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研究生: 沈明興
SHEN, Ming-Sing
論文名稱: 自動對焦麥克森白光干涉儀之系統研製
Design and Fabrication of Auto-Focusing Michelson White Light Interferometry
指導教授: 陳元方
Chen, Terry Yuan-Fang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 107
中文關鍵詞: 干涉自動對焦
外文關鍵詞: Interference, Auto-Focusing
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  •   白光干涉量測技術具有非破壞性及奈米等級縱向解析度,有利於在精密量測的發展。本文利用Michelson白光干涉儀,並搭配自動對焦技術,發展出一套自動對焦Michelson白光干涉三維形貌表面輪廓儀。
      
      本研究首先是利用自動對焦技術尋找干涉場,再藉由分析干涉條紋找出亮度最大位置,建立被測物體3D輪廓。在自動對焦方面是利用被動式自動對焦技術;干涉條紋分析方法之中,本文利用了傅利葉轉換法、峰值判定法,以及相位移法。
      
      自動對焦搭配Michelson干涉儀之中,為了使PZT掃描整場干涉條紋,我們利用修正過後的路徑規則搜尋演算法,再分析擷取得到的干涉圖像,以獲得整場3D形貌。干涉條紋分析當中,在不同倍率量測情況下,我們發現相位移法精準度以及穩定性較佳;並發現在低倍率量測情況下,受到橫向解析度的影響,導致量測上的失真。

    The white light interferometer which has characteristics of non-destruction and nanometer precision in vertical resolution is helpful for the development of precise nanometer measurement. This paper use Michelson white light interferometry and the technique of Auto-Focusing to develop a system of three dimensional surface measurement for Auto-focusing Michelson white light interferometry .
    In order to set up the three-dimensional profile of the sample, we search the range of interference by auto-focusing first, then search the position of highest intensity of light by analyzing interference fringe .In the Auto-Focusing method, we adopt passive auto-focusing. Passive auto-focusing has two important parts: sharpness measures, and rule search algorithms. In the analysis of interference fringes, we introduce Fourier Transform method, Peak detection, and phase-shifting in this paper.
    In the collocation of Michelson interferometer and the auto-focusing method, we use the corrected Rule-based algorithm to make PZT to scan the whole field interference fringes to obtain the three-dimensional profile. In the analysis of interference fringes, we found that the phase-shifting method has better accuracy and stability with different magnification. And we also found that with low different magnification, the limits of measurement is affected by the horizontal resolution.

    中文摘要……………………………………………………………… I 英文摘要………………………………………………………………II 致謝……………………………………………………………………IV 目錄…………………………………………………………………… V 圖目錄…………………………………………………………………IX 表目錄……………………………………………………………… XIV 符號說明………………………………………………………………XV 第一章 緒論 1-1 研究背景……………………………………………………………1 1-3 文獻回顧……………………………………………………………3 1-4 本文架構……………………………………………………………4 第二章 自動對焦原理及實驗 2-1對焦原理…………………………………………………………… 6 2-1-1 薄透鏡方程式…………………………………………6 2-1-2 景深……………………………………………………7 2-2  自動對焦系統概論 2-2-1 主動式對焦系統………………………………………8 2-2-2 被動式對焦系統…………………………………… 10 2-3 對焦值演算之種類 2-3-1 空間性分析………………………………………… 12 2-3-2 頻率域分析………………………………………… 15 2-4 路徑搜尋演算法    2-4-1 全域搜尋法(global search)………………………16    2-4-2 爬山搜尋法(hill-climbing search)…………… 17 2-5  實驗結果與比較    2-5-1 對焦值演算法之比較……………………………… 24    2-5-2 路徑搜尋演算法之比較…………………………… 28 弟三章 白光干涉儀及量測原理與方法 3-1 光的干涉原理…………………………………………………33 3-2 干涉顯微儀之類型及光路分析………………………………35 3-2-1 Linnik干涉儀…………………………………………… 35 3-2-2 Mirau干涉儀………………………………………………36 3-2-3 Michelson干涉儀…………………………………………38 3-3 量測原理………………………………………………… 39 3-4 零階干涉條紋分析方法………………………………… 41 3-4-1 傅利葉轉換法…………………………………… 42 3-4-2 峰值判定法……………………………………… 45 3-5 七步相位移法…………………………………………… 47 第四章 實驗裝置與校正 4-1 實驗系統介紹…………………………………………… 51 4-2 實驗系統校正…………………………………………… 53 4-3 量測試件介紹…………………………………………… 55     4-3-1 矽薄膜微拉伸試件………………………………… 55     4-3-2 BM(Black Matrix)玻璃…………………………… 56 4-3-3 CF(Color Filter)彩色濾光片…………………… 57   4-4 形貌量測儀簡介………………………………………… 58 第五章 實驗結果與討論 5-1 干涉系統之對焦值曲線………………………………… 59 5-2 路徑搜尋演算法之修正………………………………… 62 5-3 試件量測結果…………………………………………… 71 5-3-1 微拉伸試件量測……………………………… 71 5-3-2 BM玻璃量測…………………………………… 85 5-4 表面傾斜量測之極限分析…………………………………92 5-5 不同顏色燈光對彩色濾光片量測之影響…………………93 第六章 結論與未來展望 6-1 結論……………………………………………………… 102 6-2 未來展望………………………………………………… 104 參考文獻…………………………………………………………… 105

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    下載圖示 校內:2010-08-24公開
    校外:2012-08-24公開
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