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研究生: 范凱翔
Fan, Kai-Hsiang
論文名稱: 簡單架構反射式全場三維形貌測量儀之研究
The Study on a Simple Structure of the Reflection-type Full-field 3D Surface Profilometer
指導教授: 李汪洋
Li, Wang-Yang
共同指導教授: 徐旭政
Hsu, Hsu-Cheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Photonics
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 39
中文關鍵詞: CCD三維測量表面形貌儀
外文關鍵詞: CCD, profilometer, three-dimension measurement
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  • 本研究架設了一個非接觸、非干涉,可以做大面積即時量測,反射式的形貌測量儀。主要是改變過去三維顯微鏡的架構,將整體架構縮小化,量測光源改為LED,採用一次外反射來擴大量測面積且嘗試利用單影像處理來來做測量,主要目的是往小體積手持式裝置的目標前進。
    所架設的光路同時可擷取包含了過去的雙影像處理,以及我們想實現的單影像處理所需的影像。利用影像光強度轉換成反射率,進而可以推算出待測物的高度資訊且分析出三維形貌。本系統提供微米級的量測,量測面積為2400 μm*1800 μm,最大高度範圍可以達到約440 μm。
    我們利用共軛焦顯微鏡以及表面輪廓儀來做高度以及形貌結果的比較,其高度誤差小於1%。我們也針對單影像量測結果進行量測限制上的分析與探討。
    最後,我們所提出的架構有非接觸式大範圍即時快速量測、架構簡單且成本低的優點。

    The object of this study is to achieve a simple structure real-time, non-scanning, non-contact, non-interferometric, reflection-type profiler. We utilized light-emitting diode (LED) as a light source and performed a single image processing to analyze the profile of samples to narrow down the size of the full system for the possibility of commercialization.
    The proposed system provides a micrometer-scale measurement. The framework allows rapid acquisition of the two-dimensional surface images, which combined with the reflectance acquired by CCD’s intensity imaging allows the transformation into three-dimensional surface profile. The main advantage of this system is fast measurement of large area profile by use of the rapid image acquisition of CCD and also has lower cost than the other 3D-profilometer.

    摘要 i 誌謝 xi 目錄 xii 圖目錄 xiv 表目錄 xvi 符號說明 xvii 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 3 1.3 論文架構 8 第二章 實驗方法與理論 9 2.1 實驗原理 9 2.2 s與p偏振光反射曲線 11 第三章 系統元件原理 14 3.1 擴束器(Beam Expander) 14 3.2 偏振分光稜鏡(Polarizing Beam Splitter Cube) 15 3.3 成像系統 16 3.4 待測物體量測原理 17 3.5 CCD基本原理 18 第四章 實驗架構與結果 19 4.1 實驗架構 19 4.1.1 分光鏡不同入射角度之反射率與穿透率 21 4.2 表面形貌圖之量測結果 22 4.2.1 待測物拍攝圖 22 4.2.2 圖像分析之結果 23 4.3 系統分析 30 4.3.1 橫向解析度 30 4.3.2 縱向解析度 30 4.3.3 光源入射至待測物之情形 32 4.3.4 可量測角度範圍 34 4.3.5 各系統比較 36 第五章 結論與未來展望 37 參考文獻 38

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