干涉振动位移决定方法、振动频率决定方法和干涉装置的制作方法

专利名称：干涉振动位移决定方法、振动频率决定方法和干涉装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种干涉振动位移决定方法、振动频率决定方法和干涉装置。
背景技术：
传统的光干涉表面形貌显微测量仪，以测量微结构表面轮廓为主，而因其整体架 构简单与非接触测量特性，应用领域相当广泛，包含晶片的表面粗糙度和平面度的测量、激 光标记深度的测量、倒装工艺中金球凸块的尺寸和共面度的测量、液晶平面显示器中新式 彩色滤光片上间隔柱(spacer)尺寸和高度的测量、光纤端面和微光学元件表面形貌的测 量等。而且光干涉技术更利用其低相干的特性，配合陶瓷压电位移传感器的垂直扫描法可 克服传统相移法断高无法测量的问题。拓展这类测量仪的应用领域，更涵盖微机械和微光 机电产业里，功能元件和薄膜等动态行为的观察和测量。虽然光干涉技术可用于对待测物的相关特性进行侦测，但是诸如面板、晶片甚至 是微小机械或光学元件的生产环境中，振动难免会产生，而环境的振动却会对干涉检测的 效果产生很大的影响。在一般的检测环境下，纵使有所谓的防振措施，但是轻微的振动还是 会对测量结果产生极大的影响。另外，有些情况下待测物本身也可能会自发性或者是被动 性的产生振动，这样的情况往往不是防振机制可以控制的。因此各个先进国家，无不针对这 种情况投入大量的研究，期能解决或降低振动对于干涉检测所产生的影响。在已知技术中，如美国专利No. 5，589，938所披露的一种使用双相机的架构， 分别以高、低速率撷取干涉影像，以降低振动对于系统的敏感度。另外，如美国专利 No. 6，624，894所披露的干涉技术，其使用额外的振动侦测的参考信号，即时补偿扫描位移 装置的非线性移动，以达高精度的干涉定位。而美国专利No. 7，321，430中，其使用内部或 是外部传感器来决定陶瓷压电位移传感器的扫描位置。

发明内容
依据本发明技术，披露干涉振动位移决定方法实施范例，其包括下列步骤调制低 相干光源使其同时产生具有同光路的至少一高相干性侦测光以及至少一低相干性侦测光； 将该至少一高相干性侦测光以及至少一低相干性侦测光经由干涉装置投射至待测物上；撷 取关于该待测物的高相干性干涉图案；以及根据该高相干性干涉图案上的特定区域上所具 有的光强度进行演算以得到该待测物与该干涉装置上的参考平面之间的相对位移量。依据本发明技术，披露另一待测物振动频率决定方法实施范例，其包括下列步骤 一种待测物振动频率决定方法，其包括下列步骤调制低相干光源使其同时产生具有同光 路的至少一高相干性侦测光以及一至少低相干性侦测光；将该至少一高相干性侦测光以及 至少一低相干性侦测光经由干涉装置投射至待测物上；撷取关于该待测物的高相干性干涉 图案；根据该高相干性干涉图案上的特定区域上所具有的光强度进行演算以得到该待测物 与该干涉装置上的参考平面之间的相对位移量；重复执行前述四步骤多次以建立出相对位 移量与时间的关系序列；以及对该关系序列进行频谱分析以决定出该待测物的振动频率。
依据本发明技术，披露干涉装置的实施范例，其包括光源模块，其调制低相干光 源以同时形成具有同光路的至少一高相干性侦测光以及至少一低相干性侦测光；光学干涉 模块，其导引该光源模块所产生的该高相干性侦测光以及该低相干性侦测光投射至待测物 上，并干涉以形成干涉图案；信号撷取单元，其撷取该干涉图案中的特定区域属于高相干性 干涉的光信号；运算单元，其与该信号撷取单元相耦接，该运算单元对该光信号进行演算以 得到该待测物与该干涉装置上的参考平面之间的相对位移量；以及第一影像撷取元件，其 撷取该干涉图案所形成的影像。


图IA为本发明范例的干涉振动位移决定方法流程示意图。图IB为本发明范例的同光路且相互独立的高相干与低相干侦测光示意图。图2A至图2C为高相干性干涉图案示意图。图3为本发明的干涉振动位移决定方法另一实施例流程示意图。图4为本发明范例的振动频率决定方法流程示意图。图5A为本发明的干涉装置实施例示意图。图5B为本发明的光源另一实施例示意图。图6为高相干侦测光以及低相干侦测光光谱分布示意图。图7A与图7B为带通滤波元件示意图。图7C与图7D为本发明的信号撷取单元实施例示意图。图8A为未加上带通滤波元件，影像撷取元件所得的单一像素对于不同深度的光 强度变化示意图。图8B为加上带通滤波元件，影像撷取元件所得到单一像素对于不同深度的光强
度变化。图9为本发明的干涉装置另一实施例示意图。图10为第二影像撷取元件撷取影像区域示意图。图11与12为本发明的干涉装置另外两种实施例示意图。附图标记说明2-干涉振动位移决定方法20 25-步骤3-振动频率决定方法30 35-步骤4-干涉装置41-光源模块410-光源411 413-透镜元件414-带通滤波元件4140 4143-区域42-光学干涉模块420、422-透镜元件
421-分光元件423-干涉单元4230-干涉镜组4231、4232-参考平面4233-参考反射镜4234-分光元件4235-干涉镜组4236-压电元件43-信号撷取单元430-本体431-第一导光元件432-第二导光元件4310、4320-固定元件4311、4321_ 光传感器4312、4322-光纤44-运算单元45-第一影像撷取元件46-信号撷取单元460-分光元件461-透镜元件462-第二影像撷取元件49-影像撷取元件47-光源470-第一光源471-第二光源472-光纤偶和元件473-光纤474-合光的光束480,481-曲线80-低相干侦测光81-高相干侦测光90-高相干性干涉图案9Ol-条纹902、903、904、941、942-光信号点91-待测物92、940、905、906-区域93-调整运动94-带通滤波器
具体实施例方式为使能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明 的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得可以了解本发明的特点，详 细说明陈述如下。本发明范例披露干涉振动位移决定方法，其主要利用具有同光路的高相干与低相 干侦测光投射至待测物上，高相干的侦测光形成高相干性干涉图案，并侦测高相干性干涉 图案中具光信号强度进行演算，以决定出干涉振动所造成的位移量。本发明范例披露干涉振动位移决定方法，其主要侦测高相干性干涉图案中具有相 位差的两点的光信号强度进行演算，以决定出干涉振动所造成的位移量。本发明范例披露干涉振动频率决定方法，其根据干涉振动位移决定方法所决定的 位移量建立与时间的关系序列，进而演算出待测物的振动频率。本发明范例披露干涉装置，其经由光学干涉(非接触)方式进行三维形貌检测，并 且通过带通滤波片加上即时位移测量装置，在待测物位移时进行检测，此技术可整合至光 干涉表面形貌显微测量仪，可对于环境振动的影响进行补偿。本发明范例披露干涉装置，其可利用低相干性白光光源，并且可架设于一般干涉 显微镜系统，可简化仪器复杂度与降低成本，此外本发明的即时位移测量装置可配合两组 光纤接收经由带通滤波片所滤除的窄频光源，还可侦测待测物移动方向，进而增加本发明 的测量精度与使用范围。请参阅图IA所示，该图为本发明的范例干涉振动位移决定方法流程示意图。在 本实施例中，该方法2包括有下列步骤，首先进行步骤20调制至少一光源使其同时产生具 有同光路的至少一高相干性侦测光以及至少一低相干性侦测光。实现步骤20的方式可以 利用带通滤波的方式将低相干光(白光或卤素光)调制成具成低相干以及高相干侦测光或 者是利用高相干的二极管所产生的光与白光或卤素光合光成同光路的光。如图IB所示， 不过由于合光之后光线成多方向交错分布，因此高相干和低相干光并没有办法在空间中相 互独立，因此此时同样可以通过带通滤波器94将合光的光束调制成相互独立的高低相干 侦测光，其中80代表低相干侦测光，而81代表高相干侦测光。接着进行步骤21，使该至少 一高相干性侦测光以及低相干性侦测光经由干涉装置投射至待测物上。前述的高相干性侦 测光经过干涉装置(例如麦克森干涉装置(michelson interferometer)、Lirmik或者是 Mirau干涉装置等类的装置)投射至待测物上，经反射后于该干涉装置的分光镜所产生的 参考光相互干涉形成具有高相干性的干涉图案。接着进行步骤22，撷取关于该待测物的高 相干性干涉图案。形成干涉图案的系统有很多种，在一般干涉装置中，例如麦克森干涉装 置(michelson interferometer)、Linnik或者是Mirau干涉装置等类的装置，都是以由待 测物上反射的测物光与该干涉装置的分光镜所产生的参考光相互干涉，而形成干涉图案。当得到高相干性干涉图案之后，接着进行步骤23，根据该高相干性干涉图案上的 特定区域上所具有的光强度进行演算，以得到该待测物与该干涉装置上的参考平面之间的 相对位移量。亦即于该特定区域内上任取一点的光强度，或者是于该特定区域内任取两点 具有相位差的两个光信号的光强度，来进行演算以得到待测物相对于该干涉装置的参考平 面的相对位移量。所谓参考平面，并无特定位置，本领域一般技术人员都知道，只要是在干 涉装置上相对于整个干涉装置不会有相对位移发生的位置都可以做为参考平面。如图5A所示，其为Mirau干涉装置示意图，在该干涉装置中，所谓的参考平面为由干涉镜组4230上 的端面所决定的平面4231。此外，以麦克森干涉装置为例，如图12所示，在麦克森干涉装 置中，其参考平面亦可根据需要而自订，在图12的实施例中，是指参考平面4232。请参阅 图2A以及图2B所示，图2A中的斜线与非斜线区域为干涉条纹的暗纹与亮纹，在高相干性 干涉图案90中取光信号点902作为判断位置偏移的依据。由于光信号点902具有对应的 光强度，因此只要根据已知技术的演算法即可推算出相对位移量。不过撷取单点的情况仅 适合应用于振动偏移量较小的情况，例如振动偏移量为四分之一光波波长的范围内，亦即 如图2B中的区域905与区域906的范围内。至于该高相干性干涉图案上撷取具有相位差的两个光信号的情况，如下所述。请 参阅图2C所示，本实施例在特定区域内取两点具有相位差的光信号，其中特定区域是指干 涉条纹901，但不以此为限。而所谓取两点具有相位差的位置，该高相干性干涉图案90中， 以条纹901为例，是指相位差具有360n+90度的两点，亦即图中所指的903与904两点，但 不以此为限。在步骤23中，对于取两点具有相位差的光信号来演算相对位移量的方法可根据 中国台湾专利公告号第TW278682所披露的演算流程。主要是利用光传感器取得两个光点 903与904的光强Ia与Ib后，再即时纪录与更新其最大光强Mj (j = A或B)与最小光强Hij (j =A或B)的数值，并定义偏电压e」=(Mfmj)/2，所以可以得到修正后的光强Ip与Iq为式 (1)与式⑵所示Ip = IA-eA(1)Iq = IB-eB(2)由于Ia与Ib经相位调整机构外环体433将两者相位差调整至90度时，相位差即 可由下式⑶得到Φ = tarT1 (IP/IQ) (3)得到相位差Φ的数值之后，因为Φ = (2 )*(2π/λ), λ为平均波长，所以可以 即时测量到位移量d。而该位移量d则代表着因为待测物受到外部环境的振动影响时，在撷 取高相干性干涉影像的同时所产生的位置偏移量。请参阅图3所示，该图为本发明的干涉振动位移决定方法另一实施例流程示意 图。在本实施例中，基本上与图IA的流程相似，差异的地方在于步骤23之后可以进行步骤 24来撷取该待测物的干涉图案(低相干性干涉图案或者是高相干性干涉图案皆可)，经由 演算法计算，得到待测物形貌的相对高度。以低相干性干涉图案为例，其利用白光光源所产 生的低相干性光通过干涉装置投射至待测物上所产生的反射光与干涉装置内的低相干性 参考光相互干涉而成。这里需提到的是，低相干性光与该高相干性光可经由带通滤波片的 过滤，使得单一白光光源即可同时产生高相干性以及低相干性的光，但形成方式不以此为 限。至于高相干性干涉图案则是利用高相干性的光源经由干涉装置投射至待测物所产生的 反射光与干涉装置内的参考光进行干涉而成。步骤25，根据该相对位移量求得该低相干干涉图案的实际撷取位置。根据已知技 术，例如白光干涉垂直扫描技术，其干涉图案可用于还原待测物的表面形貌，不过由于待 测物可能因为自发性的振动或者是因为外部环境的振动所产生的影响，因此待测物与干涉 装置上的参考平面间的距离会因振动而改变，这样的变化，会使得后续的三维形貌还原结果产生严重的误差。不过，由于步骤23可以得到因为振动所造成的位移量，因此在步骤25 中，可以根据该位移量于计算待测物表面形貌时，补偿对应的低相干性干涉图案成像时，待 测物与干涉装置上的参考平面间的距离，使得还原待测物表面形貌的结果更为准确。步骤 25补偿的方式，并非去调整干涉镜组或者是待测物的位置，而是直接透过软体演算法，在重 建三维形貌影像时直接求得该低相干干涉图案的实际撷取位置。请参阅图4所示，该图为本发明的振动频率决定方法范例流程示意图。在本实施 例中，该方法3的步骤30至33基本上与图IA的流程相似，差异的地方在于步骤33之后可 进行步骤34，重复执行步骤30至步骤33多次，以建立出位移量与时间的关系序列。步骤 34的位移量为利用在高相干性干涉图案中单点光信号的强度或者是具有相位差的两点光 信号强度来进行演算所得到的位移量。然后进行步骤35，对该关系序列进行频谱分析以决 定出该待测物的振动频率。由于利用步骤34决定出时间和位移量的关系，因此可以通过频 谱分析的方式找出待测物振动的模态，进而解析出待测物振动的频率。由位移量以及时间 的关系配合频谱分析找出振动频率属于已知的技术，在此不作赘述。请参阅图5A所示，该图为本发明的干涉装置实施例示意图。在本实施例中，该干 涉装置4包括有光源模块41、光学干涉模块42、信号撷取单元43、运算单元44以及第一影 像撷取元件45。在本实施例中，该光源模块41，可调制光源以同时形成相同光路的低相干 性侦测光以及高相干性侦测光。在本实施例中，该光源模块41具有光源410、多个透镜元件 411 413以及带通滤波元件414。该光源410可产生低相干光，例如卤素灯或LED产生 的白光。为了避免因高速取像需要极短曝光时间因而造成光强不足而无法进行即时位移侦 测的问题，该光源410可选择高功率的光源，如10W以上。该多个透镜元件411 413可 接收该光源所产生的光。其中透镜元件411为平凸透镜、透镜元件412 413为双凸透镜。 其中，透镜元件411至413会将白光光源410所产生的低相干光先缩束再准直，以免光线过 于发散。如图5B所示，其为本发明的另一光源示意图。该光源47还具有第一光源470、第 二光源471以及光纤偶和元件472。该第一光源470，其产生低相干光。本实施例中，该第 一光源470可为白光或者是卤素光等元件，但不以此为限。该第二光源471，其产生高相干 光。在本实施例中，该第二光源471可为发光二极管单元，例如蓝光或者是其他低频的光 源。该光纤偶合元件472，其与该第一光源470以及该第二光源471偶接，以将该低相干光 与高相干光偶合至同一光路上。本实施例中该光纤偶合元件472为已知技术的元件，主要 利用光纤473将不同来源的光合光，再将合光的光束474投射出去。使得光束474同时具 有宽频带与窄频带的光谱。如图6所示，其中曲线480代表宽频带的光谱分布(亦即为该 低相干光)，而曲线481则代表窄频带的光谱分布(亦即为该高相干光)。而该窄频带的高 相干光具有比于该宽频带的低调同光所具有的光谱功率强度来得强，因此可以解决因高速 取像需要极短曝光时间因而造成光强不足而无法进行即时位移侦测的问题。本实施例的光 源47可取代图5A的光源410。再回到图5A所示，该带通滤波元件414，其设置于该透镜元件412与413之间以将 该光源410产生的光，进行空间调制以形成如图IB所示的具有高相干性侦测光以及低相干 性侦测光。如图7A所示，该带通滤波元件414具有第一区域4140以及第二区域4141，其 中，带通滤波元件414的第二区域4141没有镀膜，故可让原先低相干光通过，而在带通滤波元件414的第一区域4140有镀膜处理，故可通过的光线波段会限制在极小的范围，增加原 先低相干的白光光源的相干长度以形成高相干性侦测光。因此，通过第一区域4140的光线 可形成高相干性侦测光，而通过第二区域4141的部分则维持低相干性光的特性。此外，如 图7B所示，该带通滤波元件414亦可为矩阵形式的元件，其中区域4142与区域4143分别 可以让不同的波段的光通过，使得低相干光源通过时可以产生多个低相干侦测光以及多个 高相干侦测光。本发明的带通滤波元件的形式亦可不局限于图7A的环状或者是图7B的矩 阵形式，本领域一般技术人员可以根据需要而有不同的滤波形式。再回到图5A所示，该光学干涉模块42，其还具有多个透镜元件420与422、分光元 件421以及干涉单元423。该光学干涉模块42，其导引该光源模块41所产生的高相干性 与低相干性侦测光，经由干涉单元投射至待测物91上，以同时形成具有高相干性以及低相 干性的干涉图案。本实施例的干涉单元，可为Mirau干涉装置或麦克森干涉装置的干涉镜 组，但不以此为限。例如在麦克森干涉装置中，如图12所示，其干涉单元423则由干涉镜组 4235与压电元件4236所构成，干涉镜组4235内具有参考反射镜4233以及分光元件4234 所组成以产生干涉，其属于已知技术，在不作赘述。在透镜元件420的一侧设置有该分光元件421，以将通过该透镜元件420的光导引 至该干涉单元423，进而投射于该待测物91上。该透镜元件422设置于该分光元件421与 该信号撷取单元43之间，以将通过该分光元件421的干涉光聚焦于该第一影像撷取元件45 上。该第一影像撷取元件45可选择为CXD或者是CMOS的光传感器。该信号撷取单元43 设置于该透镜元件422与第一影像感测元件45之间，该信号撷取单元43可撷取该干涉图 案中，属于高相干性干涉的具有相位差的两个光信号。请参阅图7C与图7D所示，该图为本 发明的信号撷取单元实施例示意图。在本实施例中，该信号撷取单元43具有本体430、第一 导光元件431以及第二导光元件432。通过透镜元件422的干涉光于该本体430上形成有 高相干性干涉图案以及低相干性干涉图案，该本体430于形成该高相干像干涉图案的区域 92上还设有外环体433，其可通过调整运动93沿该本体430外围转动。虽然本实施例的光 信号撷取单元的构形为圆形，但实际上并不以此为限。该第一导光元件431，其设置于该外 环体433上，而该第二导光元件432，其设置于该本体430上，该第一导光元件431以及该第 二导光元件432可分别侦测该高相干性干涉图案的不同位置所具有的光信号，亦为两点不 同相位差的光信号。如图7D所示，该第一导光元件431以及该第二导光元件432分别由固定元件4310 与4320、光传感器4311与4321以及光纤4312与4322所构成，其中该固定元件4320设置 于该本体430上，对应于该高相干性干涉图案的位置，而固定元件4310则设置于外环体433 上，对应于高相干性干涉图案的位置。该光纤4312与4322的一端与该固定元件4310与 4320相连接，而另一端则连接于该光传感器4311与4321上，该光传感器4311与4321与该 运算单元44相连接。由于在扫描过程中干涉条纹可能会有变化，因此通过该外环体433的 转动以调整两点光信号的相位差。取得的光信号强度会经过光纤4312与4322传送给光传 感器4311与4321接收，并转换为电的信号。当然该第一导光元件431以及该第二导光元 件432亦可直接利用光传感器来取代，直接将光信号转换成电子信号传给运算单元44。前 述的结构虽为撷取两点光信号的机构，但实际上亦可用来撷取单点光信号。再回到图5A所示，该运算单元44，其与该信号撷取单元43相耦接，该运算单元44
11对由该信号撷取单元43所撷取到的两个光信号，进行演算以得到该待测物91与该参考平 面4231之间的相对位移量。演算的方式如同前所述，在此不作赘述。该第一影像撷取元件 45，其与该运算单元44电讯连接，该第一影像撷取元件45撷取该干涉图案所形成的影像。 在本实施例中，该干涉图案所形成的影像含有高相干性干涉图案以及低相干性干涉图案， 而该运算单元44可根据该低相干性干涉图案所具有的资讯，得到待测物形貌的相对高度， 并根据所计算出的因为振动所产生的位置偏移量，进而还原该待测物91的表面形貌。如图8A与图8B所示，其中图8A为未加上带通滤波元件，影像撷取元件所得的单 一像素对于不同深度的光强度变化示意图；而图8B为加上带通滤波元件，影像撷取元件所 得到单一像素对于不同深度的光强度变化。由图8A所示，低相干的白光光强的分布范围较 窄，其相干长度较短，只有于测物光与参考光光程差在相干长度之内才会产生干涉。而由图 8B所示，白光光源经过带通滤波元件滤除后确实可增加其相干长度，因此可利用此原理对 于干涉装置于垂直扫描过程中的振动提供补偿的依据。请参阅图9所示，该图为本发明的干涉装置另一实施例示意图。在本实施例中，该 干涉装置基本上与图5A类似，差异的是本实施例的信号撷取单元46与图5A的信号撷取单 元43不同。在本实施例中，该信号撷取单元46包括有分光元件460、透镜元件461以及第 二影像撷取元件462。该第二影像撷取元件462为高速取像相机。由分光元件460将干涉 光分为两道光束，其中一道往上通过让第一影像撷取元件45接收，而另外一道光束则朝着 透镜元件461方向前进，由第二影像撷取元件462撷取其高相干性干涉图案。如图10所示， 其中，区域94为第二影像撷取装置可撷取影像的范围，而区域940则表示第二影像撷取元 件所撷取到的窄区域干涉条纹。选定取像区域940中相位相差90度的两点941与942所 具有的光信号强度，再搭配图IA所描述演算法计算相位差，进而推算出相对位移资讯。请参阅图11所示，该图为本发明的干涉装置另一实施例示意图。在本实施例中， 与图5A的实施例类似，差异的是本实施例将图9的实施例中的第一影像撷取元件45与第 二影像撷取元462件结合为一，以形成如图11所示的单一的影像撷取元件49来执行图9 第一影像撷取元件45以及第二影像撷取元件462所进行的动作。惟以上所述者，仅为本发明的实施例，当不能以的限制本发明范围。即大凡依本发 明权利要求所做的等同变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神 和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。综合上述，本发明提供的干涉振动位移决定方法及振动频率决定方法与其干涉装 置，可以得到因为非主动性的环境振动或者是待测物自主性的振动所造成的位置偏移量， 进而作为将来重建三维形貌或者是计算待测物振动频率的依据。因此已经可以提高该产业 的竞争力以及带动周遭产业的发展。
权利要求
一种干涉振动位移决定方法，其包括下列步骤调制至少一光源使其同时产生具有同光路的至少一高相干性侦测光以及至少一低相干性侦测光；将该至少一高相干性侦测光以及至少一低相干性侦测光经由干涉装置投射至待测物上；撷取关于该待测物的高相干性干涉图案；以及根据该高相干性干涉图案上的特定区域上所具有的光强度进行演算以得到该待测物与该干涉装置上的参考平面之间的相对位移量。
2.如权利要求1所述的干涉振动位移决定方法，其中该特定区域具有光信号。
3.如权利要求1所述的干涉振动位移决定方法，其中该特定区域具有两光信号且两光 信号间具有相位差。
4.如权利要求3所述的干涉振动位移决定方法，其中该相位差为九十度。
5.如权利要求1所述的干涉振动位移决定方法，其还包括有下列步骤 撷取该待测物的低相干干涉图案；以及根据该相对位移量求得该低相干干涉图案的实际撷取位置。
6.如权利要求1所述的干涉振动位移决定方法，其中调制该低相干光源的方式为使该 低相干光源通过带通滤波元件。
7.一种振动频率决定方法，其包括下列步骤调制至少一光源使其同时产生具有同光路的至少一高相干性侦测光以及一至少低相 干性侦测光；将该至少一高相干性侦测光以及至少一低相干性侦测光经由干涉装置投射至待测物上；撷取关于该待测物的高相干性干涉图案；根据该高相干性干涉图案上的特定区域上所具有的光强度进行演算以得到该待测物 与该干涉装置上的参考平面之间的相对位移量；重复执行前述四步骤多次以建立出相对位移量与时间的关系序列；以及 对该关系序列进行频谱分析以决定出该待测物的振动频率。
8.如权利要求7所述的振动频率决定方法，其中该特定区域具有光信号。
9.如权利要求7所述的振动频率决定方法，其中该特定区域具有两光信号且两光信号 间具有相位差。
10.如权利要求7所述的振动频率决定方法，其中该相位差为九十度。
11.如权利要求7所述的振动频率决定方法，其中调制该低相干光源的方式为使该低 相干光源通过带通滤波元件。
12.—种干涉装置，包括。光源模块，其调制至少一光源以同时形成具有同光路的至少一高相干性侦测光以及至 少一低相干性侦测光；光学干涉模块，其导引该光源模块所产生的该高相干性侦测光以及该低相干性侦测光 投射至待测物上，并干涉以形成干涉图案；信号撷取单元，其撷取该干涉图案中的特定区域属于高相干性干涉的光信号；运算单元，其与该信号撷取单元相耦接，该运算单元对该光信号进行演算以得到该待 测物与该干涉装置上的参考平面之间的相对位移量；以及 第一影像撷取元件，其撷取该干涉图案所形成的影像。
13.如权利要求12所述的干涉装置，其中该干涉图案具有至少一高相干性干涉图案以 及至少一低相干性干涉图案。
14.如权利要求12所述的干涉装置，其中该光源模块还具有 光源体，其产生该光源；多个透镜元件，其接收该低相干光源所产生的光；以及带通滤波元件，其设置于该多个透镜元件之间以将该低相干光源产生的光调制成具有 至少一高相干性侦测光以及至少一低相干性侦测光。
15.如权利要求12所述的干涉装置，其中该光源模块还具有 第一光源，其产生低相干光；第二光源，其产生高相干光；光纤偶合元件，其与该第一光源以及该第二光源偶接，以将该低相干光与高相干光耦 合至同一光路上；多个透镜元件，其设置于该光路上；以及带通滤波元件，其设置于该多个透镜元件之间以对该低相干光进行空间调制而形成该 高相干性侦测光以及该低相干性侦测光，该高相干性侦测光环布于该低相干性侦测光的外围。
16.如权利要求15所述的干涉装置，其中该第一光源为白光二极管光源或卤素光源。
17.如权利要求15所述的干涉装置，其中该第二光源为单色发光二极管光源。
18.如权利要求12所述的干涉装置，其中该光学干涉模块还具有 多个透镜元件；以及分光元件，其设置于该多个透镜元件之间以同时将该高相干性侦测光以及低相干性侦 测光分光至干涉镜组以投射至该待测物上，并经由反射通过该干涉镜组以分别形成高相干 干涉光以及低相干干涉光，经该分光元件而至该信号撷取单元。
19.如权利要求12所述的干涉装置，其中该信号撷取单元还具有本体，其上形成有高相干性干涉图案以及低相干性干涉图案，该本体于形成该高相干 性干涉图案的区域上还设有外环体其可通过调整运动沿该本体外围转动；第一导光元件，其设置于该外环体上以侦测该高相干性干涉图案的信号；以及 第二导光元件，其设置于该本体上以侦测该高相干性干涉图案的信号。
20.如权利要求16所述的干涉装置，其中该第一导光元件由固定元件、光传感器以及 光纤所构成，其中该固定元件设置于该本体上对应该高相干性干涉图案的位置上，该光纤 的一端与该固定元件相连接，而另一端则连接于该光传感器上，该光传感器与该运算单元 相连接。
21.如权利要求16所述的干涉装置，其中该第二导光元件由固定元件、光传感器以及 光纤所构成，其中该固定元件设置于该外环体上对应该高相干性干涉图案的位置上，该光 纤的一端与该固定元件相连接，而另一端则连接于该光传感器上，该光传感器与该运算单 元相连接。
22.如权利要求12所述的干涉装置，其中该信号撷取单元还具有 第二影像撷取元件，其耦接于该运算单元上；以及分光元件，其分别将该干涉图案分别导引至该第一影像撷取元件以及该第二影像撷取 元件上。
23.如权利要求12所述的干涉装置，其中该特定区域具有光信号。
24.如权利要求12所述的干涉装置，其中该特定区域具有两光信号且两光信号间具有 相位差。
25.如权利要求12所述的干涉装置，其中该相位差为90度。
全文摘要
本发明公开了一种干涉振动位移决定方法、振动频率决定方法和干涉装置。该干涉振动位移决定方法透过具有相位差的高相干干涉图案上的光信号，取得待测物与干涉装置上的参考面之间的位置偏移量。利用前述的方法重复进行多次的测量之后，建立出偏移量与时间的关系序列，再根据该序列决定出该待测物的振动频率。在另一实施例中，披露干涉装置，其利用光学干涉条纹判定的技术，即时计算出待测物与干涉装置上的参考面的相对位置，进而即时补偿干涉装置受到振动时的影响，以得到待测物表面形貌与振动频率。
文档编号G01B11/02GK101881600SQ20091013713
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者赖皇文, 连俊泰, 邹永桐, 陈亮嘉, 陈金亮, 黄焕祺 申请人:财团法人工业技术研究院;陈亮嘉