TWI580930B - Tilt angle and distance measurement method - Google Patents

Description

傾斜角度與距離量測方法

本發明係有關於一種量測系統，特別係有關於分析單一光源經由待測物反射至兩組光電感測器光點重心位置取得待測物之傾角及待測物與量測系統距離之傾斜角度與距離量測方法。

隨著科技的發展、產業的進步，現今的工業製程已經發展到奈米等級，各種電子零件、面板及晶圓也隨之微小化，在這樣的過程中，微處理機與微奈米系統也因為製程不斷地改進而興起，使得電子產品皆朝向小型且電路布局密集的精密化發展，在這些精密化的電子產品製造的過程中，勢必要有相應的量測方式，用以量測這類精密化的電子產品，以確保這些電子產品的品質及可靠度。

現在用以量測電子產品的方式一般分為接觸式與非接觸式兩種。接觸式量測方式是使用千分表或接觸式探頭來量測，千分表是透過齒輪或槓桿將一般的直線位移轉換成指針的旋轉運動，然後在刻度盤上以指針指示移動量的量測儀器，而接觸式探頭是當探頭碰觸到待測物，則機構產生開關變化，將電子訊號由開轉成關，即將此時座標鎖住並送到處理器做處理的量測方式。接觸式量測具有高精確度及高可靠度之特性，但是需逐點量測所以量測速度較慢、由於需要直接接觸待測物表面，待測物表面需具有一定剛性，且容易損傷待測物，且容易受限於探頭大小無法量測過微小的待測物等缺點，較不適合運用於量測需要快速、精密且非破壞性的電子產品上。

而非接觸式量測方式多是使用雷射光源來量測，其量測速度快速、不必接觸待測物本身且量測死角較少，相當適合用於量測高精密度的待測物。雖然非接觸式量測有著會因為待測物表面的粗糙度、表面曲度而影響量測訊號，但由於現今電子產品皆走向高精密化，例如晶圓廠的微奈米平台自動視準儀的使用、矽晶圓平坦度檢測、使用位移感測器量測細微元件位置的高低和表面輪廓及粗糙度檢測應用等應用，各大廠商皆希望能將量測技術光學化、自動化應用於廠內，藉由非接觸式量測技術的非破壞性且高效率等優點取代原本傳統的人力量測方式。

因為現今眾多廠商欲將非接觸式量測技術應用於廠內並將量測方式自動化，其中自動對焦技術為非接觸量測方式的一項重要技術，但卻只能量測到待測物與量測儀器間的距離，且無法對傾斜的待測物進行量測。而自動視準儀又僅能量測到待測物的傾角卻無法量測到待測物與量測儀器間的距離。

本發明之目的，係提供一種傾斜角度與距離量測方法，藉由兩個光電感應模組接收從待測物反射之光線計算出待測物之傾斜角度及距離，用以量測晶圓、齒輪、物體表面輪廓等，可以迅速的判斷待測物是否有瑕疵。

為達上述之指稱之各目的與功效，本發明之一實施例係揭示一種傾斜角度與距離量測方法，包含一光源模組，一第一分光鏡；一第二分光鏡，一第一光電感測模組，一第二光電感測模組，一第一凸透鏡，一第二凸透鏡，一處理單元，該處理單元藉由光源模組所射出之光線經由上述之鏡組入射一待測物，再經由待測物反射至第一光電感測模組及第二光電感測模組上之光點重心位置座標取得待測物之傾斜角度及距離。

於本發明之一實施例中，其中更包含一顯示單元，電性連接該處理單元，該顯示單元用以顯示待測物之傾斜角度及距離。

於本發明之一實施例中，其中該光源模組可為雷射、水銀燈、螢光燈、鹵素燈或發光二極體。

於本發明之一實施例中，其中該第一分光鏡、該第二分光鏡、該第一凸透鏡、該第二凸透鏡材質可為玻璃、樹脂、塑膠或聚碳酸酯。

此外，本發明提供另一種傾斜角度與距離量測方法，其與前一態樣差異在於本態樣中使用兩個光源模組，處理單元藉由第一及第二光源模組所射出之光線經由鏡組射向一待測物反射至第一光電感測模組及第二光電感測模組上之光點座標取得待測物之傾斜角度及距離。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

先前之技術中，使用非接觸式量測方式無法同時量測待測物的距離與待測物的傾斜角度，因此本發明提出一種傾斜角度與距離量測方法可以同時於量測時同時取得待測物的距離與待測物的傾斜角度。

當光線偏離聚焦物鏡之光軸一段距離S後再穿過聚焦物鏡入射到待測物時，會因為待測物之距離與傾角不同使得反射光以不同的角度反射回聚焦物鏡，使反射回來的光線入射光電感測器上的不同位置，而這些反射回來的光點重心位置會與待測物之距離有一個固定比率的關係。

因此，在鏡片的材質、鏡片的反射率、鏡片與鏡片間距離、鏡片與光電感測器的距離、光線的入射點等影響光線路徑的因素為已知的情況下，可以藉由光電感測器上光點的重心位置及上述因素經計算後可以取得待測物的距離及傾斜角度。

在此說明本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法，請參閱第一圖，其係為本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法之系統方塊圖。如圖所示，執行本實施例之傾斜角度與距離量測方法所需之系統包含：一光源模組10、一第一光電感應模組31、一第二光電感應模組33、一第一分光鏡51、一第二分光鏡53、一第一凸透鏡71、一第二凸透鏡73、一處理單元90及一電源供應單元11，本實施例用以量測一待測物13之距離及傾斜角度，以判斷該待測物13是否有瑕疵。該第一分光鏡51以順時針方式依序命名為第一側511、第二側512、第三側513及第四側514。該第二分光鏡53以順時針方式依序命名為第一側531、第二側532、第三側533及第四側534。其中，該第一分光鏡51、該第二分光鏡53、該第一凸透鏡71及該第二凸透鏡73可視為一鏡片模組。

該光源模組10設置於該第一分光鏡51之第一側511，該第二分光鏡53設置於該第一分光鏡51之第三側513，該第一光電感測模組31設置於該第一分光鏡31之第四側514，該第二光電感測模組33設置於該第二分光鏡53之第四側534，該第二凸透鏡73設置於該第一分光鏡51與該第一光電感應模組31之間，該第一凸透鏡71設置於該第二分光鏡53之第二側532，該處理單元90電性連接該第一光電感測模組31及該第二光電感測模組33。

該光源模組10可為雷射、水銀燈、螢光燈、鹵素燈或發光二極體等可發出光線之元件。該第一分光鏡51及該第二分光鏡53可以讓光線一半穿透一半反射，雖然會使得光源在經過分光鏡後亮度降低，以至於光源的使用效率下降，但可透過提升光源模組10的發光效率以進行補償。該第一光電感應模組31及該第二光電感應模組33可為電荷耦合元件(CCD，Charge Coupled Device)、接觸影像感應元件(CIS，Contact Image Sensor)或互補式金屬氧化物半導體主動像素傳感器（CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）或其他可將光學圖像轉換成電子訊號之電子元件。該第一分光鏡51、該第二分光鏡53、該第一凸透鏡71、該第二凸透鏡73之材質可為玻璃、樹脂、塑膠、水晶、聚甲基丙烯酸甲酯、碳酸丙烯乙酸或聚碳酸酯或其他可作為鏡片之材質。該處理單元90為可進行算術及邏輯運算之電子元件。該電源供應單元11提供該光源模組10所需之電源。該待測物13可反射光線。

接著說明本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法於量測待測物之距離與傾斜角度時之光線路徑，請參閱第二A圖至第二C圖，其為本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法之光線路徑示意圖，當使用本發明之傾斜角度與距離量測方法量測該待測物13時，如第二A圖所示，該光源模組10射出一光線L至該第一分光鏡51，該光線L射入時與該第一分光鏡51之光軸有一偏移量S。該光線L經過該第一分光鏡51後會被分為穿過該第一分光鏡51之該光線L與被反射而從該第一分光鏡51之第二側512射出之光線，於本實施例中只討論穿過該第一分光鏡51之該光線L。該光線L穿過該第一分光鏡51並射至該第二分光鏡53，該光線L經過該第二分光鏡53後會被分為被反射而從該第二分光鏡53之第二表面532射出之該光線L與穿過該第二分光鏡53之光線，於本實施例中只討論被反射而從該第二分光鏡53之第二表面532射出之該光線L。該光線L從該第二分光鏡53之第二表面532射至該第一凸透鏡71，該第一凸透鏡71折射該光線L使得該光線L射至該待測物13。

接續上述，如第二B圖所示，該待測物13反射該光線L至該第一凸透鏡71，該光線L經由該第一凸透鏡71之折射後射至該第二分光鏡53，該光線L經過該第二分光鏡53後會被分為被反射而從該第二分光鏡53之第一表面531射出之一第一分光L1與穿過該第二分光鏡53之一第二分光L2。

接續上述，如第二C圖所示，該第一分光L1射至該第一分光鏡51，該第一分光L1經過該第一分光鏡51後會被分為被反射而從該第一分光鏡51之第四表面514射出之該第一分光L1與穿過該第一分光鏡之光線，於本實施例中只討論從該第一分光鏡51之第四表面514射出之該第一分光L1。該第一分光L1從該第一分光鏡51之第四表面514射至該第二凸透鏡73，該第二凸透鏡73折射該第一分光L1使得該第一分光L1射入該第一光電感應模組31。該第二分光L2穿過該第二分光鏡之第四表面534射入該第二光電感應模組33。

接著說明本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法於量測待測物之距離與傾斜角度之計算方法，請參閱第二D圖、第二E圖及第二F圖，其為本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法之第一光電感應模組及第二光電感應模組上光斑示意圖及參數示意圖，如第二D圖及第二E圖所示，該第一分光L1射入該第一光電感應模組31時會產生一第一光斑311，該第二分光L2射入該第二光電感應模組33時會產生一第二光斑331，該第一光斑311及該第二光斑331會因為該待測物13之距離、該光源模組10之所發出之該光線L之強度、該第一分光鏡51、該第二分光鏡53、該第一凸透鏡71、該第二凸透鏡73之材質及其他會影響光線狀況之因素而有不同的形狀及亮度。

接續上述，該處理單元90依據該第一光電感應模組31及該第二光電感應模組33所收受光線所產生之訊號計算該待測物13之距離及該待測物13之傾斜角度。詳而言之，該處理單元90計算該第一光斑311於該第一光電感應模組31上之一第一光斑重心座標3111，該第一光斑重心座標3111包含X軸座標及一Y軸座標。該處理單元計算該第二光斑331於該第二光電感應模組33之一第二光斑重心座標3311，該第二光斑重心座標3311包含一X軸座標及一Y軸座標，該第一光斑3111重心座標及該第二光斑3311重心座標可利用一般影像處理技術，其內容包含二值化、形態學、影像填充與小面積移除、凸包計算重心座標，光斑的重心計算乃是利用影像中的第i列、第j行的像素強度值( )作權重並與其所在位置相乘，再除以影像像素強度值的總和，其數學方程式如下: 於該處理單元90計算光斑之重心座標前，該處理單元90可以先以濾波之方式去除該第一光電感應模組31及該第二光電感應模組33上之雜訊，該處理單元90亦可以先設定一閥值使得該第一光電感應模組31及該第二光電感應模組33上之亮度較暗之部分於計算重心座標前先被去除以減少雜訊之干擾。

接續上述，依據光線之路徑可以以數學公式取得該光源模組10所射出之光線射於該第一光電感測器31上之位置F1之光路建模，其公式如下： (一) 其中P1為光線從該第二凸透鏡73之射出點座標，會因為待測物之距離及傾斜角度而改變，V1為該第一分光L1從該第二凸透鏡73射至該第一光電感應模組31之向量，會因為待測物之距離及傾斜角度而改變，D1為第二分光鏡53之第二側532與第二分光鏡鏡心的距離、D2為第一分光鏡51之第四側514與第一分光鏡鏡心的距離、D3為該第一分光鏡51之第四側514與該第二凸透鏡73之距離、D4為該第二凸透鏡73之厚度、D5為該第二凸透鏡73與該第一光電感應模組31之距離，而當D1+D2+D3+D4+D5可以得到該第二分光鏡53與該第一光電感應模組31之垂直距離。

接續上述，依據光線之路徑可以以數學公式取得該光源模組10所射出之光線射於該第二光電感測器33上之位置F2之光路建模，其公式如下： (二) 其中P2為光線從該第二分光鏡53之第四側534射出點座標，會因為待測物之距離及傾斜角度而改變，V2為該第二分光L2從該第二分光鏡53射至該第二光電感應模組33之向量，會因為待測物之距離及傾斜角度而改變，D6為該第二分光鏡53之厚度，D7為該第二分光鏡53之第四側534與該第二光電感應模組之距離，而當D6+D7可以得到該第二分光鏡53與該第二光電感測器33之垂直距離。

接續上述，依據世界座標轉換矩陣及上述之公式(一)可以計算出該第一光斑重心座標3111於該第一光電感應模組31上之座標，於計算該第一光斑重心座標3111時之世界座標轉換矩陣之公式如下： (三) 其中Det _X為光電感應模組之X軸方向像素與感應晶片長度之商值，Det _Y為光電感應模組之Y軸方向像素與感應晶片寬度之商值，Sf1 _x及Sf1 _Y為第一光電感應模組相較於實際原點在X軸與Y軸方向的補償值。

接續上述，依據世界座標轉換矩陣及上述之公式(二)可以計算出該第二光斑重心座標3311於該第二光電感應模組33上之座標，於計算該第二光斑重心座標3311時之世界座標轉換矩陣之公式如下： (四) 其中Sf2 _x及Sf2 _Y為第一光電感應模組相較於實際原點在X軸與Y軸方向的補償值。

依據上述之公式(一)及公式(三)可以計算出該第一光斑重心座標3111於該第一光電感應模組31上之座標 (五)

依據上述公式(二)及公式(四)可以計算出該第二光斑重心座標3311於該第二光電感應模組33上之座標 (六)

藉由上述公式(五)可以得到光線傳遞到該第一光電感感應模組31時，入射點F1落在該第一光電感應模組31上X軸座標及Y軸座標的數學式：

藉由上述公式(六)可以得到光線傳遞到該第二光電感感應模組33時，入射點F2落在該第二光電感應模組33上X軸座標及Y軸座標的數學式：

由於V1、V2、D1~D7、P1、P2、該第一光斑重心座標3111(也就是入射點F1)及該第二光斑重心座標3311(也就是入射點F2)在光學模型建立後皆為已知數，且V1、V2、P1、P2會受到待測物之距離、待測物之X軸傾斜角度及待測物之Y軸傾斜角度之影響，因此可以推導得出待測物之距離及待測物之傾斜角度。

該處理單元90取得該待測物13與該第二凸透鏡73之距離、該待測物13之X軸傾斜角度及該待測物13之Y軸傾斜角度後，即完成本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法，本發明之使用者可藉由本實施例所揭示之技術量測一待測物之距離及傾斜角度，用以判斷該待測物是否有瑕疵。

在此說明本發明之第二實施例之傾斜角度與距離量測方法，請參閱第三圖，其係為本發明之第二實施例之傾斜角度與距離量測方法之系統方塊圖。如圖所示，執行本實施例之傾斜角度與距離量測方法所需之系統包含：一第一光源模組211、一第二光源模組213、一第一光電感應模組231、一第二光電感應模組233、一偏極分光鏡251、一第一分光鏡253、一第二分光鏡255、一第一凸透鏡271、一第二凸透鏡273、一處理單元290、一第一偏光鏡2111、一第二偏光鏡2113及一電源供應單元2131，本實施例用以量測一待測物300之距離及傾斜角度，以判斷該待測物300是否有瑕疵。

該偏極分光鏡251以順時針方式依序命名為第一側2511、第二側2512、第三側2513及第四側2514，該偏極分光鏡251可讓P型光線通過並反射S型光線，偏振入射光的電場分量與入射光及反射光所形成的平面相互垂直，此時的入射光稱為S型光線，偏振入射光的電場分量與入射波及反射波所形成的平面相互平行，此時的入射光稱為P型光線。該第一分光鏡253以順時針方式依序命名為第一側2531、第二側2532、第三側2533及第四側2534。該第二分光鏡255以順時針方式依序命名為第一側2551、第二側2552、第三側2553及第四側2554。該第一偏光鏡2111會僅讓P型光線通過。該第二偏光鏡2113會僅讓S型光線通過。

該第一分光鏡253設置於該偏極分光鏡251之第三側2513，該第一光源模組211設置於該偏極分光鏡251之第一側2511，該第一光源模組211所射出之光線為偏振光其中包含P型光線(第一型光線)及S型光線(第二型光線)，該第二光源模組213設置於該第一分光鏡253之第二側2532，該第二光源模組213所射出之光線為偏振光其中包含P型光線(第一型光線)及S型光線(第二型光線)，該第一光電感測模組231設置於該第二分光鏡255之第四側2554，該第二分光鏡255設置於該第一分光鏡253之第三側2533，該第二光電感測模組233設置於該偏極分光鏡251之第四側2514，該第一偏光鏡2111設置於該第二分光鏡255與該第一光電感應模組231之間，該第二偏光鏡2113設置於該第一分光鏡253與該第二光源模組213之間，該第一凸透鏡271設置於該第二分光鏡255之第二側2552，該第二凸透鏡273設置於該偏極分光鏡251與該第二光電感應模組233之間，該處理單元290電性連接該第一光電感測模組231及該第二光電感測模組233，該電源供應模組2131，電性連接該第一光源模組211及該第二光源模組213，提供第一光源模組211及該第二光源模組213所需之電源。

該第一光源模組211及該第二光源模組213所發出之光線為偏振光其中包含一P型光線及一S型光線。該第一光電感應模組231及該第二光電感應模組233可為電荷耦合元件、接觸影像感應元件或互補式金屬氧化物半導體主動像素傳感器或其他可將光學圖像轉換成電子訊號之電子元件。該偏極分光鏡251、該第一分光鏡253、該第二分光鏡255、該第一凸透鏡271、該第二凸透鏡273、該第一偏光鏡2111及該第二偏光鏡2113之材質可為玻璃、樹脂、塑膠、水晶、聚甲基丙烯酸甲酯、碳酸丙烯乙酸或聚碳酸酯或其他可作為鏡片之材質。該處理單元290為可進行算術及邏輯運算之電子元件。該電源供應單元2131提供該第一光源模組211及該第二光源模組213所需之電源。該待測物300可反射光線。

接著說明本發明之第二實施例之傾斜角度與距離量測方法於量測待測物之距離與傾斜角度時之光線路徑，請參閱第四A圖至第四F圖，其為本發明之第二實施例之傾斜角度與距離量測方法之光線路徑示意圖，當使用本發明之傾斜角度與距離量測方法量測該待測物300時，如第四A圖所示，該第一光源模組211射出一第一光線L10至該偏極分光鏡251，該第一光線L10包含P型光線及S型光線，該第一光線L10射入該偏極分光鏡251時與該偏極分光鏡251之光軸有一偏移量S。

接續上述，該第一光線L10之P型光線穿透該偏極分光鏡251並射至該第一分光鏡253，該第一光線L10之P型光線經過該第一分光鏡253後會被分為穿過該第一分光鏡253之該第一光線L10之P型光線與被反射而從該第一分光鏡253之第二表面2532射出之光線，於本實施例中只討論穿過該第一分光鏡253之該第一光線L10之P型光線。該第一光線L10之P型光線穿透該第一分光鏡253並射至該第二分光鏡255，該第一光線L10之P型光線經過該第二分光鏡255後會被分為被反射而從該第二分光鏡255之第二表面2552射出之該第一光線L10之P型光線與穿過該第二分光鏡255之光線，於本實施例中只討論被反射而從該第二分光鏡255之第二表面2552射出之該第一光線L10之P型光線。該第一光線L10之P型光線反射至該第一凸透鏡271，該第一凸透鏡271折射該第一光線L10之P型光線使之射至該待測物300。

接續上述，如第四B圖所示，該待測物300反射該第一光線L10之P型光線至該第一凸透鏡271，該第一光線L10之P型光線經由該第一凸透鏡271之折射射至該第二分光鏡255，該第一光線L10之P型光線經過該分光鏡255後會被分為被反射而從該第二分光鏡255之第一表面2551射出之一第一分光L11與穿過該第二分光鏡255之一第二分光L12，該第一分光L11及該第二分光L12皆為P型光線。

接續上述，如第四C圖所示，該第一分光L11射至該第一分光鏡253，該第一分光L11穿透該第一分光鏡253及該偏極分光鏡251。該第二分光L12穿過該第二分光鏡之第四表面2534及該第一偏光鏡2111射入該第一光電感應模組231。

接續上述，如第四D圖所示，該第二光源模組213射出一第二光線L20至該第二偏光鏡2113，該第二光線L20包含P型光線及S型光線，該第二光線L20之S型光線穿透該第二偏光鏡2113射至該第一分光鏡253，該第二光線L20之S型光線射至該第一分光鏡253時與該第一分光鏡253之光軸有一偏移量S。

接續上述，該第二光線L20之S型光線經過該第一分光鏡253後會被分為穿過該第一分光鏡253之光線與被反射而從該第一分光鏡253之第三表面2533射出之該第二光線L20之S型光線，於本實施例中只討論被反射而從該第一分光鏡253之第三表面2533射出之該第二光線L20之S型光線。該第二光線L20之S型光線經第一分光鏡253反射至該第二分光鏡255，該第二光線L20之S型光線經過該第二分光鏡255後會被分為被反射而從該第二分光鏡255之第二表面2552射出之該第二光線L20之S型光線與穿過該第二分光鏡255之光線，於本實施例中只討論被反射而從該第二分光鏡255之第二表面2552射出之該第二光線L20之S型光線。該第二光線L20之S型光線反射至該第一凸透鏡271，該第一凸透鏡271折射該第二光線L20之S型光線使之射至該待測物300。

接續上述，如第四E圖所示，該待測物300反射該第二光線L20之S型光線至該第一凸透鏡271，該第二光線L20之S型光線經由該第一凸透鏡271之折射至該第二分光鏡255，該第二光線L20之S型光線經過該分光鏡255後會被分為被反射而從該第二分光鏡255之第一表面2551射出之一第三分光L21與穿過該第二分光鏡255之一第四分光L22，該第三分光L21及該第四分光L22皆為S型光線。

接續上述，如第四F圖所示，該第三分光L21射至該第一分光鏡253，該第三分光L21穿透該第一分光鏡253射至該偏極分光鏡251，該偏極分光鏡251反射該第三分光L21至該第二凸透鏡273，該第二凸透鏡273折射該第三分光L21至該第二光電感應模組233。該第四分光L22穿過該第二分光鏡之第四表面534並被該第一偏光鏡2111阻擋。

接著該處理單元290依據該第一光電感應模組231及該第二光電感應模組233上之光斑之重心位置、該第二分光鏡255與該第一光電感測器231之垂直距離、該第二分光L12從該第一偏光鏡2111之射出點座標及該第二分光L12從該第一偏光鏡2111射至該第一光電感測器231之向量、該第二分光鏡255與該第二光電感測器233之垂直距離、該第三分光L21從該第二凸透鏡273之射出點座標及該第三分光L21從該第二凸透鏡273射至該第二光電感測器233之向量，計算出該待測物300之距離、X軸傾斜角度及Y軸傾斜角度，其計算方式與第一實施例相同，於此不再贅述。

上述之該偏極分光鏡251亦可選用可讓S型光線通過並反射P型光線之類型，在此狀況下，該第一偏光鏡2111會讓S型光線通過並阻擋P型光線。該第二偏光鏡2113會讓P型光線通過並阻擋S型光線。在此情況下，S型光線為第一型光線，P型光線為第二型光線。

於此即完成本發明之第二實施例之傾斜角度與距離量測方法，本發明之使用者可藉由本實施例所揭示之技術量測一待測物之距離及傾斜角度，用以判斷該待測物是否有瑕疵。相較於第一實施例，本實施例是運用兩組光源模組進行量測，因此可以獨立的調整光源模組各自的亮度，使得光電感應模組所接收到的光線更佳的清晰以減少雜訊的干擾。

在此說明本發明之第三實施例之傾斜角度與距離量測方法，請參閱第五圖，其係為本發明之第三實施例之傾斜角度與距離量測方法方塊圖。本實施例與第一實施例之差異在於該處理單元90電性連接一顯示單元15，該顯示單元15可為LED矩陣、LCD顯示器、液晶顯示器或其他可以用於顯示資訊之顯示裝置。本發明之使用者可以透過顯示單元上所顯示之數值了解目前所量測之待測物之距離及傾斜角度。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈　鈞局早日賜准專利，至感為禱。

10‧‧‧光源模組
31‧‧‧第一光電感應模組
311‧‧‧第一光斑
3111‧‧‧第一光斑重心座標
33‧‧‧第二光電感應模組
331‧‧‧第二光斑
3311‧‧‧第二光斑重心座標
51‧‧‧第一分光鏡
511‧‧‧第一表面
512‧‧‧第二表面
513‧‧‧第三表面
514‧‧‧第四表面
53‧‧‧第二分光鏡
531‧‧‧第一表面
532‧‧‧第二表面
533‧‧‧第三表面
534‧‧‧第四表面
71‧‧‧第一凸透鏡
73‧‧‧第二凸透鏡
90‧‧‧處理單元
11‧‧‧電源供應單元
13‧‧‧待測物
15‧‧‧顯示單元
L‧‧‧光線
L1‧‧‧第一分光
L2‧‧‧第二分光
211‧‧‧第一光源模組
213‧‧‧第二光源模組
231‧‧‧第一光電感應模組
233‧‧‧第二光電感應模組
251‧‧‧偏極分光鏡
2511‧‧‧第一表面
2512‧‧‧第二表面
2513‧‧‧第三表面
2514‧‧‧第四表面
253‧‧‧第一分光鏡
2531‧‧‧第一表面
2532‧‧‧第二表面
2533‧‧‧第三表面
2534‧‧‧第四表面
255‧‧‧第二分光鏡
2551‧‧‧第一表面
2552‧‧‧第二表面
2553‧‧‧第三表面
2554‧‧‧第四表面
271‧‧‧第一凸透鏡
273‧‧‧第二凸透鏡
290‧‧‧處理單元
2111‧‧‧第一偏光鏡
2113‧‧‧第二偏光鏡
2131‧‧‧電源供應單元
300‧‧‧待測物
L10‧‧‧第一光線
L20‧‧‧第二光線
L11‧‧‧第一分光
L12‧‧‧第二分光
L21‧‧‧第三分光
L22‧‧‧第四分光
D1~D7‧‧‧距離
V1‧‧‧向量
V2‧‧‧向量
P1‧‧‧射出點座標
P2‧‧‧射出點座標

第一圖：其係為本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法之示意圖； 第二A圖至第二C圖：其係為本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法之光線路徑示意圖； 第二D圖：其係為本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法之第一光電感應模組上光斑示意圖； 第二E圖：其係為本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法之第二光電感應模組上光斑示意圖； 第二F圖：其係為本發明之第一實施例之傾斜角度與距離量測方法之參數示意圖； 第三圖：其係為本發明之第二實施例之傾斜角度與距離量測方法之示意圖； 第四A圖至第四F圖：其係為本發明之第二實施例之傾斜角度與距離量測方法之光線路徑示意圖；以及 第五圖：其係為本發明之第三實施例之傾斜角度與距離量測方法之示意圖。

10‧‧‧光源模組

31‧‧‧第一光電感應模組

33‧‧‧第二光電感應模組

51‧‧‧第一分光鏡

511‧‧‧第一表面

512‧‧‧第二表面

513‧‧‧第三表面

514‧‧‧第四表面

53‧‧‧第二分光鏡

531‧‧‧第一表面

532‧‧‧第二表面

533‧‧‧第三表面

534‧‧‧第四表面

71‧‧‧第一凸透鏡

73‧‧‧第二凸透鏡

90‧‧‧處理單元

11‧‧‧電源供應單元

13‧‧‧待測物

Claims (9)

1. 一種傾斜角度與距離量測方法，其包含：至少一光源模組射入至少一光線至一鏡片模組，其中該至少一光線射入該鏡片模組時偏離該鏡片模組之光軸；該至少一光線經由該鏡片模組射入一待測物；該待測物反射該至少一光線至該鏡片模組；該至少一光線經由該鏡片模組射入一第一光電感應模組及一第二光電感應模組；以及一處理單元依據該第一光電感應模組及該第二光電感應模組收受該至少一光線所產生之訊號計算該待測物之距離及該待測物之一X軸傾斜角度及該待測物之一Y軸傾斜角度。其中，該處理單元依據該至少一光線於該第一光電感應模組所產生之一第一光斑重心座標及該至少一光線於該第二光電感應模組所產生之第二光斑重心座標經由計算取得該待測物之距離及該待測物之該X軸傾斜角度及該待測物之該Y軸傾斜角度。
2. 一種傾斜角度與距離量測方法，其包含：一光源模組射出一光線至一第一分光鏡，其中該光線射入該第一分光鏡時偏離該第一分光鏡之光軸；該光線穿透該第一分光鏡射至一第二分光鏡；該第二分光鏡反射該光線至一第一凸透鏡；該第一凸透鏡折射該光線至一待測物； 該待測物反射該光線至該第一凸透鏡；該第一凸透鏡折射該光線至該第二分光鏡，該第二分光鏡將該光線分成一第一分光及一第二分光，該第二分光鏡反射該第一分光至該第一分光鏡，該第一分光鏡反射該第一分光至一第二凸透鏡，該第二凸透鏡折射該第一分光至一第一光電感應模組，該第二分光穿透該第二分光鏡投射至一第二光電感應模組；一處理單元依據該第一分光折射於該第一光電感應模組上之一第一光斑之重心座標及該第二分光投射於該第二光電感應模組上之一第二光斑之重心座標計算該待測物與第一凸透鏡之一距離及該待測物之一X軸傾斜角度及該待測物之一Y軸傾斜角度。
3. 如專利申請範圍第2項所述之傾斜角度與距離量測方法，該處理單元依據該第二分光鏡與該第一光電感測器之垂直距離、該第一分光從該第二凸透鏡之射出點座標、該第一分光從該第二凸透鏡射至該第一光電感測器之向量、該第二分光鏡與該第二光電感測器之垂直距離、該第二分光從該第二分光鏡之射出點座標及該第二分光從該第二分光鏡射至該第一光電感測器之向量取得光路建模，並透過計算取得該距離及該待測物之該X軸傾斜角度及該待測物之該Y軸傾斜角度。
4. 如專利申請範圍第2項所述之傾斜角度與距離量測方法，其中該第一光斑重心座標包含一第X軸座標及一Y軸座標，該 第二光斑重心座標包含X軸座標及Y軸座標。
5. 如專利申請範圍第2項所述之傾斜角度與距離量測方法，該量測方法更包含：一顯示單元，電性連接該處理單元，該顯示單元用以顯示該距離或\及該X軸傾斜角度或\及該Y軸傾斜角度。
6. 一種傾斜角度與距離量測方法，其包含：一第一光源模組射出一包含一第一型光線及一第二型光線之第一光線至該偏極分光鏡，其中該第一光線射入該偏極分光鏡時偏離該偏極分光鏡之光軸，該偏極分光鏡可讓第一型通過並讓第二型光線反射；該第一光線之該第一型光線穿透該偏極分光鏡射至一第一分光鏡；該第一光線之該第一型光線穿透該第一分光鏡至一第二分光鏡；該第二分光鏡反射該第一光線之該第一型光線至一第一凸透鏡；該第一凸透鏡折射該第一光線之該第一型光線至一待測物；該待測物反射該第一光線之該第一型光線至該第一凸透鏡；該第一凸透鏡折射該第一光線之該第一型光線至該第二分光鏡，該第二分光鏡將該第一光線之該第一型光線分成一第一分光及一第二分光，該第一分光及該第二分光為第一型光線，該第一分光反射出該第二分光鏡，該第二分光穿透該第二分光鏡 射至可阻擋第二型光線之一第一偏光鏡，該第二分光穿透該第二偏光鏡射至一第一光電感應模組；一第二光源模組射出一包含一第一型光線及一第二型光線之一第二光線至一第二偏光鏡，該第二偏光鏡可讓第二型光線光線通過；該第二光線之該第二型光線穿透該第二偏光鏡射至該第一分光鏡，其中該第二光線之該第二型光線射入該第一分光鏡時偏離該第一分光鏡之光軸；該第一分光鏡反射該第二光線之該第二型光線至該第二分光鏡；該第二分光鏡反射該第二光線之該第二型光線至該第一凸透鏡；該第一凸透鏡折射該第二光線之該第二型光線至該待測物；該待測物反射該第二光線之該第二型光線至該第二分光鏡；該第二分光鏡將該第二光線之該第二型光線分成一第三分光及一第四分光，該第三分光及該第四分光為第二型光線，該第二分光鏡反射該第三分光至該第一分光鏡，該第三分光穿透該第一分光鏡至該偏極分光鏡，該第一偏極分光鏡反射該第三分光至一第二凸透鏡，該第二凸透鏡折射該第三分光至一第二光電感應模組，該第四分光穿透該第二分光鏡投射至該第一偏光鏡，該第一偏光鏡吸收該第四分光； 一處理單元依據該第二分光射至該第一光電感應模組上之一第一光斑之重心X軸座標與一第一光斑之重心Y軸座標及該第三分光投射於該第二光電感應模組上之一第二光斑之重心X軸座標與一第二光斑之重心Y軸座標取得該待測物與第二凸透鏡之一距離、該待測物之一X軸傾斜角度及該待測物之一Y軸傾斜角度。
7. 如專利申請範圍第6項所述之傾斜角度與距離量測方法，該處理單元依據該第二分光鏡與該第一光電感測器之垂直距離、該第二分光從該第一偏光鏡之射出點座標、該第二分光從該第一偏光鏡射至該第一光電感測器之向量、該第二分光鏡與該第二光電感測器之垂直距離、該第三分光從該第二凸透鏡之射出點座標及該第三分光從該第二凸透鏡射至該第二光電感測器之向量取得光路建模，並透過計算取得該距離及該待測物之該X軸傾斜角度及該待測物之該Y軸傾斜角度。
8. 如專利申請範圍第6項所述之傾斜角度與距離量測方法，該量測方法更包含：一顯示單元，電性連接該處理單元，該顯示單元用以顯示該距離或\及該X軸傾斜角度或\及該Y軸傾斜角度。
9. 如專利申請範圍第6項所述之傾斜角度與距離量測方法，其中當該第一型光線為P型光線，則該第二型光線為S型光線，當該第一型光線為S型光線，則該第二型光線為P型光線。