基本光学原理及光路设计

Linear polarization
32/93 (ch-2)
Linear light (E field) oscillating in the33/93 (ch-2) 2nd and 4th quadrants
Linear polarization
34/93 (ch-2)
35/93 (ch-2) 36/93 (ch-2)
24/93 (ch-2)
由此可見，繞射光柵的Doppler頻移與光柵的移動速
度(v)及繞射階數(q)成正比，與光柵常數(d)成反比，
而與入射光的波長(λ)及入射方向(θi)無關。
25/93 (ch-2)
光柵干涉位移量測原理與光學系統
26/93 (ch-2)
The Photo-detection System
Excises
54/93 (ch-2)
55/93 (ch-2)
CCD攝影機量測範圍光學分析
Z軸方向的解析度: 此參數關係到景深的大小。 『景深』(Depth of Field) 為某一範圍的距離；這段範 圍為物體在影像平面上成像解析度最大的容許範 圍。
Light Tracing (光路分析)
Cardinal Points
37/93 (ch-2)
Measurement of Polarization
Polarizer and Analyzer
38/93 (ch-2)
39/93 (ch-2)
Polarized Diffraction Interferometer
LDGI 2
40/93 (ch-2)
液晶與偏振光
41/93 (ch-2)
56/93 (ch-2)
57/93 (ch-2)
Cardinal Points Illustrated
Nodal points
58/93 (ch-2)
59/93 (ch-2)
60/93 (ch-2)
First Order Graphical Raytracing
Stop and Pupil
61/93 (ch-2)
• 背照式(Back Illumination)
– 直向型背光源(Direction Back Lighting) – 擴散式背光源(Diffuse BackLighting)
光源架設(前照式)
83/93 (ch-2)
光源架設(前照式)
84/93 (ch-2)
光源架設(前照式)
85/93 (ch-2)
7/93 (ch-2)
Rainbow (彩虹)
8/93 (ch-2)
Interference (干涉)
9/93 (ch-2)
Diffraction (繞射)
Diffraction limit
10/93 (ch-2)
Principle of Diffraction
11/93 (ch-2)
單狹縫的繞射光強度分布
射頻波
1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 10 8 10 6 10 4
(m) λ 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 0 10 2 10 4
光的波動性
4/93 (ch-2)
• 反射與折射 (Reflection and Refraction) • 全反射 (Total Internal Reflection) • 色散 (Dispersion) • 干涉與繞射 (Interference and Diffraction) • 偏振 (Polarization) • 同調性 (Coherence)
LDGI Feedback Sensor
LDGI (繞射式雷射光學尺)
27/93 (ch-2)
Sinusoidal Signals
28/93 (ch-2)
-
29/93 (ch-2)
解析度(分辨率) Resolution
偏振光學
30/93 (ch-2)
Plane-polarized light
31/93 (ch-2)
79/93 (ch-2)
1. 鹵素燈(Halogen)：或簡稱〝冷光源〞(Cold Light), 使用石英 或塑膠製的光纖來導引所發出的光線。不僅能夠發出高亮 度，光量可以調整而且便於安裝。
2. 高週波螢光燈(Fluorescent)。
3. LED燈源：在近年被快速的開發出來。具有多種的顏色以及 形狀，可以廣泛地被運用。使用在影像處理時，須將定頻系 統開在高頻率（20kHz）來消除由於閃爍所導致的照明不均 情形。
(二) 當頻率f 光源照射在以速度V移動的散射 表面時
(三) 可將繞射光柵當作移動中的散射表面， 做為位移量測的基礎。在A觀測到的入射 光頻率fA
α2 α1
各階繞射光所對應的頻率可表示成( q： 繞射階數)
Doppler Effect (2/2)
上兩式整理可得：
光柵方程式：
可推導出繞射光 柵的Doppler頻移：
Aperture Stop
62/93 (ch-2)
63/93 (ch-2)
Stop, Chief Ray, Marginal Ray
64/93 (ch-2)
Pupils and the Aperture Stop
Entrance Pupil
65/93 (ch-2)
66/93 (ch-2)
Specifying the Aperture
4. 金屬燈泡(Metal Halid)或氖燈(Neon)。
5. 雷射光源(Laser)： 提供各種結構光源。
6. 氙素燈(Xenon)：使用在當作閃光燈的光源。此種類型的強光 燈，具高度閃爍頻率，適合運用在高速生產線上；但它不適 用於持續照明。
80/93 (ch-2)
CCD攝影機、鏡頭、光源之選擇及光學系統分析
67/93 (ch-2)
68/93 (ch-2)
Same Triplet, Different f/#’s
ZEMAX Software
69/93 (ch-2)
光機設計
70/93 (ch-2)
Probe model
71/93 (ch-2)
CMOS Camera LED Collimator
N-PBS
LED 光 2.現 行人工檢測多 現象
源
使用此光源。
92/93 (ch-2)
CCD攝影機、鏡頭、光源之如何選擇93/93 (ch-2) 及光學系統分析
光源依結構形式不同時之應用範圍
• 這種設置方法能有效檢查鋁質包裝材料上的印刷， 或焊接是否完全。
光源研究(背照式光源)
89/93 (ch-2)
CCD camera
光學玻 璃蓋片
Light source
光源研究(前照式光源)
90/93 (ch-2)
CCD camera
光學玻 璃蓋片
鹵素光機
91/93 (ch-2)
光源研究(側照式LED光源)
光源架設(背照式)
86/93 (ch-2)
小高度側面取像
由於標的物的照明來自相當 淺的角度，攝影機只會接收 細部反射，例如來自標的物 表面上的缺陷或缺口。
87/93 (ch-2)
籠罩型照明
88/93 (ch-2)
利用球形內壁而產生四面八方的漫射反光，能排除 所有的陰影。
• 具有光澤、彎曲或凹凸表面的不規則形狀目標物能 夠簡單的被加以照明而不會有任何陰影。
49/93 (ch-2)
Field Definition
50/93 (ch-2)
51/93 (ch-2)
Sign Conventions
52/93 (ch-2)
Principle of Chromatic aberration53/93 (ch-2) correction
Refractive + Diffractive = Hybrid Achromatic
提高解析度的新方法-浸潤式微影技術
在鏡頭與晶圓之間的空隙中填滿水，可提高晶片製造微影技術工 具的解析度。雷射光為了要投射出最小的電路線寬，會以極斜的 角度穿透鏡頭，如果遇到空隙中的空氣，很容易就會被反射回去 （左圖）。反之，光線若以相同的角度遇到水就會發生偏折，因 此可抵達焦點（右圖）。浸潤式微影技術也能改善焦深，也就是 成像清晰的狀況下，從鏡頭到影像之間的距離。
P-BS
Objective Lens 10x, f=20mm, WD=17 3mm
Circuit Board
Tube Lens f=200mm
Mirror 15x30mm2
Cyan-Red Filter
DVD Pickup Head
物鏡(Objective lens)
72/93 (ch-2)
73/93 (ch-2)
CCD camera
LED 光源
光學玻 璃蓋片
LED 光源
光源比較
光源種 類
優點
缺點
攝影機 最小可 能 快 門 (s)
背 照 式 1. 利於瑕疵大小的 瑕疵遺漏 1/500
光源
判斷。
(表面粉塵)
2. 合乎檢測物實際
應用。
前 照 式 可突顯物體表面特 (表面粉塵) 1/500 光源 徵瑕疵遺漏。
側 照 式 1.突顯幾何性質。 瑕 疵 放 大 1/250
干涉+繞射的強度分布
19/93 (ch-2)
干涉與繞射的加成
20/93 (ch-2)
圓孔繞射
21/93 (ch-2)
圓孔繞射的Airy pattern
22/93 (ch-2)
Doppler Effect (1/2)
23/93 (ch-2)
(一) 動當頻源率以f相0的對聲速音度源v接、近光或源遠或離任觀何測形者式時的波， 觀測者所觀測到的頻率會有如右式的變 化：這種因波動源與觀測者間的相對運 動而發生頻率改變的現象稱為Doppler效 應。
雷射二極體(Laser Diode)
74/93 (ch-2)
Gaussian Beams
75/93 (ch-2)
Laser Diode (又稱半導體雷射) 76/93 (ch-2) 自動功率控制
自動功率控制
77/93 (ch-2)
CD/DVD pickup head
78/93 (ch-2)
光源種類
5/93 (ch-2)
Reflection and Refraction
Lens, Mirror and Grating (透鏡, 反射鏡, 光柵)
6/93 (ch-2)
所須公式: Snell’s Law, Lens equation, diffraction equation
Dispersion (色散)
12/93 (ch-2)
13/93 (ch-2)
中央極大的光強度in phase
第一極小的破壞性干涉
14/93 (ch-2)
第二極小的破壞性干涉
15/93 (ch-2)
16/93 (ch-2)
不同狹縫寬度的繞射的強度分布
干涉的強度分布
17/93 (ch-2)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
繞射的強度分布
18/93 (ch-2)
光源類別與其品質特性
照明系統的一般投射方式
81/93 (ch-2)
光源投射系統種類
82/93 (ch-2)
光源的架設主要在突顯檢測的特徵，常用的光源 架設方式如下： • 前照式(Front Illumination)
– 直向型前光源(Directional Front Lighting) – 擴散型前光源(Diffuse Front Lighting) – 環形前光源(Ring Front Lighting) – 低角度前光源(Oblique Front Lighting) – 同軸前光源(Coaxial Front Lighting)
-第2章-
1/93 (ch-2)
基本光學原理及光路設計
基本光學原理及光路設計
2/93 (ch-2)
• 光的波動性 • 偏振光學 • 透鏡公式 • 光路設計 • 影像扭曲 • 光源及打光技術
光譜(Optical Spectrum)
3/93 (ch-2)
可見光
f (Hz)
γ 射線 X射線 UV 紅外光 微波
偏光板 彩色濾光片 配向膜
配向膜 偏光板
42/93 (ch-2)
稜鏡
43/93 (ch-2)
44/93 (ch-2)
Snell’s Law
45/93 (ch-2)
Light from Physics
46/93 (ch-2)
47/93 (ch-2)
透鏡(Lens)
48/93 (ch-2)
Lens Equations