微機電元件的量測乃其量產之關鍵技術。電子斑點干涉儀(ESPI)具有非接觸光學全域檢測能力，為微機電元件量測重要工具。ESPI系統中，電荷耦合元件(CCD)影響電子斑點干涉儀量測的精確度，本文採用五一相移法，並以低價位之CCD取代昂貴的高速CCD，建構出一套低成本、高準確度的電子斑點干涉儀系統。
本文針對微機電元件進行實驗量測，驗證所建構系統的有效性。實驗初步顯示該系統在物體變形輪廓的量測上是確實達到次微米程度的精確度。

MEMS metrology is the key technology for the mass production of the MEMS devices.  The electric speckle pattern interferometry is an important measurement tool as it is with the capabilities of the optical, non-contact and full filed measurements.  For the ESPI system, CCD may influence the measurement accuracy.  In this study, we adopt 5-1 phase shift technique, and use cheap CCD system rather than expensive one of high speed, to construct a novel ESPI system of low cost and high accuracy.
We choose the MEMS device as the main application target for our ESPI system and verify its validity.  The basic experimental results show the system can be applied to the measurement of the surface profile of objects with the resolution in the micron scale.

致  謝	i
中文摘要	ii
英文摘要	iii
目  錄	iv
表目錄	vii
圖目錄	viii
第一章	緒  論	1
1.1	前  言	1
1.2	電子斑點干涉術	2
1.3	文獻回顧	5
1.4	研究動機	8
1.5	研究目的	9
第二章	電子斑點干涉術(ESPI)之理論與架構	10
2.1	光學干涉基本原理	10
2.1.1	基本光學干涉	10
2.1.2	物體變形對於相位的探討	12
2.1.3	光學干涉儀的應用	13
2.2	電子斑點基本原理	14
2.2.1	斑點的成因	14
2.2.2	斑點的產生形式	15
2.3	電子斑點干涉術基本原理及架構	17
2.3.1	量測架構與動態檢測原理	17
2.3.2	干涉條紋的產生	18
第三章	相移干涉術與影像處理	21
3.1	相移干涉術原理	21
3.1.1	三步相移法	23
3.1.2	四步相移法	23
3.1.3	五步相移法[31]	24
3.1.4	五一相移法[32]	24
3.2	程式與影像處理	27
3.2.1	影像濾波	28
3.2.2	相位重建[34]	28
第四章	實驗量測	30
4.1	系統設備特性介紹	30
4.1.1	光源	30
4.1.2	空間濾波元件	30
4.1.3	光學鏡片	32
4.1.4	成像系統與CCD感測器	32
4.1.5	壓電回授控制系統	33
4.2	電子訊號系統[38]	34
4.3	實驗流程	38
第五章	實驗結果分析	41
5.1	待測物共振頻檢測	41
5.2	斑點相關性檢測	42
5.3	三維表面檢測	44
5.3.1	有限元素分析模擬	44
5.3.2	光學量測	47
5.3.3	微機電元件之量測	50
第六章	結論與未來展望	59
6.1	結論	59
6.2	未來展望	59
參考文獻	60
附錄A	電子斑點干涉干涉術光學調校程序	64
A-1	光源與參考面調校	64
A-2	電子斑點干涉儀調校程序	65

表目錄
表 1	物鏡與微孔洞尺寸選擇參考	31
表 2	實驗裝置與元件	36
表 3	暫態時間與最大位移量之關係表(模擬值)	46
表 4	暫態時間與最大位移量之關係表(實際值)	48
表 5	微懸臂樑暫態時間與最大位移量之關係表	52

圖目錄
圖 1	不同電子斑點干涉儀的影像處理法比較[2]	4
圖 2	電子斑點干涉術面內外量測架構	4
圖 3	雙脈衝雷射的電子斑點干涉術[17]	6
圖 4	雙脈衝雷射電子斑點干涉術之實驗光場[20]	6
圖 5	正交式電子斑點干涉儀架構[23]	7
圖 6	熱變形量測系統[24]	7
圖 7	電子斑點干涉術系統[26]	8
圖 8	透明板材與位移之關係圖[26]	8
圖 9	雷射干涉條紋圖	10
圖 10	干涉條紋可見度之示意圖	12
圖 11	物體變形導致光程差的改變	13
圖 12	物體變形導致光程差的改變	13
圖 13	斑點示意圖	14
圖 14	雷射斑點	15
圖 15	電子斑點干涉術面外量測之基本架構圖	16
圖 16	電子斑點干涉術面內量測之基本架構圖	16
圖 17	客觀性斑點	16
圖 18	主觀性斑點	17
圖 19	電子斑點干涉量測架構	17
圖 20	實際電子斑點干涉術量測架構	18
圖 21	電子斑點干涉術量測架構由CCD所擷取之影像	18
圖 22	 示意圖	19
圖 23	運用相減法得到之斑點干涉條紋圖	20
圖 24	機械調制	21
圖 25	電光調制	22
圖 26	聲光調制	22
圖 27	光學調制	22
圖 28	高頻雜訊分佈情形	31
圖 29	空間濾波器之濾波過程(來源:http://www.newport.com)	31
圖 30	成像系統基本參數示意圖	32
圖 31	成像系統F/#值與DOF之關係	33
圖 32	壓電遲滯效應	34
圖 33	壓電回授控制系統示意圖	34
圖 34	美商國家儀器PCI-M6221資料擷取卡	35
圖 35	美商國家儀器BNC-2110 connector	35
圖 36	其Connector接線分佈	36
圖 37	美商國家儀器IMAQ PCI-1405影像擷取卡	36
圖 38	本實驗ESPI量測系統	38
圖 39	電子斑點干涉術之觸發控制	39
圖 40	實驗操作程序	39
圖 41	相關性處理程序	40
圖 42	條紋相關性測試人機介面	40
圖 43	影像處理分析人機介面	40
圖 44	壓電蜂鳴片	41
圖 45	利用夾具固定壓電蜂鳴片	42
圖 46	阻抗分析儀量測結果	42
圖 47	利用反光貼紙所產生的散射光情形	43
圖 48	五步相移取像後相剪所產生的相關性干涉條紋	44
圖 49	壓電片位移暫態情形(第一週期部分)	46
圖 50	模擬之位移量與時間關係圖	47
圖 51	三維變形圖(第一週期部分)	48
圖 52	模擬值與實際值之位移與時間的關係圖	49
圖 53	微懸臂樑	50
圖 54	架構裝置示意圖	51
圖 55	微懸臂樑三維表面結果	52
圖 56	微懸臂樑位移與時間的關係圖	53
圖 57	模擬3D圖與量測3D圖重合比較	56
圖 58	模擬與量測的3D誤差位移量	58
圖 59	實際參考面轉移工具	64
圖 60	雷射光源與參考面調校示意圖	64
圖 61	入射空間濾波器前	65
圖 62	入射空間濾波器後	65
圖 63	平行剪影板	66
圖 64	剪影板原理示意圖	66
圖 65	電子斑點干涉術實驗架構	66

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