣品尺寸較大(如圖7所揭露應用于液晶顯 示器的增亮膜滾筒模仁)，即較難配合傾斜或旋轉時，則無法發(fā)揮其檢測 功能，尚具有改進的空間。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可調整傾角的形貌檢測裝置，以克服公知 技術中存在的檢測斜率較大的微結構形貌，無法取得表面形貌數(shù)據(jù)的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的可調整傾角的形貌檢測裝置，其包括 一支架；
一形貌檢測單元，用以取得待測物表面影像；
一第一傾角調整裝置，其與該支架相連接，該第一傾角裝置的一端與
該形貌檢測單元相樞接；以及
一第二傾角調整裝置，其與該支架相連接且設置于該第一傾角調整裝 置的一側，該第二傾角裝置的一端與該形貌檢測單元相滑接，該第二傾角 調整裝置與該第一傾角調整裝置可產(chǎn)生相對運動以調整該形貌檢測單元 的傾斜角度。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該形貌檢測單元為光學顯 微鏡、探針掃描顯微鏡或其它形貌檢測單元。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該第一傾角調整裝置包括
有
一平移件，其一端樞接于該形貌檢測單元上；以及一固定座，與該支架相連接，該固定座內部設置有一橫向軌道，以提供該平移件于橫向軌道 做水平移動。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該橫向軌道可整合為線性 滑軌、線性馬達或其它精密線性移動裝置，以便精確控制該平移件位移尺 寸。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該第二傾角調整裝置包括
有
一滑槽，其連接于該形貌檢測單元上； 一平移件，其以一端與該滑槽相滑接；以及
一固定座，與該支架相連接，該固定座內部設置有一橫向軌道，以提 供該平移件于橫向軌道做水平移動。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該橫向軌道可整合為線性 滑軌、線性馬達或其它精密線性移動裝置，以便精確控制該平移件位移尺 寸。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該支架具有一轉折結構且
可進行一旋轉運動以使該形貌檢測單元對待測物進行360度檢測。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該待測物為一具有微結構 的待測物。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該具有微結構的待測物， 可為應用于液晶顯示器增亮膜的微結構或制造增亮膜的滾筒模仁。
本發(fā)明提供的可調整傾角的形貌檢測裝置，還可包括 一支架；
一形貌檢測單元，用以取得待測物表面影像；以及 一傾角調整裝置，其與該支架相連接，該傾角調整裝置可以帶動該形 貌檢測單元進行一弧線運動以調整該形貌檢測單元的傾斜角度。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該形貌檢測單元為光學顯微鏡、探針掃描顯微鏡或其它形貌檢測單元。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該傾角調整裝置包括有 至少一圓弧軌道，固定在旋轉支架的側邊，得以調整形貌檢測單元的
傾斜角度，并用以維持形貌檢測單元傾斜時，物鏡焦距保持在同一位置；
以及
至少一滑塊，固定在形貌檢測單元的側邊，用以帶動形貌檢測單元在 圓弧軌道滑行。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該滑塊可為圓柱型滑塊。 所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該滑塊可為具有弧度的板 型滑塊。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該待測物為一具有微結構 的待測物。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該具有微結構的待測物可 為應用于液晶顯示器增亮膜的微結構或制造增亮膜的滾筒模仁。
所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該支架具有一轉折結構且 可進行一旋轉運動以使該形貌檢測單元對待測物進行360度檢測。
由本發(fā)明的實施，確能克服檢測斜率較大的微結構形貌，無法取得表 面形貌數(shù)據(jù)的問題。


圖l為公知光學顯微鏡以同軸光檢測斜面時，反射光無法反射回光學 顯微鏡的結構示意圖2為公知檢測三維形貌的光學影像檢測裝置結構示意圖3a、 b為利用圖2結構來量測斜率較大的形貌表面時，無法取得其表 面的反射光訊號所呈現(xiàn)分析曲線圖；圖4為中國臺灣專利公報編號TW1229186號的公知技術附圖； 圖5為美國專利編號US6449048號的公知技術附圖； 圖6a、 b、 c、 d為QEDTechnology公司利用傾斜待測物且旋轉的方式， 取得較大表面待測物斜率較大的表面形貌數(shù)據(jù)的動作示意圖； 圖7為大型待測物的結構示意圖8為本發(fā)明可調整傾角的形貌檢測裝置的第一實施例圖； 圖9為圖8的傾斜形貌檢測單元焦點與旋轉軸心至待測物處形成夾角 示意圖10為圖8的立體示意圖11為圖8可調整傾角的形貌檢測裝置實施垂直檢測的結構示意圖； 圖12為圖9實施垂直檢測的結構示意圖； 圖13為圖IO實施垂直檢測的結構示意圖14為本發(fā)明可調整傾角的形貌檢測裝置的第二實施例圖； 圖15為圖14的立體結構示意圖； 圖16為圖14實施垂直檢測的結構示意圖； 圖17為圖15實施垂直檢測的結構示意圖18為圖14的另一實施例圖。
附圖中主要標志符號說明
11 顯微鏡
12 待測物
13 反射光訊號
21 形貌檢測單元
22 光軸
23 待測物
3 形貌檢測單元
31 滑槽32 轉軸
4 旋轉支架
40 轉折結構
51 第一傾角調整裝置
510 第一固定座
511 第一平移件
512 第一橫向軌道
52 第二傾角調整裝置
520 第二固定座
521 第二平移件
522 第二橫向軌道
53 待測物
54 旋轉軸心
55 傾角
56 第二平移件平移距離
57 第一平移件平移距離
58 第一固定座與第二固定座間距
59 焦點
6 形貌檢測單元
61 第一滑塊
62 第二滑塊
63 第三滑塊
64 第四滑塊
65 滑塊
7 旋轉支架
8 傾角調整裝置81 第一圓弧軌道 82 第二圓弧軌道
83 第三圓弧軌道
84 第四圓弧軌道
85 待測物
86 旋轉軸心
87 焦點
88 圓弧軌道
90、 91 形貌檢測裝置
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種可調整傾角的形貌檢測裝置，其為克服檢測斜率較大 的微結構形貌，無法取得表面形貌數(shù)據(jù)的問題，利用此結構，形貌檢測單 元得以傾斜任意角度，并可旋轉360度，取得全方位角的形貌影像數(shù)據(jù)， 再利用軟件影像縫補技術，重建出待測物原始形貌，以達到一種不受限于 待測物體積的形貌檢測單元的結構。本發(fā)明亦可提供檢測大型待測物表面 微結構形貌尺寸。
本發(fā)明提供一種除了可用于檢測微結構三維形貌外，亦適合檢測組件 的巨觀形貌尺寸(如非球面鏡)。
配合下列

本發(fā)明的詳細結構，及其連結關系。 本發(fā)明具有二種檢測裝置傾角實施結構分別說明如下
第一實施結構
請同時參閱圖8至圖13所示， 一形貌檢測裝置90具有一旋轉支架4、 一 形貌檢測單元3、 一第一傾角調整裝置51以及一第二傾角調整裝置52。該 形貌檢測單元3，用以取得待測物表面影像。在本實施例中，該形貌檢測單元3可為光學顯微鏡、探針掃描顯微鏡或其它形貌檢測單元。
該第一傾角調整裝置51，其與該旋轉支架4相連接，該第一傾角裝置
51的一端與該形貌檢測單元3相樞接。該第一傾角調整裝置51包括有一 第一平移件511以及一第一固定座510。該第一平移件511由一轉軸32(但 本發(fā)明不受限于該實施結構，本領域技術人員亦可利用單一滑槽31及單 一轉軸32來達到相同目的)樞接于該形貌檢測單元3上，通過該轉軸32 與一第一平移件511的樞接接使該形貌檢測單元3以該轉軸32為軸心產(chǎn) 生旋轉動作。該第一固定座510，與該旋轉支架4相連接，該第一固定座 510內部設置有一橫向軌道512，以提供該第一平移件511于橫向軌道512 做水平移動。其中該橫向軌道512可整合為線性滑軌、線性馬達或其它精 密線性移動裝置，以便精確控制該平移件位移尺寸。
該第二傾角調整裝置52還包括有一滑槽31、 一第二平移件521以及一 第二固定座520。該滑槽31，其連接于該形貌檢測單元3上。該第二平移件 521，其以一端與該滑槽31相滑接，以于該滑槽31內滑動。該第二固定座 520，與該支架相連接且距離該第一固定座510有一個高度，該第二固定座 520內部設置有一橫向軌道522，以提供該第二平移件521于橫向軌道522做 水平移動。其中該橫向軌道522可整合為線性滑軌、線性馬達或其它精密 線性移動裝置，以便精確控制該平移件位移尺寸。
接下來說明該形貌檢測裝置90的動作。該第一平移件511可于第一固 定座510的橫向軌道512中產(chǎn)生伸縮滑動動作，且該第二平移件521可于第 二固定座520的橫向軌道522中產(chǎn)生伸縮滑動動作，當形貌檢測單元3所需 產(chǎn)生的傾角愈大時，第二平移件521延伸出該橫向導軌522的部分越多，因此其與該滑槽31滑接的端部愈靠近滑槽31上方；反之，若形貌檢測單元3
所需產(chǎn)生的傾角愈小時，第二平移件521延伸出該橫向導軌512的部分越 少，因此其與該滑槽31滑接的端部愈靠近滑槽31下方。
上述傾角調整裝置90的旋轉支架4可繞著旋轉軸心54做一旋轉，同 時可帶動已產(chǎn)生傾角或未產(chǎn)生傾角的形貌檢測單元3隨之旋轉。在本實施 例中，該旋轉支架4具有一轉折結構40設計，使得該形貌檢測單元在進 行傾斜角度55接近0度的傾角檢測時，不會與該旋轉支架4產(chǎn)生干涉。 此外，本領域技術人員，亦可將該旋轉支架4設計為固定支架，該固定支 架雖然測量范圍及項目較少，但仍能由旋轉待測物達到檢測待測物53形 貌表面的目的，故仍為本發(fā)明的保護范圍。待測物53置于形貌檢測單元3 的焦點59處，即可由形貌檢測單元3來擷取全方位角的形貌影像數(shù)據(jù)， 該待測物53可為應用于液晶顯示器增亮膜的微結構或制造增亮膜的滾筒 模仁的微結構。
該形貌檢測單元3在旋轉支架4旋轉一個固定角度后取像一次，此固 定角度的大小取決于形貌檢測單元3的視場范圍(Fiddofview)，原則上需 取二相鄰影像有重迭，以便重建待測物形貌時縫補影像的用。若機構精度 符合影像重建所需精度，亦可不必取有重迭的相鄰影像。
上述形貌檢測單元3傾斜角度55可由第一平移件511平移距離56及 第二平移件521平移距離57控制調整，計算方式如下-
形貌檢測單元傾斜角度55 = tan"[(第二平移件平移距離56)-(第一平 移件平移距離57)/第一固定座與第二固定座間距58]
經(jīng)由調整第一平移件511平移距離57及第二平移件521平移距離56改變形貌檢測單元傾斜角度，配合一驅動裝置(圖中未示，可為一驅動馬 達配合若干齒輪來做一控制旋轉，其為公知技術，在此不作贅述)以上、 下、左、右的方向來旋動該旋轉支架4，并帶動連接于旋轉支架4的形貌
檢測單元3做出相同的運動，再使形貌檢測單元3的焦點59維持在旋轉 支架4的旋轉軸心位置，以確保檢測的精準度。
為配合待測物體積尺寸上的變化，本實施例亦可調整第一固定座51 與第二固定座52的間距58，即可改變形貌檢測單元3的傾斜角度55，以 達到最精確檢測的目的。
第二實施結構
請同時參閱圖14至圖18所示，形貌檢測裝置91包括有一旋轉支架7、 一形貌檢測單元6以及一傾角調整裝置8。該形貌檢測單元6，用以取得 待測物85表面影像。該傾角調整裝置8，其與該旋轉支架7相連接，該傾 角調整裝置8可以帶動該形貌檢測單元傾進行一弧線運動以調整該形貌檢 測單元的傾斜角度。
該傾角調整裝置8具有復數(shù)個滑塊以及復數(shù)個圓弧軌道。在本實施例 中，該復數(shù)個滑塊還可分為第一滑塊61、第二滑塊62、第三滑塊63及第 四滑塊64，其中第一滑塊61與第二滑塊62位于形貌檢測單元6的同一側； 且第三滑塊63與第四滑塊64位于形貌檢測單元6的另一側。第一、二、 三、四滑塊(61、 62、 63、 64)分別可由動力驅動在對應連接于傾角調整 裝置的第一、二、三、四圓弧軌道(81、 82、 83、 84)上做一滑動。在本 實施例中，該滑塊為圓柱型滑塊。至于驅動該第一、第二、第三以及第四 滑塊的裝置為公知技術在此不作贅述。上述傾角調整裝置利用其第一、二、三、四圓弧軌道(81、 82、 83、
84)同時被固定于旋轉支架7上，即可隨旋轉支架7旋轉。第一、二、三、 四圓弧軌道(81、 82、 83、 84)的圓弧中心，即為形貌檢測單元6的焦點 87，使形貌檢測單元6于傾斜角度改變時，形貌檢測單元焦點87仍維持 在待測物85上方同一位置，以確保檢測的精準度。該旋轉支架7可依旋 轉軸心86進行轉動，旋轉支架7的特性如前述第一實施例的旋轉支架4 的特征，在此不作贅述。
上述形貌檢測單元6的滑塊及傾角調整裝置的圓弧軌道亦可采取單側 的設計，即為僅設置第一、二滑塊(61、 62)及第一、二圓弧軌道(81、 82)，亦可達到相同目的。進一步地，如圖18所示，形貌檢測單元6僅設 置單一滑塊65，該滑塊65必須呈現(xiàn)弧度的板型滑塊，以配合傾角調整裝 置的單一圓弧軌道88，該傾角調整裝置仍能發(fā)揮固定形貌檢測單元6及調 整其位置的目的，故上述實施態(tài)樣亦為本發(fā)明的保護范圍。
如上述圖8至圖13的第一實施例的揭露，圖14至圖18所揭露的結 構亦可配合驅動裝置(圖例未標示)以上、下、左、右的方向來旋動該旋 轉支架7，并帶動連接于旋轉支架7的形貌檢測單元6做出相同的運動， 使形貌檢測單元焦點87仍能固定于待測物85表面任何位置。
由上述圖8至圖18的揭露，即可了解本發(fā)明主要技術為克服檢測斜 率較大的微結構形貌表面時，無法取得表面形貌數(shù)據(jù)的問題，利用此結構， 形貌檢測單元得以傾斜任意角度，并旋轉360度，取得全方位角的形貌影 像數(shù)據(jù)，再利用軟件影像縫補技術，重建出待測物原始形貌。本發(fā)明亦可 提供檢測大型待測物表面微結構形貌尺寸，以達到一種不受限于待測物體積的形貌檢測單元的結構，于市場上具有極大的商業(yè)價值。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而己，當不能以此限定本發(fā)明所 實施的范圍，即大凡依本發(fā)明權利要求所作的均等變化與修飾，皆應仍屬 于本發(fā)明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1、一種可調整傾角的形貌檢測裝置，其包括一支架；一形貌檢測單元，用以取得待測物表面影像；一第一傾角調整裝置，其與該支架相連接，該第一傾角裝置的一端與該形貌檢測單元相樞接；以及一第二傾角調整裝置，其與該支架相連接且設置于該第一傾角調整裝置的一側，該第二傾角裝置的一端與該形貌檢測單元相滑接，該第二傾角調整裝置與該第一傾角調整裝置產(chǎn)生相對運動以調整該形貌檢測單元的傾斜角度。
2、 如權利要求l所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該形貌檢 測單元為光學顯微鏡、探針掃描顯微鏡或其它形貌檢測單元。
3、 如權利要求l所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該第一傾角調整裝置包括有一平移件，其一端樞接于該形貌檢測單元上；以及一固定座，與該支 架相連接，該固定座內部設置有一橫向軌道，以提供該平移件于橫向軌道 做水平移動。
4、 如權利要求3所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該橫向軌 道可整合為線性滑軌、線性馬達或其它精密線性移動裝置，以精確控制該 平移件位移尺寸。
5、 如權利要求l所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該第二傾 角調整裝置包括有一滑槽，其連接于該形貌檢測單元上； 一平移件，其以一端與該滑槽相滑接；以及一固定座，與該支架相連接，該固定座內部設置有一橫向軌道，以提供該平移件于橫向軌道做水平移動。
6、 如權利要求5所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該橫向軌 道可整合為線性滑軌、線性馬達或其它精密線性移動裝置，以精確控制該 平移件位移尺寸。
7、 如權利要求l所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該支架具有一轉折結構且可進行一旋轉運動以使該形貌檢測單元對待測物進行360度檢測。
8、 如權利要求l所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該待測物為一具有微結構的待測物。
9、 如權利要求l所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該具有微結構的待測物，為應用于液晶顯示器增亮膜的微結構或制造增亮膜的滾筒 模仁。
10、 一種可調整傾角的形貌檢測裝置，其包括一支架；一形貌檢測單元，用以取得待測物表面影像；以及 一傾角調整裝置，其與該支架相連接，該傾角調整裝置帶動該形貌檢 測單元進行一弧線運動以調整該形貌檢測單元的傾斜角度。
11、 如權利要求10所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該形貌 檢測單元為光學顯微鏡、探針掃描顯微鏡或其它形貌檢測單元。
12、 如權利要求10所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該傾角調整裝置包括有至少一圓弧軌道，固定在旋轉支架的側邊，得以調整形貌檢測單元的傾斜角度，并用以維持形貌檢測單元傾斜時，物鏡焦距保持在同一位置； 以及至少一滑塊，固定在形貌檢測單元的側邊，用以帶動形貌檢測單元在 圓弧軌道滑行。
13、 如權利要求12所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該滑塊 為圓柱型滑塊。
14、 如權利要求12所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該滑塊 為具有弧度的板型滑塊。
15、 如權利要求10所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該待測物為一具有微結構的待測物。
16、 如權利要求15所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該具有微結構的待測物為應用于液晶顯示器增亮膜的微結構或制造增亮膜的滾 筒模仁。
17、 如權利要求10所述的可調整傾角的形貌檢測裝置，其中，該支架 具有一轉折結構且進行一旋轉運動以使該形貌檢測單元對待測物進行360 度檢測。
全文摘要
本發(fā)明是一種可調整傾角的形貌檢測裝置，其具有可調整影像擷取角度的機構，該機構包含二種結構其一為平移支架式可調整傾角的形貌檢測裝置，通過二平移件移動調整形貌檢測單元的傾角，并由旋轉支架旋轉可取得全方位角的待測物形貌。另一結構為一圓弧軌道式可調整傾角的形貌檢測裝置，利用形貌檢測單元在圓弧軌道上滑動改變形貌檢測單元傾角，并由旋轉支架旋轉可取得全方位角的待測物形貌。
文檔編號G01B11/24GK101413787SQ20071016713
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權日2007年10月18日
發(fā)明者葉清銘, 戴鴻名, 李世芳, 郭世炫, 陳金亮 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院