TWI677705B - 使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，至少包含光源、極化器、聚光鏡、物鏡、分光鏡、薩爾瓦稜鏡、分析板及感光元件；其中極化器將來自光源的光線，轉換為極化光；聚光鏡和物鏡依序收集傳遞過來的光線去照射受測物；薩爾瓦稜鏡設於物鏡和受測物間，將來自物鏡的光束橫向剪移為偏振態互相垂直的尋異光及異尋光，再將由受測物反射回來的尋異光及異尋光，合併為一束；最後物鏡將合併光束所攜帶的影像，經分光鏡及分析板後，成像在感光元件上。

Description

使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡

本發明係為一剪切干涉顯微鏡，特別為使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡。

剪切干涉顯微鏡(Shearing interference microscope)係一種結合剪切干涉術及顯微術的量測儀器；當剪切距離很小時(通常是指看不出有雙重影像時的剪切距離)，它們又被稱為差分干涉對比顯微鏡(Differential interference contrast microscope)。習知的剪切干涉顯微鏡可分為三類，第一類使用諾瑪斯基(Nomarski)稜鏡、第二類使用薩爾瓦(Savart)稜鏡、第三類使用循環干涉儀為剪切元件。然，為了消除物鏡所帶來的波前扭曲，上述三種顯微鏡都要增添一些額外的裝置，並因而衍生出應用上的缺失。

例如，如圖1所示，第一類顯微鏡要讓剪切光在物鏡背焦面交會，且需要準直器(Collimator)來適度地將入射光線準直化，這增加調校的困難度也犧牲了視場(FOV,Field of view)；如圖2所示，第二類顯微鏡以非聚焦顯微系統(Afocal microscope system)來取代傳統物鏡，以致降低了影像解析力(Resolving power)；如圖3所示，第三類顯微鏡不但採用準 直器來準直入射光，更配合用一個非聚焦顯微系統來取代傳統物鏡，故同時犧牲視場及降低影像解析力。雖然還有一些其它設計被提出來，但其依然使用準直器、非聚焦顯微系統，或影像濾波法來消除物鏡所帶來的波前扭曲。故，如何將上述缺失問題加以改進，乃為本案發明人所欲解決之技術困難點之所在。

本發明相關之現有技術及知識之參考資料，如下所列：

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上述的所有文獻僅是提供了解相關技術，但仍未解決前述的問題；例如第[1]-[14]篇文獻即是上文第一類現有技術、第[15]-[17]篇文獻即是上文第二類現有技術、第[18]-[19]篇文獻即是上文第三類現有技術、而[20]-[22]篇文獻即是上文其它現有技術。

有鑑於上述現有技藝之問題，本發明提供一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡。

本發明提供之一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含光源、極化器、聚光鏡、第一物鏡、第一薩爾瓦稜鏡、分光鏡、第一分析板以及第一感光元件；其中由光源發出的光束，會被極化器轉換為極化光，也會被聚光鏡收集，依序經過分光鏡、第一物鏡、第一薩爾瓦稜鏡後，形成照物光照射在受測物上；照物光接著被受測物反射，再依序經過第一薩爾瓦稜鏡、第一物鏡、分光鏡、第一分析板後，成像於第一感光元件上。

本發明提供之另一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含光源、極化器、聚光鏡、第一物鏡、第二物鏡、第一薩爾瓦稜鏡、第二薩爾瓦稜鏡、第二分析板以及第二感光元件；其中第二薩爾瓦稜鏡係和第一薩爾瓦稜鏡相同，但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡；又其中由光源發出的光束，會被極化器轉換為極化光，也會被聚光鏡收集，依序經過第一物鏡、第一薩爾瓦稜鏡後，形成照物光照射到受測物上；照物光接著穿過受測物，再依序經過第二薩爾瓦稜鏡、第二物鏡、第二分析板後，成像於第二感光元件上。

本發明提供之又一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含光源、極化器、聚光鏡、第一物鏡、第二物鏡、第一薩爾瓦稜鏡、第二薩爾瓦稜鏡、分光鏡、第一分析板、第二分析板、第一感光元件以及第二感光元件；其中第二薩爾瓦稜鏡係和第一薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡；又其中之一光束路徑為光束係由光源發出，它會被極化器轉換為極化光，也會被聚光鏡收集，依序經分光鏡、第一物鏡、第一薩爾瓦稜鏡後，形成照物光照射在受測物 上；照物光接著又被受測物反射，再依序經過第一薩爾瓦稜鏡、第一物鏡、分光鏡、第一分析板後，成像於第一感光元件上；其中之另一光束路徑為光束係由該光源發出，它會被極化器轉換為極化光，也會被聚光鏡收集，依序經分光鏡、第一物鏡、第一薩爾瓦稜鏡後，形成照物光照射在受測物上；照物光接著穿過受測物，再依序經過第二薩爾瓦稜鏡、第二物鏡、第二分析板後，成像於第二感光元件上。

本發明提供之再一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含光源、極化器、聚光鏡、第一物鏡、第三薩爾瓦稜鏡、第四薩爾瓦稜鏡、分光鏡、第一分析板以及第一感光元件；其中第三、第四薩爾瓦稜鏡為個別可開啟、可關閉，且彼此對光線的剪切方向互相垂直的稜鏡；又其中光束係由光源發出，它會被極化器轉換為極化光，也會被聚光鏡收集，依序經過分光鏡、第一物鏡、第三薩爾瓦稜鏡、第四薩爾瓦稜鏡後，形成照物光照射在受測物上；照物光接著被受測物反射，再依序經過第四、第三薩爾瓦稜鏡、第一物鏡、分光鏡、第一分析板後，成像於第一感光元件上。

本發明提供之再一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含光源、極化器、聚光鏡、第一物鏡、第二物鏡、第三薩爾瓦稜鏡、第四薩爾瓦稜鏡、第五薩爾瓦稜鏡、第六薩爾瓦稜鏡、第二分析板以及第二感光元件；其中第三、第四薩爾瓦稜鏡為個別可開啟、可關閉，且彼此對光線的剪切方向互相垂直的稜鏡，第五、第六薩爾瓦稜鏡是分別和第四、第三薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡；又其中光束係由光源發出，它會被極化器轉換為極化光，也 會被聚光鏡收集，依序經過第一物鏡、第三、第四薩爾瓦稜鏡後，形成照物光照射在受測物上；照物光接著穿過受測物，再依序經過第五、第六薩爾瓦稜鏡、第二物鏡、第二分析板後，成像於第二感光元件上。

本發明提供之再一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含光源、極化器、聚光鏡、第一物鏡、第二物鏡、第三薩爾瓦稜鏡、第四薩爾瓦稜鏡、第五薩爾瓦稜鏡、第六薩爾瓦稜鏡、分光鏡、第一分析版、第二分析板、第一感光元件以及第二感光元件；其中第三、第四薩爾瓦稜鏡為個別可開啟、可關閉，且彼此對光線的剪切方向互相垂直的稜鏡，第五、第六薩爾瓦稜鏡是分別和第四、第三薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡；又其中之一光束路徑係由光源發出，它會被極化器轉換為極化光，也會被聚光鏡收集，依序經過分光鏡、第一物鏡、第三、第四薩爾瓦稜鏡後，形成照物光照射在受測物上；照物光接著被受測物反射，再依序經過第四、第三薩爾瓦稜鏡、第一物鏡、分光鏡、第一分析板後，成像於第一感光元件上；以及其中另一光束路徑係由光源發出，它會被極化器轉換為極化光，也會被聚光鏡收集，依序經過分光鏡、第一物鏡、第三、第四薩爾瓦稜鏡後，形成照物光照射在受測物上；照物光接著穿過受測物，再依序經過第五、第六薩爾瓦稜鏡、第二物鏡、第二分析板後，成像於第二感光元件上。

前述使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，其中更進一步包含至少一個相位調制模組，設於極化器之光線輸出側、分光鏡與第一分析板之間、第二物鏡與第二分析板之間、或分光鏡與第一分析板之間暨第二物鏡與第二分析板之間；其中該相位調制模組係為一液晶 盒。

前述使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，其中更進一步包含至少一個相位調制模組，設於極化器之光線輸出側、分光鏡與第一分析板之間、第二物鏡與第二分析板之間、或分光鏡與第一分析板之間暨第二物鏡與第二分析板之間；其中該相位調制模組係為一馬克-臻德(Mach-Zehnder)干涉儀，由一第一偏極橫向分光稜鏡、一第二偏極橫向分光稜鏡、及一旋轉平台所構成。

前述使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，其中更進一步包含至少一個相位調制模組，設於分光鏡與第一分析板之間、第二物鏡與第二分析板之間、或分光鏡與第一分析板之間暨第二物鏡與第二分析板之間；其中該相位調制模組係由一個二分之一波板及一個四分之一波板所構成；或由一個第一四分之一波板、一個二分之一波板、及一個第二四分之一波板所構成。

前述使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，其中更進一步包含至少一個圓極化器，設於分光鏡與第一分析板之間、第二物鏡與第二分析板之間、或分光鏡與第一分析板之間暨第二物鏡與第二分析板之間；其中該圓極化器係由一個二分之一波板及一個四分之一波板所構成；或由一個四分之一波板所構成。

上列詳細說明係針對本發明之可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習 用技藝增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

100‧‧‧光源

200‧‧‧極化器

300‧‧‧聚光鏡

410‧‧‧第一物鏡

420‧‧‧第二物鏡

510‧‧‧第一薩爾瓦稜鏡

520‧‧‧第二薩爾瓦稜鏡

530‧‧‧第三薩爾瓦稜鏡

540‧‧‧第四薩爾瓦稜鏡

550‧‧‧第五薩爾瓦稜鏡

560‧‧‧第六薩爾瓦稜鏡

600‧‧‧受測物

700‧‧‧分光鏡

810‧‧‧第一分析板

820‧‧‧第二分析板

910‧‧‧第一感光元件

920‧‧‧第二感光元件

1001‧‧‧相位調制模組

1002‧‧‧相位調制模組

1003‧‧‧相位調制模組

1004‧‧‧相位調制模組

1005‧‧‧圓極化器

1006‧‧‧圓極化器

10021‧‧‧第一偏極橫向分光稜鏡

10022‧‧‧第二偏極橫向分光稜鏡

10023‧‧‧旋轉平台

10031‧‧‧二分之一波板

10032‧‧‧四分之一波板

10041‧‧‧第一四分之一波板

10042‧‧‧二分之一波板

10043‧‧‧第二四分之一波板

10051‧‧‧二分之一波板

10052‧‧‧四分之一波板

圖1係為現有技術中使用諾瑪斯基稜鏡的剪切干涉顯微鏡。

圖2係為現有技術中使用薩爾瓦稜鏡的剪切干涉顯微鏡。

圖3係為現有技術中使用循環干涉儀為剪切元件的剪切干涉顯微鏡。

圖4係為本發明之第一實施例之示意圖。

圖5係為圖4中第一薩爾瓦稜鏡的右側視圖。

圖6係為圖4中第一物鏡、第一薩爾瓦稜鏡、及受測物的放大圖。

圖7用數學程式軟體(MATLAB)分析f_c(△w)的結果示意圖。

圖8係為本發明之第二實施例之示意圖。

圖9係為本發明之第三實施例之示意圖。

圖10係為本發明之第四實施例之示意圖。

圖11係為本發明之第五實施例之示意圖。

圖12係為本發明之第六實施例之示意圖。

圖13係為本發明之第七實施例之示意圖。

圖14係用本發明之第七實施例量測VLSI階高標準塊(VLSI step-height standard)所得之剪切干涉影像及相位剪切干涉影像。

圖15係用本發明之第七實施例量測鍍鎳石英基板所得之剪切干涉 影像及相位剪切干涉影像。

圖16係為本發明之第八實施例之示意圖。

圖17係為本發明之第九實施例之示意圖。

圖18係為本發明之第十實施例之示意圖。

圖19係為本發明之第十一實施例之示意圖。

圖20係為本發明之第十二實施例之示意圖。

圖21係為本發明之第十三實施例之示意圖。

圖22係為本發明之第十四實施例之示意圖。

圖23係為本發明之第十五實施例之示意圖。

圖24係為本發明之第十六實施例之示意圖。

圖25係為本發明之第十七實施例之示意圖。

圖26係為本發明之第十八實施例之示意圖。

圖27係為本發明之第十九實施例之示意圖。

圖28係為本發明之第二十實施例之示意圖。

圖29係為本發明之第二十一實施例之示意圖。

圖30係為本發明之第二十二實施例之示意圖。

圖31係為圖30中第三、第四薩爾瓦稜鏡的開啟與關閉說明圖。

圖32係為圖30中第一物鏡、第三、第四薩爾瓦稜鏡、及受測物的放大圖。

圖33係為向列型液晶盒受電壓驅動時，其等效光軸變化說明圖。

圖34係為液晶薩爾瓦稜鏡開啟、關閉時的光軸方向說明圖。

圖35係為本發明之第二十三實施例之示意圖。

圖36係為本發明之第二十四實施例之示意圖。

為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

本發明係一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，本發明至少可以依下列各實施例達成，並由其中光束的行經路線，可以稱為反射式剪切干涉顯微鏡(第一實施例~第七實施例及第二十二實施例)、穿透式剪切干涉顯微鏡(第八實施例~第十四實施例及第二十三實施例)、反射穿透兩用式剪切干涉顯微鏡(第十五實施例~第二十一實施例及第二十四實施例)。

第一實施例

請參閱圖4，第一實施例包含光源100、極化器200、聚光鏡300、第一物鏡410、第一薩爾瓦稜鏡510、受測物600、分光鏡700、第一分析板810以及第一感光元件910；其中光束係由光源100發出，它被極化器200轉換為極化光，也被聚光鏡300收集，依序經過分光鏡700、第一物鏡410、第一薩爾瓦稜鏡510後，形成照物光照射到受測物600；照物光接著被受測物600反射，依序經過第一薩爾瓦稜鏡510、第一物鏡410、分光鏡700、第一分析板810後，成像於第一感光元件910上。

請參閱圖5，當第一實施例的光源100所發出的光束經第一薩爾瓦稜鏡510後，會被橫向剪切為尋異光和異尋光兩個光束；這也說明，當這兩被橫向剪切的光束反向再次經第一薩爾瓦稜鏡510後，會被重新合併為一束。再請參閱圖6，它以光線L表示入射光束，L_oe表示尋異光，L_eo表示異尋光，L_c表示合併光束，t表示第一薩爾瓦稜鏡510的一片晶體厚度，φ表示入射光束的入射角，△x表示尋異光和異尋光的剪切距離，Λ表示合併光束中尋異光和異尋光分量的光程差，△w表示被尋異光和異尋光所照射到的兩點的相對高度差。由參考文獻(Wu L,Zhang C,Yuan Y,Zhao B.Exact calculation of lateral displacement and optical path difference of Savart polariscopes.Acta Optica Sinica 25,2005,885-90)可知，

其中，n_o表示第一薩爾瓦稜鏡510的尋常折射率，n_e表示第一薩爾瓦稜鏡510的異常折射率，又由參考文獻(Wu L,Zhang C,Yuan Y,Zhao B.Exact calculation of lateral displacement and optical path difference of Savart polariscopes.Acta Optica Sinica 25,2005,885-90)及參考文獻(Hecht E.Interference.Chap.9 in Optics,4th ed.San Francisco：Addison Wesley；2002,p.385-442.)可知，Λ=2(△w cos φ+K sin 2θ sin² φ)； (2)其中θ為L的入射面和x-z平面的夾角，且

現令圖4中的極化器200和第一分析板810的穿透軸都是沿x軸方向，依前述公式(2)，當L_c抵達第一感光元件910時，會產生一 干涉信號，其強度正比於

也因此，第一感光元件910所接收到的光強為公式(4)沿物鏡光錐(Aperture cone)所包圍的角度積分的結果，即

其中λ表示光波波長，cos^a φ是公式(4)的權函數(Weighting function)；φ _max=sin^-1(na)，且na是第一物鏡410的數值孔徑。

進一步解析公式(5)後，可將之整理為I=I _av [1+f _c (△w)]； (6)其中

以及

以數學程式軟體(MATLAB)編寫程式，分析f_c(△w)，其中t=100μm，n_o=1.5438，n_e=1.5529、且a=1/2(前三者表示△x很小，最後一個是假設物鏡為消球差的齊明物鏡)；分析結果如圖7所顯示，f_c(△w)為一個餘弦函數，且當na變大時，振幅變小且週期變大。例如，當na=0.15時，振幅為0.99且週期為λ/2，然當na=0.4時，振幅為0.97且週期為1.03×λ/2。

因此，公式(5)可以簡化為

其中γ和C分別代表振幅和週期校正係數，而

公式(8)和(9)的推導結果是合理的，因第一感光元件910所接收到的干涉影像不完全由垂直入射光線所貢獻，而是由物鏡光錐內的光線所貢獻而得；又公式(8)和(9)的結果可證，第一實施例(如圖4所示)係為一部剪切干涉顯微鏡，因公式(8)和(9)所對應的影像分別為傳統剪切干涉儀的剪切干涉影像(或差分干涉對比影像)和相位剪切干涉影像(或相位差分干涉對比影像)。

透過上述解說，可將前往第一感光元件910的尋異光和異尋光視為，相位差為

的同軸傳遞光束；而這也說明，只要在第一實施例的干涉顯微鏡中植入相位調制模組，則公式(8)可重寫成I=I _av [1+γ cos(

+δ)]； (10)其中δ為相位調制模組對尋異光和異尋光分量的相位調制，又被稱為相位偏移角或相移角。換言之，此時的反射式剪切干涉顯微鏡可透過相移術(Phase-shifting technique)或白光相位掃描法(White-light phase-scanning technique)來粹取出相位剪切干涉影像(即

)。

第二實施例

請參閱圖8，第二實施例與第一實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810之間，設置一相位調制模組1001；相位調制模組1001係為一液晶盒，透過驅動電壓的輸入，即可調制尋異光和異尋光之相位差。此相位調制模組1001亦可置於極化器200之後面(出光側)。

第三實施例

請參閱圖9，第三實施例與第一實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810之間，設置一相位調制模組1002；該相位調制模組1002係為一馬克-臻德(Mach-Zehnder)干涉儀，由兩顆相同的第一偏極橫向分光稜鏡10021及第二偏極橫向分光稜鏡10022及一個旋轉平台10023所構成，當第一偏極橫向分光稜鏡10021或第二偏極橫向分光稜鏡10022被旋轉平台10023旋轉γ角時，尋異光和異尋光的相位差被 調制了

，其中d為偏極橫向分光稜鏡的分光距離。此相位調制模 組1002亦可置於極化器200之後面(出光側)。

第四實施例

請參閱圖10，第四實施例與第一實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810之間，設置一相位調制模組1003；該相位調制模組1003係一個二分之一波板10031和一個四分之一波板10032所構成，其中二分之一波板10031的快軸(fast axis)和x軸夾α-45°角而四分之一波板10032夾0°角，且此結構將經過的尋異光和異尋光的相位差調制了δ=4α；換言之，旋轉二分之一波板10031即可任意地調制尋異光和異尋光的相位差，且每旋轉α角，調制相位4α。為了簡化後續說明，以下簡寫本相位調制模組為HQPM，其中H用來代表二分之一波板、Q代表四分之一波板、而PM代表相位調制器。

第五實施例

請參閱圖11，第五實施例與第一實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810之間，設置一相位調制模組1004；該相位調制模組1004係由一個第一四分之一波板10041、一個二分之一波板 10042、和一個第二四分之一波板10043所構成，其中二分之一波板10042的快軸和x軸夾α-45°角，而第一四分之一波板10041及第二四分之一波板10043夾0°角，且此結構將經過的尋異光和異尋光的相位差調制了δ=4α，換言之，旋轉二分之一波板10042即可任意地調制尋異光和異尋光的相位差，且每旋轉α角，調制相位4α。以下簡寫本相位調制模組為QHQPM。

第六實施例

請參閱圖12，第六實施例與第一實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810之間，設置一圓極化器1005；該圓極化器1005由一個二分之一波板10051和一個四分之一波板10052所構成，且圓極化器1005和第一分析板810構成一個相位調制模組；其中二分之一波板10051的快軸和x軸夾-30°角而四分之一波板10052夾30°角，且當第一分析板810被轉到穿透軸和x軸夾α角時，尋異光和異尋光的相位差被調制了δ=2α。換言之，旋轉第一分析板810即可任意地調制尋異光和異尋光的相位差，且每旋轉α角，調制相位2α。以下簡寫本圓極化器和分析板所構成的相位調制模組為HQAPM，其中A用來代表分析板。

第七實施例

請參閱圖13，第七實施例與第一實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810之間，設置一圓極化器1006；該圓極化器1006係為一個四分之一波板，且與第一分析板810構成一個相位調制模組；其中圓極化器1006的快軸和x軸夾0°角，且當第一分析板810被轉到穿透軸和x軸夾α角時，尋異光和異尋光的相位差被調制了δ=2α。 換言之，旋轉第一分析板810即可任意地調制尋異光和異尋光的相位差，且每旋轉α角，調制相位2α。以下簡寫本圓極化器和分析板所構成的相位調制模組為QAPM。

為了驗證本發明所提反射式剪切干涉顯微鏡的正確可用性，進一步實際組裝了一套實驗架設，其包含圖13的顯微鏡及一影像處理系統。顯微鏡中，光源100由鹵素燈和紅光濾光片所構成(即此光源輸出紅光)；第一薩爾瓦稜鏡510是用石英(在λ=0.6μm時，n_o=1.5438且n_e=1.5529)製成且t=100μm，它讓輸出光有△x=0.83μm的剪移距離；第一物鏡410的放大倍率是20倍且na=0.4；而四分之一波板(圓極化器1006)是一片寬頻波板，產自Measurement Group,Inc.,USA。影像處理系統中包含一電腦及三程式，分別為影像抓取、計算、及顯示程式；其中影像抓取程式去抓不同相移角的剪切干涉影像，並將之存放在電腦記憶體中；計算程式利用五步相移技術和儲存的剪切干涉影像，計算出相位剪切干涉影像；而顯示程式將剪切干涉影像及相位剪切干涉影像展示在電腦螢幕上。

此實驗架設首先檢測一片88nm高的VLSI階高標準塊(VLSI step-height standard)的剪切干涉影像及相位剪切干涉影像。如圖14(a)~14(e)所示，分別為相移角δ=-π、-π/2、0、π/2、及π所對應的剪切干涉影像；如圖14(f)顯示，為計算程式利用圖14(a)~14(e)及五步相移技術計算所得的相位剪切干涉影像。其中圖14(a)~14(e)之影像各有1280×960個像素(Pixel)，每像素代表0.176μm。

另，此實驗架設也被拿來檢測一片鍍鎳石英基板的剪切干涉影像及相位剪切干涉影像。如圖15(a)~15(e)所示，分別為相移角δ=-π、 -π/2、0、π/2、π所對應的剪切干涉影像；如圖15(f)顯示，乃用圖15(a)~15(e)暨五步相移技術計算所粹取出來的相位剪切干涉影像。其中圖15(a)~15(e)之影像各有1280×960個像素(Pixel)，每像素代表0.176μm。由圖14及圖15看出，上述實驗架設有效地強化了影像對比度。

第八實施例

請參閱圖16，第八實施例包含光源100、極化器200、聚光鏡300、第一物鏡410、第二物鏡420、第一薩爾瓦稜鏡510、第二薩爾瓦稜鏡520、受測物600、第二分析板820、及第二感光元件920；其中第二薩爾瓦稜鏡520係和第一薩爾瓦稜鏡510相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡。光束係由光源100發出，它會被極化器200轉換為極化光，也會被聚光鏡300收集，依序經過第一物鏡410、第一薩爾瓦稜鏡510後，被橫向剪移為尋異光及異尋光並去照射到受測物600；當尋異光及異尋光穿透受測物600後，第二薩爾瓦稜鏡520將其重新合併為一束，合併光束緊接著穿過第二物鏡420、第二分析板820，然後於第二感光元件920上成像。上述繞水平軸旋轉180°的意義可進一步用圖16之(a)來說明，此時第二薩爾瓦稜鏡520的ab面和第一薩爾瓦稜鏡510的ab面都是面向光源100的方向，但上下相反；而繞垂直軸旋轉180°的意義可用圖16之(b)來說明，此時第二薩爾瓦稜鏡520的ab面和第一薩爾瓦稜鏡510的ab面上下相同，但前者面向第二感光元件920、後者面向光源100的方向。

第八實施例透過和反射式剪切干涉顯微鏡完全一致的分析過程，可確認第二感光元件920上的影像亦為一剪切干涉影像，其光 強與相位亦可分別用公式(8)和(9)表示，惟需用△[(n-1)h]及

[(n-1)h]/

x來分別取代2△W及2．

W/

x，其中n和h分別表示受測物600的折射率和厚度。

因此也可以將前往第二感光元件920的尋異光和異尋光視為，相位差為

的同軸傳遞光束；而這又說明，只要在圖16的穿透式剪切干涉顯微鏡中植入相位調制模組，就可用相移術或白光相位掃描法來粹取出

。

第九實施例

請參閱圖17，第九實施例與第八實施例之差異在於，進一步於第二物鏡420與第二分析板820間，設置一相位調制模組1001；該相位調制模組1001係為一液晶盒，一樣是透過驅動電壓的輸入，即可調制尋異光和異尋光之相位差。此相位調制模組1001亦可置於極化器200之後面(出光側)。

第十實施例

請參閱圖18，第十實施例與第八實施例之差異在於，進一步於第二物鏡420與第二分析板820間，設置一相位調制模組1002；該相位調制模組1002係為一馬克-臻德干涉儀，其構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的馬克-臻德干涉儀。此相位調制模組1002亦可置於極化器200之後面(出光側)。

第十一實施例

請參閱圖19，第十一實施例與第八實施例之差異在於，進一步於第二物鏡420與第二分析板820間，設置一相位調制模組1003；該相位調制模組1003係一個HQPM，其構造和操作相同於上述反射式剪 切干涉顯微鏡的HQPM。

第十二實施例

請參閱圖20，第十二實施例與第八實施例之差異在於，進一步於第二物鏡420與第二分析板820間，設置一相位調制模組1004；該相位調制模組1004係一個QHQPM，其構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的QHQPM。

第十三實施例

請參閱圖21，第十三實施例與第八實施例之差異在於，進一步於第二物鏡420與第二分析板820間，設置一圓極化器1005；該圓極化器1005和第二分析板820構成一個HQAPM，且此HQAPM的構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的HQAPM。

第十四實施例

請參閱圖22，第十四實施例與第八實施例之差異在於，進一步於第二物鏡420與第二分析板820間，設置一圓極化器1006；該圓極化器1006和第二分析板820構成一個QAPM，且此QAPM的構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的QAPM。

結合上述反射式剪切干涉顯微鏡及穿透式剪切干涉顯微鏡，本發明也提出如下的反射穿透兩用式剪切干涉顯微鏡。

第十五實施例

如圖23所示，它包含光源100、極化器200、聚光鏡300、分光鏡700、第一物鏡410、第二物鏡420、第一薩爾瓦稜鏡510、第二薩爾瓦稜鏡520、受測物600、第一分析板810、第二分析板820、第一 感光元件910、及第二感光元件920；其中第二薩爾瓦稜鏡520係和第一薩爾瓦稜鏡510相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡。當受測物600為反射體時，光束係由光源100發出，到達受測物600後，反向走第1路徑到第一感光元件910上成像，故此時顯微鏡是反射式剪切干涉顯微鏡；當受測物600為透明介質時，光束係由光源100發出，到達受測物600後，走第2路徑到第二感光元件820上成像，故此時顯微鏡是穿透式剪切干涉顯微鏡。

如同前述反射式與穿透式剪切干涉顯微鏡，在圖23的反射穿透兩用式剪切干涉顯微鏡中也植入相位調制模組，就可用相移術或白光相位掃描法來粹取出剪切干涉影像中的相位。

第十六實施例

請參閱圖24，第十六實施例與第十五實施例之差異在於，進一步於極化器200後面(出光側)，設置一相位調制模組1001；該相位調制模組1001係為一液晶盒，一樣是透過驅動電壓的輸入，即可調制尋異光和異尋光之相位差。該相位調制模組1001亦可改成兩個，分別置於分光鏡700與第一分析板810間及第二物鏡420與第二分析板820間。

第十七實施例

請參閱圖25，第十七實施例與第十五實施例之差異在於，進一步於極化器200後(出光側)，設置一相位調制模組1002；該相位調制模組1002係為一馬克-臻德干涉儀，其構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的馬克-臻德干涉儀。該相位調制模組1002亦可改成兩個，分別置於分光鏡700與第一分析板810間及第二物鏡420與第二分析板 820間。

第十八實施例

請參閱圖26，第十八實施例與第十五實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810間及第二物鏡420與第二分析板820間，各設置一相位調制模組1003；如圖26之(b)及(c)所示，各該相位調制模組1003係一個HQPM，其構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的HQPM。

第十九實施例

請參閱圖27，第十九實施例與第十五實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810間及第二物鏡420與第二分析板820間，各設置一相位調制模組1004；如圖27之(b)及(c)所示，各該相位調制模組1004係一個QHQPM，其構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的QHQPM。

第二十實施例

請參閱圖28，第二十實施例與第十五實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810間及第二物鏡420與第二分析板820間，各設置一圓極化器1005；如圖28之(b)及(c)所示，各該圓極化器1005和其對應的分析板構成一個HQAPM，其構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的HQAPM。

第二十一實施例

請參閱圖29，第二十一實施例與第十五實施例之差異在於，進一步於分光鏡700與第一分析板810間及第二物鏡420與第二分析 板820間，各設置一圓極化器1006；如圖29之(b)及(c)所示，各該圓極化器1006和其對應的分析板構成一個QAPM，其構造和操作相同於上述反射式剪切干涉顯微鏡的QAPM。

在實際應用上，除了要取得x方向的剪切干涉與相位剪切干涉影像外，常常也需要取得y方向的剪切干涉與相位剪切干涉影像。傳統或上述剪切干涉顯微鏡可透過旋轉剪切元件來達到目的，然這影響量測效率，降低檢測流量。為了克服這一問題，本發明提供以下更進一步發明。

第二十二實施例

請參閱圖30，為本發明之反射式剪切干涉顯微鏡示意圖，主要包含光源100、極化器200、聚光鏡300、第一物鏡410、第三薩爾瓦稜鏡530、第四薩爾瓦稜鏡540、受測物600、分光鏡700、第一分析板810、以及第一感光元件910；其中光束係由光源100發出，它被極化器200轉換為極化光，也被聚光鏡300收集，依序經過分光鏡700、第一物鏡410、第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡540後，形成照物光照射到照射到受測物600；照物光接著被受測物600反射，依序經過第四薩爾瓦稜鏡540及第三薩爾瓦稜鏡530、第一物鏡410、分光鏡700、第一分析板810後，成像於第一感光元件910上。

第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡540是兩個剪切方向互相垂直，且可開啟、可關閉的液晶稜鏡。如圖31之(a)所示，當第三薩爾瓦稜鏡530被關閉、而第四薩爾瓦稜鏡540被開啟時，第三薩爾瓦稜鏡530的兩光軸(Optic axis,OA)和晶面法線成90°夾角，而後者成45°夾 角。反之，如圖31之(b)所示，當第三薩爾瓦稜鏡530被開啟，而第四薩爾瓦稜鏡540被關閉時，第三薩爾瓦稜鏡530的兩光軸和晶面法線成45°夾角，而後者成90°夾角。因此，可預期當第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡處540處在圖31之(a)狀態時，顯微鏡取得x方向剪切干涉影像；反之，處在圖31之(b)狀態時，取得y方向剪切干涉影像。以下進一步分析此兩狀態下，本結構的預期的可靠性。

首先，令第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡540處在圖31之(a)狀態，即第三薩爾瓦稜鏡530關閉、而第四薩爾瓦稜鏡540開啟。依參考文獻(Wu L,Zhang C,Yuan Y,Zhao B.Exact calculation of lateral displacement and optical path difference of Savart polariscopes.Acta Optica Sinica 25,2005,885-90)可知，任一來自第一物鏡410的極化光線經過第三薩爾瓦稜鏡530時，其尋異光和異尋光分量會保持同軸且沿入射光方向輸出，接著經過第四薩爾瓦稜鏡540時，會被沿x方向錯移但依然沿入射光方向輸出；又當這兩分量被反射而再次經過第四薩爾瓦稜鏡540及第三薩爾瓦稜鏡530時，會被重新合併。

這使得光線自第一物鏡410到受測物往返一趟，會有如圖32之(a)的演變。依前述可知，△x有公式(1)的關係；又依參考文獻(Wu L,Zhang C,Yuan Y,Zhao B.Exact calculation of lateral displacement and optical path difference of Savart polariscopes.Acta Optica Sinica 25,2005,885-90)及參考文獻(Hecht E.Interference.Chap.9 in Optics,4th ed.San Francisco：Addison Wesley；2002,p.385-442.)，可得Λ=2(△w cos φ+K ₁ sin 2θ sin² φ+K ₂ sin 2θ sin² φ)； (11) 其中等號右邊的第一、二、及三項分別代表受測物輪廓、第三薩爾瓦稜鏡530、及第四薩爾瓦稜鏡540所造成的光程差，又其中

及

依公式(11)、(12)、及相同於公式(4)-(9)的推演與數值計算，將再次得到，第一感光元件910所收到合併光為一剪切干涉影像，其光強有公式(8)的關係式，其中相位△Φ _x 有公式(9)的關係式。

接著令第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡540處在圖31之(b)的狀態，即第三薩爾瓦稜鏡530開啟、而第四薩爾瓦稜鏡540關閉。依參考文獻(Wu L,Zhang C,Yuan Y,Zhao B.Exact calculation of lateral displacement and optical path difference of Savart polariscopes.Acta Optica Sinica 25,2005,885-90)可知道，任一來自第一物鏡410的極化光線經過第三薩爾瓦稜鏡530時，其尋異光和異尋光分量會被沿y方向錯移，接著經過第四薩爾瓦稜鏡540時，其錯移量不變且沿入射光方向輸出；又當這兩分量被反射而再次經過第四薩爾瓦稜鏡540及第三薩爾瓦稜鏡530時，會被重新合併。

這使得光線自第一物鏡410到受測物往返一趟，會有如圖32之(b)的演變。依前述可知，△y有公式(1)的關係，且L_c中的L_oe和L_eo兩分量有光程差Λ，其大小一樣可用公式(11)表示；又依相同於公式(4)-(9)的推導及數值計算則得到，第一感光元件910所收到合併光為一剪切干 涉影像，其光強為

相位為

其中△w是y方向上，被L_oe和L_eo所照射到的兩點的相對高度差。

上述結果可得，當第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡540處在圖31之(a)的狀態時，圖30的架構是一台x方向剪切的剪切干涉顯微鏡；反之，當第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡540被調到圖31之(b)的狀態時，圖30的架構就是一台y方向剪切的剪切干涉顯微鏡。

至於液晶薩爾瓦稜鏡；乃是用兩片相同的液晶盒來構成。現在先說明其中一片，如圖33所示，其內部可以使用向列型液晶(Nematic liquid crystal)及反平行配向膜；當在圖33之(a)時，驅動電路處開路狀態，因此所有液晶分子皆處於水平排列狀態，也因此等同一片光軸和晶面法線成90度夾角的單軸雙折射晶體；當在圖33之(b)時，驅動電壓為V，有一部分的液晶分子開始仰起，因此等同一片光軸和晶面法線夾β角的雙折射晶體；當在圖33之(c)時，驅動電壓大於(>)飽和電壓V _sat ，所有液晶分子都直立起來，因此等同一片光軸和晶面法線平行的雙折射晶體。此說明，隨著驅動電壓的上升，液晶盒的等效光軸和晶面法線的夾角，由90°變到0°；因此必然有一電壓，如圖33之(d)圖所示，讓液晶盒的等效光軸和晶面法線夾45°角。為了方便後續說明，分別定義等效光軸在90°及45°時所對應的驅動電壓為開路及V₄₅。

因此，當兩完全相同的上述液晶盒，繞基板法線彼此旋 轉90°角後，貼合在一起，就構成了一液晶薩爾瓦稜鏡。此時，如圖34之(a)所示，當驅動電壓為V₄₅，其兩光軸和晶面法線成45°夾角，稜鏡開啟；反之，如圖34之(b)所示，當驅動電壓為開路，其兩光軸和晶面法線成90°夾角，稜鏡關閉。

上述使用液晶薩爾瓦稜鏡的反射式剪切干涉顯微鏡亦可引入相位調制模組，來調制尋異光和異尋光分量的相位差，並進而透過相移術或白光相位掃描法來粹取出相位剪切干涉影像(即

或

)。相位調制模組的構造可為液晶、馬克-臻德干涉儀、HQPM、QHQPM、HQAPM、或QAPM，其個別的構造、位置、及操作和前述反射式剪切干涉顯微鏡一致，在此不再贅述。

第二十三實施例

請參閱圖35，第二十三實施例乃用液晶薩爾瓦稜鏡來構成的穿透式剪切干涉顯微鏡，它與第八實施例(請參閱圖16)之差異在於，第一物鏡410和受測物600間是第三薩爾瓦稜鏡530和第四薩爾瓦稜鏡540，受測物600和第二物鏡420間是第五薩爾瓦稜鏡550和第六薩爾瓦稜鏡560；其中，第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡540是兩個剪切方向互相垂直，且可開啟、可關閉的液晶稜鏡；第五薩爾瓦稜鏡550是和第四薩爾瓦稜鏡540相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡，及第六薩爾瓦稜鏡560是和第三薩爾瓦稜鏡530相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡。因此當第三、第六薩爾瓦稜鏡關閉、而第四、第五薩爾瓦稜鏡開啟時，圖35的架構是一台x方向剪切的穿透式剪切干涉顯微鏡；反之，當第三、第六薩爾瓦稜鏡開啟、而第四、第五薩 爾瓦稜鏡開關閉時，圖35的架構就是一台y方向剪切的穿透式剪切干涉顯微鏡。

使用液晶薩爾瓦稜鏡的穿透式剪切干涉顯微鏡亦可引入相位調制模組，來調制尋異光和異尋光分量的相位差，並進而透過相移術或白光相位掃描法來粹取出相位剪切干涉影像(即

或

)。相位調制模組的構造可為液晶、馬克-臻德干涉儀、HQPM、QHQPM、HQAPM、或QAPM，其個別的構造、位置、及操作和前述穿透式剪切干涉顯微鏡一致。

第二十四實施例

請參閱圖36，第二十四實施例乃用液晶薩爾瓦稜鏡來構成的反射穿透兩用式剪切干涉顯微鏡，它與第十五實施例(請參閱圖23)之差異在於，第一物鏡410和受測物600間是第三薩爾瓦稜鏡530和第四薩爾瓦稜鏡540、受測物600和第二物鏡420間是第五薩爾瓦稜鏡550和第六薩爾瓦稜鏡560；其中，第三薩爾瓦稜鏡530及第四薩爾瓦稜鏡540是兩個剪切方向互相垂直，且可開啟、可關閉的液晶稜鏡；第五薩爾瓦稜鏡550是和第四薩爾瓦稜鏡540相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡，及第六薩爾瓦稜鏡560是和第三薩爾瓦稜鏡530相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡。因此當第三、第六薩爾瓦稜鏡關閉、而第四、第五薩爾瓦稜鏡開啟時，圖36的架構是一台x方向剪切的反射穿透兩用式剪切干涉顯微鏡；反之，當第三、第六薩爾瓦稜鏡開啟、而第四、第五薩爾瓦稜鏡關閉時，圖36的架構就是一台y方向剪切的反射穿透兩用式剪切干涉顯微鏡。

使用液晶薩爾瓦稜鏡的反射穿透兩用式剪切干涉顯微 鏡亦可引入相位調制模組，來調制尋異光和異尋光分量的相位差，並進而透過相移術或白光相位掃描法來粹取出相位剪切干涉影像(即

或

)。相位調制模組的構造可為液晶、馬克-臻德干涉儀、HQPM、QHQPM、HQAPM、或QAPM，其個別的構造、位置、及操作和前述反射穿透兩用式剪切干涉顯微鏡一致。

綜上所述，本發明相較於現有技術，具有之特點在於：1.)本發明之顯微鏡具有不犧牲視場、不降低影像解析力的優點，因除了不影響視場與解析力的薩爾瓦稜鏡外，它和一般偏極顯微鏡有一樣的架構；2.)本發明可引入相位調制模組，來粹取出相位剪切干涉影像；3)本發明更可在不需機械動作下，選擇x或y方向的剪切量測。另外，在本發明中所提及的受測物係用來表示本發明構件之間的位置關係或其功能作用，但本發明所主張保護的標的，並非包括受測物。

因此，本發明不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims (10)

1. 一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含：一光源；一聚光鏡，係設於該光源之一側；一第一物鏡，係設於該光源對應該聚光鏡之另一側；一第一薩爾瓦稜鏡，係設於該光源對應該第一物鏡之另一側；一分光鏡，係設於該聚光鏡及該第一物鏡之間；一第一感光元件，係設於該分光鏡的反射光路徑上；一極化器，可設於該光源與該分光鏡間的任意位置；以及一第一分析板，係設於該分光鏡與該第一感光元件之間；其中該光源發出之光束，會被該極化器轉換為極化光，也會被該聚光鏡收集，依序經該分光鏡、該第一物鏡、該第一薩爾瓦稜鏡後，形成一照物光照射在一受測物上，該照物光接著被該受測物反射，再依序經過該第一薩爾瓦稜鏡、該第一物鏡、該分光鏡、該第一分析板後，成像於該第一感光元件上。
2. 一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含：一光源；一聚光鏡，係設於該光源之一側；一第一物鏡，係設於該光源對應該聚光鏡之另一側；一第一薩爾瓦稜鏡，係設於該光源對應該第一物鏡之另一側；一第二薩爾瓦稜鏡，係和該第一薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡，且設於該光源對應該第一薩爾瓦稜鏡之另一側；一第二物鏡，係設於該光源對應該第二薩爾瓦稜鏡之另一側；一第二感光元件，係設於該光源對應該第二物鏡之另一側；一極化器，可設於該光源與該第一物鏡間的任意位置；以及一第二分析板，係設於該第二物鏡與該第二感光元件之間；其中該光源發出之光束，會被該極化器轉換為極化光，也會被該聚光鏡收集，依序經該第一物鏡、該第一薩爾瓦稜鏡後，形成一照物光照射在一受測物上，該照物光接著穿過該受測物，再依序經過該第二薩爾瓦稜鏡、該第二物鏡、該第二分析板後，成像於該第二感光元件上。
3. 一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含：一光源；一聚光鏡，係設於該光源之一側；一第一物鏡，係設於該光源對應該聚光鏡之另一側；一第一薩爾瓦稜鏡，係設於該光源對應該第一物鏡之另一側；一分光鏡，係設於該聚光鏡及該第一物鏡之間；一第一感光元件，係設於該分光鏡的反射光路徑上；一第二薩爾瓦稜鏡，係和該第一薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡，且設於該光源對應該第一薩爾瓦稜鏡之另一側；一第二物鏡，係設於該光源對應該第二薩爾瓦稜鏡之另一側；一第二感光元件，係設於該光源對應該第二物鏡之另一側；一極化器，可設於該光源與該分光鏡間的任意位置；一第一分析板，係設於該分光鏡與該第一感光元件之間；以及一第二分析板，係設於該第二物鏡與該第二感光元件之間；其中之一光束路徑為該光源發出之光束，會被該極化器轉換為極化光，也會被該聚光鏡收集，依序經該分光鏡、該第一物鏡、該第一薩爾瓦稜鏡後，形成一照物光照射在一受測物上，該照物光接著被受測物反射，再依序經過該第一薩爾瓦稜鏡、該第一物鏡、該分光鏡、該第一分析板後，成像於該第一感光元件上；另一光束路徑為該光源發出之光束，會被該極化器轉換為極化光，也會被該聚光鏡收集，依序經該分光鏡、該第一物鏡、該第一薩爾瓦稜鏡後，形成一照物光照射在一受測物上，該照物光接著穿過該受測物，再依序經過該第二薩爾瓦稜鏡、該第二物鏡、該第二分析板後，成像於該第二感光元件上。
4. 一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含：一光源；一聚光鏡，係設於該光源之一側；一第一物鏡，係設於該光源對應該聚光鏡之另一側；一第三薩爾瓦稜鏡，為可開啟、可關閉的薩爾瓦稜鏡，設於該光源對應該第一物鏡之另一側；一第四薩爾瓦稜鏡，為可開啟、可關閉、且剪切方向垂直於該第三薩爾瓦稜鏡的剪切方向的薩爾瓦稜鏡，設於該光源對應該第三薩爾瓦稜鏡之另一側；一分光鏡，係設於該聚光鏡及該第一物鏡之間；一第一感光元件，係設於該分光鏡的反射光路徑上；一極化器，可設於該光源與該分光鏡間的任意位置；以及一第一分析板，係設於該分光鏡與該第一感光元件之間；其中該光源發出之光束，會被該極化器轉換為極化光，也會被該聚光鏡收集，依序經該分光鏡、該第一物鏡、該第三薩爾瓦稜鏡、該第四薩爾瓦稜鏡後，形成一照物光照射在一受測物上，該照物光接著被該受測物反射，再依序經過該第四薩爾瓦稜鏡、該第三薩爾瓦稜鏡、該第一物鏡、該分光鏡、該第一分析板後，成像於該第一感光元件上。
5. 一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，至少包含：一光源；一聚光鏡，係設於該光源之一側；一第一物鏡，係設於該光源對應該聚光鏡之另一側；一第三薩爾瓦稜鏡，為可開啟、可關閉的薩爾瓦稜鏡，設於該光源對應該第一物鏡之另一側；一第四薩爾瓦稜鏡，為可開啟、可關閉、且剪切方向垂直於該第三薩爾瓦稜鏡的剪切方向的薩爾瓦稜鏡，設於該光源對應該第三薩爾瓦稜鏡之另一側；一第五薩爾瓦稜鏡，係和該第四薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡，設於該光源對應該第四薩爾瓦稜鏡之另一側；一第六薩爾瓦稜鏡，係和該第三薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡，設於該光源對應該第五薩爾瓦稜鏡之另一側；一第二物鏡，係設於該光源對應該第六薩爾瓦稜鏡之另一側；一第二感光元件，係設於該光源對應該第二物鏡之另一側；一極化器，可設於該光源與該第一物鏡間的任意位置；以及一第二分析板，係設於該第二物鏡與該第二感光元件之間；其中該光源發出之光束，會被該極化器轉換為極化光，也會被該聚光鏡收集，依序經該第一物鏡、該第三薩爾瓦稜鏡、該第四薩爾瓦稜鏡後，形成一照物光照射在一受測物上，該照物光接著穿過該受測物，再依序經過該第五薩爾瓦稜鏡、該第六薩爾瓦稜鏡、該第二物鏡、該第二分析板後，成像於該第二感光元件上。
6. 一種使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，包含：一光源；一聚光鏡，係設於該光源之一側；一第一物鏡，係設於該光源對應該聚光鏡之另一側；一第三薩爾瓦稜鏡，為可開啟、可關閉的薩爾瓦稜鏡，設於該光源對應該第一物鏡之另一側；一第四薩爾瓦稜鏡，為可開啟、可關閉、且剪切方向垂直於該第三薩爾瓦稜鏡的剪切方向的薩爾瓦稜鏡，設於該光源對應該第三薩爾瓦稜鏡之另一側；一分光鏡，係設於該聚光鏡及該第一物鏡之間；一第一感光元件，係設於該分光鏡的反射光路徑上；一第五薩爾瓦稜鏡，係和該第四薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡，設於該光源對應該第四薩爾瓦稜鏡之另一側；一第六薩爾瓦稜鏡，係和該第三薩爾瓦稜鏡相同但繞水平軸(z-軸)或垂直軸(y-軸)旋轉180°的稜鏡，設於該光源對應該第五薩爾瓦稜鏡之另一側；一第二物鏡，係設於該光源對應該第六薩爾瓦稜鏡之另一側；一第二感光元件，係設於該光源對應該第二物鏡之另一側；一極化器，可設於該光源與該分光鏡間的任意位置；一第一分析板，係設於該分光鏡與該第一感光元件之間；以及一第二分析板，係設於該第二物鏡與該第二感光元件之間；其中之一光束路徑為該光源發出之光束，會被該極化器轉換為極化光，也會被該聚光鏡收集，依序經該分光鏡、該第一物鏡、該第三薩爾瓦稜鏡、該第四薩爾瓦稜鏡後，形成一照物光照射在一受測物上，該照物光接著被該受測物反射，再依序經過該第四薩爾瓦稜鏡、該第三薩爾瓦稜鏡、該第一物鏡、該分光鏡、該第一分析板後，成像於該第一感光元件上；另一光束路徑為該光源發出之光束，會被該極化器轉換為極化光，也會被該聚光鏡收集，依序經該分光鏡、該第一物鏡、該第三薩爾瓦稜鏡、該第四薩爾瓦稜鏡後，形成一照物光照射在一受測物上，該照物光接著穿過該受測物，再依序經過該第五薩爾瓦稜鏡、該第六薩爾瓦稜鏡、該第二物鏡、該第二分析板後，成像於該第二感光元件上。
7. 如申請專利範圍第1至第6項任一項所述之使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，其中更進一步包含至少一個相位調制模組，設於該光源對應該極化器之另一側、該分光鏡與該第一分析板之間、該第二物鏡與該第二分析板之間、或該分光鏡與該第一分析板之間暨該第二物鏡與該第二分析板之間；其中該相位調制模組係為一液晶盒。
8. 如申請專利範圍第1至第6項任一項所述之使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，其中更進一步包含至少一個相位調制模組，設於該光源對應該極化器之另一側、該分光鏡與該第一分析板之間、該第二物鏡與該第二分析板之間、或該分光鏡與該第一分析板之間暨該第二物鏡與該第二分析板之間；其中該相位調制模組係為一馬克-臻德干涉儀，由一第一偏極橫向分光稜鏡、一第二偏極橫向分光稜鏡、及一旋轉平台所構成。
9. 如申請專利範圍第1至第6項任一項所述之使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，其中更進一步包含至少一個相位調制模組，設於該分光鏡與該第一分析板之間、該第二物鏡與該第二分析板之間、或該分光鏡與該第一分析板之間暨該第二物鏡與該第二分析板之間；其中該相位調制模組係由一個二分之一波板及一個四分之一波板所構成；或由一個第一四分之一波板、一個二分之一波板、及一個第二四分之一波板所構成。
10. 如申請專利範圍第1至第6項任一項所述之使用薩爾瓦稜鏡為剪切元件的剪切干涉顯微鏡，其中更進一步包含至少一個圓極化器，設於該分光鏡與該第一分析板之間、該第二物鏡與該第二分析板之間、或該分光鏡與該第一分析板之間暨該第二物鏡與該第二分析板之間；其中該圓極化器係由一個二分之一波板及一個四分之一波板所構成；或由一個四分之一波板所構成。