共焦显微系统及其光学照明装置的制作方法

1.本发明为一种光表面形貌测量技术，特别是指一种可以降低光谱损失，解决连续光谱经过光调制单元所产生的不连续问题，以及准单频光谱的丢失问题，以提升形貌解析精度的一种共焦显微系统及其光学照明装置。


背景技术：

2.在精密的微结构制程领域，如：ic产业、半导体产业、lcd产业、机电自动化产业、光电测量产业等领域中，三维形貌测量的程序是确保制程品质均一的重要程序。在检测的技术中，由于光学或光电结合的方法具有高准确度与非接触等特点，目前常用光学方法检测物体微小的轮廓、厚度或尺寸。目前已有许多光学非接触测量技术已广泛的被运用，包括共焦测量技术(confocal microscopy)、相位移干涉测量技术(phase shifting interferometry)、白光干涉垂直扫描技术(white-light vertical scanning interferometry)等，不同的测量技术适用于不同的测量条件和不同领域上。
3.传统的共焦测量技术其原理是以光学式垂直扫描的测量方式，来获得不同深度的光学切片图像，通过针孔(pinhole)进行一般消色散物镜的失焦信号过滤，将聚焦区外的反射光与散射光滤除，保留聚焦面信息，并由电脑将不同深度所得的光学切片图像重建起来，即可求得待测物三度空间图像信息。另一种方式则是通过色散物镜，将侦测光分成不同聚焦深度的侦测光，例如，美国公开申请案us 2004/0109170的公开文件所揭露的共焦检测传感器，即是将光场分成不同波长而分别聚焦于不同的聚焦位置上。反射光再经过光谱成像装置进行解析，根据光强度最强的波长所对应的深度来解析出待测位置的深度。
4.不论是利用一般消色散物镜的传统共焦测量技术，或是利用色散物镜解析出物体表面深度，进而还原物体表面形貌的彩色共焦技术。多点侦测的时候，会有光源横向串扰(cross talk)的问题，进而造成深度解析上的问题。为了解决这样的问题，必须利用阵列式的光调制单元，例如：数字微镜元件(digital micromirror device,dmd)。通过dmd可以控制侦测光的位置，进而完成大面积的表面形貌侦测。
5.然而，利用dmd反射入射光作为侦测光源的方式也存在着问题。dmd上的反射元件为一种二维的周期性阵列，每一片反射元件都可以在一角度区间，例如： 12
°
以及-12
°
。请参阅图1a所示，当dmd中的每一个反射元件10被控制转向一特定角度时，连续光谱光源经过准直调制的入射光i的波前iw投射到dmd并由每一个反射元件10反射。图1a中，每一道入射光相互平行。如图1b所示，由于相邻反射元件10之间具有间距，使得相邻反射元件10的反射光r的波前rw具有光程差(optical path difference,opd)，因此当该光程差除以波长等于整数的时候，相邻反射元件10反射光波前rw会结合在一起，而维持垂直于基准面800的法向量的反射光波前；反之，当该光程差除以波长不等于整数的时候，相邻反射元件10的反射光波前rw之间会具有相位差，使得反射光波前不会垂直于基准面的法向量。而这样的现象，通过光谱成像装置的侦测，会发现如图1c所示不连续光谱的问题，例如：在图1c中，opd＝4.116μm，因此opd/7＝0.587μm、opd/8＝0.513μm、opd/9＝0.456μm、opd/10＝0.411μm，根据
演算可以得知在587nm,513nm,456nm以及411nm中会有四个相当突出的峰值，致使光谱不连续，导致后续在演算表面深度的时候，因为光谱不连续之故，使得表面形貌深度的可解析性与准确性降低。倘若照明光源为准单频光谱，且其中心波长并非上述计算例的587nm,513nm,456nm以及411nm时，会导致后端光学系统可能根本接收不到光。
6.为了解决上述问题，若是使用准直光模块，则须考虑后方彩色共焦模块或一般消色散物镜在入瞳处的数值孔径(numerical aperture,n.a)，若是入瞳处的n.a值不够，则会有部分的光无法通过如彩色共焦模块或全部的光都无法通过一般消色散物镜，导致在待测样本上的照明光谱严重不连续，或甚至没有光。这样的限制使得后端光学系统在设计上有相当大的局限，故然增加数值孔径是最为便利的方法，但这必须改变后端光学系统与dmd之间的距离，或是加大后端光学系统的镜片尺寸，但此两种方法皆会使得设计以及制造上产生许多的不便利性以及难度。
7.另外一种方式则是使用临界照明的方式直接将光源成像在dmd后端，但这样的方式光效率也相当差。
8.综合上述，因此需要一种共焦显微系统及其光学照明装置来解决现有技术所产生的问题。


技术实现要素：

9.为解决上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种光学照明装置，通过空间调制元件(spatial light modulator,slm)接收具有不同入射角度的入射光，并将其调制形成具有一发散角度范围的调制光，使该多个空间光调制元件所产生的总体绕射效应不会破坏连续光谱源的光谱连续性，或是确保准单频光谱源后端光学系统的接收性，使得调制光的光谱实质上与入射光所具有的连续光谱或准单频光谱相同，也就是调制光的光谱图形等同或接近于该光源的光谱图形，避免光谱失真以保持光谱完整性的效果。也就说，通过本发明，光源模块以连续光谱投射在光调制元件上任意点的光谱都是具有连续光谱的光，例如：白光，与最源头光源产生的光所具有的光谱一致。之后经过调制的光导引到样品表面的光谱会是连续的而且与最源头光源的光谱一致或相近。而若光源模块以准单频光谱投射在光调制元件上任意点，之后经过的调制光均能进入后端光学系统。因此，通过本发明的光源模块，可以达到让光调制元件能把完整的光谱送达样品表面或确保后端光学系统对光的接收性的效果。
10.本发明的目的还在于，提供一种光学照明装置，在一实施例中，使用柯勒照明(illumination)模块对dmd进行照明，才能够将光效率大幅拉高，以解决“在dmd为基础的绕射图谱共焦系统中，因为采用准直光照明，则dmd会产生严重的绕射与色散现象，导致下游(后端)光学系统，例如：物镜或色散物镜，只能接收到相对低比例的光能，光效率极差”的问题。
11.本发明的目的还在于，提供一种共焦显微系统，其利用一种通过反射元件接收具有不同入射角度的入射光，并将其反射形成具有一发散角度范围的反射光的光学照明装置，使该多个反射元件之间所产生的总体绕射效应不会造成在0阶光的方向会有某几个波长的光强度特别强，进而维持光谱的连续性。由于反射光可以维持光谱连续性，不会使光谱失真，因此当经过色散物镜的色散之后，可以在待测物上形成相近于原入射光光谱的测物
光，由于测物光的光谱维持原先的连续性，因此在后续深度还原的演算过程中，可以提升表面形貌深度测量的准确度。在准单频光谱源的的情况下，本发明提供的共焦显微系统同样接收具有不同入射角度的入射光，并将其反射形成具有一发散角度范围的反射光，使该多个反射元件之间所产生的总体绕射效应可以确保后端光学系统，例如：物镜或色散物镜，能接收到前端来的光能并聚焦到被测物上进行测量作业。
12.在一实施例中，本发明提供一种光学照明装置，包括有一光学模块以及一光调制单元。该光学模块，用以产生多道入射光，具有一连续光谱。该光调制单元，具有多个光调制元件，每一光调制元件用以接收具有不同入射角度的入射光，并将其调制形成具有一发散角度范围的调制光，使该多个光调制元件之间所产生的总体绕射效应不会破坏连续光谱源的光谱连续性，使得调制光的光谱图形接近于该连续光源的光谱图形。而在另一实施例中，如果入射光的光谱为准单频光谱源，本发明的后端光学系统也能有效接收前端系统来的光能与光谱。
13.在一实施例中，本发明提供一种彩色共焦显微系统，包括有一光学照明装置、一物镜以及一深度侦测模块。一光学照明装置，其具有一光学模块以及一光调制单元，该光学模块用以产生多道入射光，该光调制单元，具有多个光调制元件，每一光调制元件用以接收具有不同入射角度的入射光，并将其调制形成具有一发散角度范围的调制光。该物镜，接收至少一光调制元件所调制的调制光，并将该至少一调制光投射至一物体上，每一调制光经由该物体上相应的侦测位置反射而形成至少一测物光。该深度侦测模块，用以接收该至少测物光，并对该测物光进行解析，进而还原对应每一侦测位置的深度。
14.在一实施例中，其中该光学模块更包括有一偏光元件，用以将该多道入射光偏振化，使该多道入射光具有一第一偏振态，并投射到该第一光调制单元。其中，该第一光调制单元用以对该入射光进行调制，使得该调制光具有一第二偏振态，该第一偏振态与该第二偏振态相互正交。该物镜更包括有一四分之一波片以及一色散物镜，该四分之一波片用以将该调制光调制成具有一第三偏振态的调制光，该色散物镜接收具有该第三偏振态的调制光，以将该调制光色散成一色散光，每一色散光具有不同深度的子光场，每一个子光场具有不同波长，该色散物镜将该至少一道色散光投射至一物体上，每一色散光对应该物体上的一侦测位置，每一色散光经由该物体上相应的侦测位置反射而形成该至少一测物光，该至少一测物光，经过该色散物镜后，再通过该四分之一波片以形成具有该第一偏振态的测物光。其中，该深度侦测模块更具有一第二光调制单元以及一光谱成像装置，该第二光调制单元用以将具有该第一偏振态的测物光调制成具有该第二偏振态的测物光，该光谱成像装置用以解析该测物光的光谱。该第一光调制单元与该第二光调制单元分别为一硅基液晶。
15.在一实施例中，该光学模块更包括有一光源、一第一透镜以及一第二透镜。该光源，产生多道光。该第一透镜，设置于该光源的一侧，该第一透镜用以接收该多道光，并将该多道光聚焦于第一区域，形成多道聚焦光。该第二透镜，具有一焦距，设置于该第一透镜的一侧使该第一透镜位于该光源与该第二透镜之间，该第二透镜相距该聚焦位置该焦距的距离，该第二透镜用以将每一道聚焦光发散以形成多道入射光而投射至反射元件的全部或一部分，使每一个反射元件接收来自于多个不同位置的入射光，进而反射形成具有该发散角度范围的反射光。
16.在一实施例中，该物镜为一色散物镜，接收至少一反射元件所反射的反射光，以将
该反射光调制成一色散光，每一色散光具有不同深度的子调制光，每一个子调制光具有不同波长，该色散物镜将该至少一道色散光投射至一物体上，每一色散光对应该物体上的一侦测位置，每一色散光经由该物体上相应的侦测位置反射而形成至少一测物光。
附图说明
17.图1a与图1b为现有技术中dmd上的反射元件接收入射光与反射光示意图；
18.图1c为现有技术中dmd上的反射元件接收入射光与反射光的不连续光谱示意图；
19.图2a为本发明的一光学照明装置实施例示意图；
20.图2b为该光学模块的一实施例示意图；
21.图3为本发明的光调制单元的反射镜反射具有发散角度范围的反射光示意图；
22.图4为本发明的光学照明装置所产生的光源经过dmd各反射元件反射之后所形成的反射光的光谱示意图；
23.图5为本发明的彩色共焦显微系统的另一实施例示意图；
24.图6为本发明的彩色共焦显微系统的另一实施例示意图；
25.图7为本发明的一侦测位置所具有的波长与光强度曲线示意图；
26.图8a与图8b为利用本发明的光学照明装置所形成的共焦显微系统不同实施例示意图；
27.图9为利用本发明的光学照明装置所形成的面形彩色共焦系统示意图；
28.图10a与图10b为本发明的光学照明装置应用的一实施例与现有光学装置的光学效果比较说明示意图；以及
29.图11a与图11b为本发明的光学照明装置应用的另一实施例与现有光学装置的光学效果比较说明示意图。
30.附图标记列表：10-反射元件；2-光学照明装置；20-光学模块；21-光调制单元；21a-第一光调制单元；200-光源；201-第一透镜；202-第二透镜；203-聚焦位置；210、210a-反射元件；210b-光调制元件；22-物镜；23-光谱成像装置；3-彩色共焦显微系统；30-色散物镜；31、31a-深度侦测模块；310-准直透镜；311-图像采集单元；311a-镜头；312a-光传感器；310b-滤波器；311b-光谱成像装置；3110-光谱分光单元；3111-图像传感元件；313-分光镜；314、315-光强度传感模块；316-空间滤波元件；317-透镜；318-光强度传感器；32-分光元件；33-运算处理单元；34-深度侦测模块；340-第二光调制单元；341-光谱成像装置；342-分光元件；40-光；40a～40c-发光位置；41-聚焦光；41a～41c-入射光；42-反射光；42a～42c-反射光；43-色散光；43a～43c-子调制光；44-测物光；45a、45b-物光；6-物体；90、90a-入射光；90b、90c-调制光；900-波前；800-基准面；i-入射光；θ-收敛角度。
具体实施方式
31.在下文将参考随附图式，可更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域技术人员充分传达本发明概念的范畴。类似数字始终指示类似元件。以下将以多种实施例配合图式来说明所述光学照明装置及其传统共焦或彩色共焦显微系统，然
而，下述实施例并非用以限制本发明。
32.请参阅图2a所示，该图为本发明的一光学照明装置实施例示意图。本实施例中，该光学照明装置2包括有一光学模块20以及一光调制单元21。该光学模块20用以产生多道具有一连续光谱且具有收敛角度θ的入射光90，也就是入射光90具有收敛角度，亦即入射光i的边界并非平行或几近平行的光场。本实施例中，该光学模块20为一科勒照明(illumination)模块。如图2b所示，该图为本发明的光学模块的一实施例示意图。该光学模块20具有一光源200、一第一透镜201以及一第二透镜202。该光源200在本实施例中为面光源，用以产生多道光40。该第一透镜201设置于该光源200的一侧，用以接收该多道光40，并将该多道光40聚焦于聚焦位置203，以形成多道聚焦光41。
33.在一实施例中，由于该光学模块20为一科勒照明模块，因此该第一透镜201相当于光圈栏(aperture stop)，而聚焦位置203则相当于视野栏(field stop)。光圈栏用以调整通过第一透镜201的照明尺寸，而视野栏则用来调整照明的强度。在一实施例中，可以用该第一透镜201入瞳处的开口做为光圈栏，而在视野栏中则没有光学元件。此外，在另一实施例中，该光圈栏与该视野栏的区域更可以放置可以调整光圈大小的光圈元件，以进行照明尺寸与照明强度的调整。
34.该第二透镜202具有一焦距f，设置于该第一透镜201的一侧，使该第一透镜201位于该光源200与该第二透镜202之间，该第二透镜202相距该聚焦位置203该焦距f的距离，该第二透镜202用以将该多道聚焦光41发散形成入射光，而投射至该多个反射元件210的全部或一部分，使每一个反射元件210接收来自于聚焦位置203上不同位置的聚焦光41，进而反射形成具有发散角度范围的反射光。
35.该光调制单元21，具有多个光调制元件，本实施例中，每一个光调制元件为反射元件210，每一个反射元件210可以控制光束投射的方向。在一实施例中，该光调制单元21为dmd元件，其上的各个反射元件210可以通过电讯的控制改变其转动的角度，进而呈现开(on)或关(off)的状态。当有光投射至多个反射元件210时，光根据其偏转的方向会决定反射光的路径。通过控制单元24，例如：电脑、微处理器、笔记型电脑或工作站等具有运算处理能力的元件或装置的调控，可以控制哪些反射元件210将入射光反射至待测物以形成单点或多点、单线或多线、单区域或多区域的反射光。
36.请参阅图2b与图3所示，其中图3为本发明的光调制单元的反射镜反射具有发散角度范围的反射光示意图。在本实施例中，实线代表不同入射角度的入射光41a～41c，每一道入射光41a～41c分别对应由光源200上不同的发光位置40a～40c所产生，或者是由聚焦位置203上不同位置的聚焦光所产生。例如在一实施例中，入射光41a由发光位置40a所发射出来的光，入射光41b由发光位置40b所发射出来的光，入射光41c由发光位置40c所发射出来的光，因此对每一个反射元件210而言，其接收了来自光源200上不同位置所发出的光，每一道入射光41a～41c相对于反射元件210而言具有不同的入射角度。反射元件210反射该多道入射光41a～41c，形成多道反射光42a～42c。该多道反射光42a～42c具有发散角度范围θe。
37.再回到图2a所示，由于每一个由反射元件210～210a所反射的反射光具有发散的角度，因此反射元件210～210a所产生的总体绕射效应会在该角度范围形成均匀光谱的照明，不至于破坏系统光谱的完整性，使得每一个反射元件210～210a所产生的反射光，经过物镜22收光之后，再经过光谱成像装置23的分析可以得知，反射光的光谱，如图4所示，与该
光学模块20所产生多道入射光90所分别具有的连续光谱实质上相同，也就是调制光的光谱实质上相同(意指相同或近似)于由光学模块20所产生的光谱图形。在图4所示的光谱侦测结果可以看出，经过每一反射元件反射具有发散角度范围的反射光之后，解除了光谱不连续性的问题。要说明的是，虽然前述以连续光谱来说明，但在另一实施例中，连续光谱的入射光也可以为具有准单频光谱的入射光，同样可以通过本发明的光调制架构来调制，可以确保后端光学系统，例如：物镜22，对准单频光谱的接收性，不会产生光谱丢失问题。前述准单频光谱的入射光，可以为激光，例如：半导体激光或者是固态激光。
38.请参阅图5所示，该图为本发明的彩色共焦显微系统的一实施例示意图。在本实施例中，该彩色共焦显微系统3包括有一光学照明装置2、一色散物镜30以及一深度侦测模块31。该光学照明装置2，其具有一光学模块20以及一光调制单元21，该光学模块20用以产生多道入射光，该光调制单元21，具有多个反射元件210，每一反射元件210用以接收具有不同入射角度的入射光，并将其反射形成具有一发散角度范围θe的反射光。本实施例中的光学照明装置2可以利用图2a与2b所示的光学架构来实施。要说明的是，该发散角度范围θe的大小并无一定的限制，在一实施例中，可以配合色散物镜30的数值孔径n.a值而定，其为本领域技术人员可以根据需求而定。
39.该色散物镜30，接收至少一反射元件210所反射的反射光42，以将该反射光42调制成一色散光43，每一色散光43具有不同深度的子调制光43a～43c，每一个子调制光43a～43c具有不同波长，该色散物镜30将该至少一道色散光43a～43c投射至一物体6上，每一色散光43对应该物体6上的一侦测位置，每一色散光43经由该物体6上相应的侦测位置反射而形成至少一测物光44。
40.该测物光44经过该光调制单元21的控制，循着原来的光路移动，经过反射元件210与分光元件32而被该深度侦测模块31所接收。该深度侦测模块31用以接收该至少一测物光44，并对该测物光44进行波长与对应光强度的解析，进而还原对应每一侦测位置的深度。本实施例中，该深度侦测模块31具有一准直透镜310以及一图像采集单元311。该准直透镜310将该测物光准直化之后，进入至该图像采集单元311，经过图像采集单元311的镜头311a以及光传感器传感312a传感得到相应的光传感信号。在一实施例中，该光传感器312a具有多个滤波阵列用以接收反射的至少一测物光，每一个滤波阵列具有多个滤波元件，分别允许一特定波长的测物光通过。在一实施例中，图像采集单元311可以为比利时校际微电子中心(interuniversity microelectronics centre,imec)所开发整合滤波元件和ccd或cmos光学传感器的图像采集装置。该图像采集单元311采集出来的光波长与光强度信号(如图7所示)，在运算处理单元33，例如：电脑或工作站等具有运算处理的装置，进行演算之后，用来决定出侦测位置的深度。例如：在图7中，相应于图6色散光43所对应的侦测位置，经过测量解析之后，可以得知波长540nm的位置具有最大的光强度，因此可以波长540nm所对应的聚焦深度就是该侦测位置的深度，光波长强度与深度的对应关系为现有的技术，在此不做赘述。要说明的是，由于本发明的光学照明装置2所提供的光源经过反射元件之后并不会有光谱不连续的问题，因此可以在后续光信号与深度解析的运算中得到好的深度解析结果。
41.请参阅图6所示，该图为本发明的彩色共焦显微系统的另一实施例示意图。本实施例中，基本上与图5的光学架构类似，差异的是，本实施例的深度侦测模块31a为一滤波器310b与光谱成像装置311b的组合，该滤波器310b为狭缝或者是多个针孔所构成。测物光44
经过滤波器310b之后，再被该光谱成像装置311b传感。该光谱成像装置311b传感更包括有一光谱分光单元3110以及一图像传感元件3111。该光谱分光单元3110，其将该测物光44分成不同波长的光束。该图像传感元件3111，其与该光谱分光单元3110耦接，以传感被分光的不同波长的光束的光强度，而形成该光谱图像。该运算处理单元33，其与该光谱图像传感单元311b连接，以接收该反射光光谱图像，进行演算之后，用来决定出侦测位置的深度。
42.前述的实施例为应用于色散物镜的实施态样。但实际上，本发明的光学照明装置并不限于彩色共焦显微系统。如在图8a所示的共焦系统中，该光学照明装置2应用于差动共焦显微系统，提供光源照明。本实施例中的物镜30a为一般的物镜，并不具有色散的功能。本实施例中，通过一分光镜313，将由该物体6反射的物光分光形成两道测物光45a与45b。每一道物光45a与45b被深度侦测模块31a所传感。本实施例的深度侦测模块31a为一差动共焦侦测模块，包括有光强度传感模块314与315，分别用以接收物光45a与45b以产生对应的光强度信号。本实施例中，每一光强度传感模块314与315具有一空间滤波元件以及光强度传感器(例如：照相机)，每一空间滤波元件尺寸(直径或宽度)不相同，也就是光强度传感模块314的空间滤波元件所具有的针孔或狭缝尺寸与光强度传感模块315的空间滤波元件所具有的针孔或狭缝尺寸是不相同的。每一物光45a或45b先通过对应的空间滤波元件，再被光强度传感器传感其光强度。每一光强度传感模块314与315与运算处理单元33电性连接。运算处理单元33接收每一光强度信号，并分别对每一光强度信号进行一信号处理，以得到差动强度信号比，并决定差动强度信号比对应的测量位置深度。
43.此外，如图8b所示，该图为本发明的共焦显微系统另一实施例示意图。在本实施例中，基本上与图8a相似，差异的是本实施例的接收由物体6表面所反射的物光经过分光元件32分光之后，被导引至一深度侦测模块31b。本实施例中的深度侦测模块31b为空间滤波光学侦测模块，其具有一空间滤波元件316、透镜317以及光强度传感器318。该空间滤波元件316在本实施例中，为硅基液晶(liquid crystal on silicon,lcos)元件，通过数字式控制的方式，可以模拟滤波元件，例如：针孔或狭缝，对物光进行滤波。物光通过了空间滤波元件316之后，经过透镜317再被光强度传感器318所传感，而得到相应的光强度传感信号。最后经过运算处理单元33的演算，得到侦测位置的深度。
44.如图9所示，该图为本发明的利用本发明的光学照明装置所形成的面形彩色共焦系统示意图。在本实施例中，该系统3d包括有一光学照明装置2a、一物镜22a以及一深度侦测模块31c。该光学照明装置2a，其具有一光学模块20以及一第一光调制单元21a，该光学模块20用以产生多道具有一连续光谱且具有收敛角度的入射光90。本实施例中，该光学模块20为一科勒照明模块，其特性如前所述，在此不作赘述。该光学模块20更具有一偏光元件204用以将该多道入射光偏振化，形成具有一第一偏振态的入射光90a，并经由一第一分光元件205分光导引至该第一光调制单元21a。该第一光调制单元21a，具有多个光调制元件210b，每一光调制元件210b用以接收具有不同入射角度的入射光，并将其调制形成具有一发散角度范围的调制光。调制原理如前所述，在此不作赘述。
45.本实施例中的该第一光调制单元21a为一硅基液晶((liquid crystal on silicon,lcos)，其中每一个光调制元件对应有主动控制元件，例如cmos、反射电极以及液晶层的结构。lcos为本领域技术人员所熟知的元件，于此不作详述。本实施例中的第一光调制单元21a可以用来改变光的极性，因此当具有该第一偏振态的入射光90a投射至该第一光
调制单元21a后，该第一光调制单元21a对该入射光90a进行调制以形成一调制光90b，该调制光90b具有一第二偏振态，其中该第一偏振态与该第二偏振态相互正交。本实施例中，该第一偏振态为p偏振光(p-polarized light)，该第二偏振态为s偏振光(s-polarized light)。
46.调制光90b经由该分光元件导205引至筒状镜组206，筒状镜组206再将调制光90b导引至物镜30a。本实施例中，该物镜更包括有一四分之一波片300以及一色散物镜301，该四分之一波片300用以将该调制光90b调制成具有一第三偏振态的调制光90c。本实施例中，该第三偏振态为一圆偏振态。该色散物镜301接收具有该第三偏振态的调制光90c，以将该调制光90c色散成一色散光43，每一色散光43具有不同深度的子光场43a～43c，每一个子光场43a～43c具有不同波长，本实施例中，仅以三个子光场43a～43c来代表rgb三色，但并不以此数量为限制。该色散物镜301将该至少一道色散光43投射至一物体6上，每一色散光43对应该物体上的一侦测位置，每一色散光43经由该物体6上相应的侦测位置反射而形成该至少一测物光42a，该至少一测物光42a，具有该第三偏振态，并经过该色散物镜301后，再通过该四分之一波片300以形成具有该第一偏振态的测物光42b。
47.该深度侦测模块34更具有一第二光调制单元340、一光谱成像装置341以及分光元件342，该第二光调制单元340用以将具有该第一偏振态的测物光42b调制成具有该第二偏振态的测物光42c。在本实施例中，该第二光调制单元340为一硅基液晶(lcos)，其结构如前所述的第一光调制单元21a，在此不作赘述。具有该第二偏振态的测物光42c进一步通过分光元件342，再进入该光谱成像装置341。该光谱成像装置341用以解析该测物光的光谱，进而产生相应的光谱图像。经过运算处理单元33的演算之后，决定出每一个侦测位置的深度。由光谱解析出深度的方式属于现有技术，在此不作赘述。
48.请参阅图10a与图10b所示，该图为本发明的光学照明装置应用的一实施例与现有光学装置的光学效果比较说明示意图。图10a的光学装置为具有准直入射光源与dmd的阵列式的光调制单元21(以下简称dmd)组合的架构。为了方便说明，从dmd反射之后的反射光所经过的相关的光学元件予以省略，仅以一物镜22代表说明，本实施例中，物镜22为色散物镜。根据图10a所示的现有架构，入射到dmd的入射光i为一宽频光场，也就是包含有不同颜色光谱的光，为了方便说明仅以rgb三色光来说明。图10a的光场是准直的入射光i，也就是入射光并不具有收敛角度，亦即光场的边界是平行或几近平行。当入射光投射到dmd上时，经过适当的反射角度控制，dmd会反射入射光至物镜22，而投射到待测物上。通过在物镜22另一侧侦测通过物境22的光谱，会发现不连续光谱的问题，这是因为某些光谱，以图10a为例，红色光以及蓝色光因为反射与发散的角度之故，无法顺利被反射到物镜22上面。
49.当然，使用者可以加大物镜的数值光圈(na)，或者是将物镜移动到相当靠近dmd的位置解决这样的问题，然而增加物镜数值光圈，会有增加光学系统的体积以及成本上的问题，而将物镜移动到靠近dmd的位置则会影响到光学系统其他光学元件设置的问题，亦即压缩了反射光到物镜之间的空间，使得有些光学元件无法被设置在dmd与物镜之间。此外，在图10a的架构下，如果是单色光，虽然不会有光谱部连续的望提，但是经过dmd反射之后，反射光的光径相对于物镜的数值光圈来说很小，亦即大部分的光都反射到其他角度，只有部分比例的光进入到物镜22，影响的光使用的效率。
50.请参阅图10b所示，基本上光学架构和图10a相同，差异的是图10b中的入射光90为
具有收敛角度的宽频入射光，本实施例中的收敛角度为10度，但不以此为限制。入射光90投射至dmd之后反射到物镜22上，可以看出除了绿光g之外，部分的蓝光b以及红光r都会进入到物镜22内，增加的光谱连续的范围。光谱的范围损失越少，经过物镜分光之后，各色光所产生色散位置就越广，因此侦测到物体表面形貌的深度范围就越准确。
51.请参阅图11a与图11b所示，该图为本发明的光学照明装置应用的另一实施例与现有光学装置的光学效果比较说明示意图。图11a中为现有的光学架构，其光调制单元21a为lcos的调制装置(以下简称lcos)。因为使用lcos之故，所以在光路上设置了分光元件342。在图11a所示的入射光i和图10a相同，都是属于准直的宽频入射光i，因此经过了分光元件342分光导引至lcos，再经过反射穿透分光元件342进入到物镜的光谱特性，同样也会产生如图10a的光谱损失而造成的光谱不连续的问题。同样的如果是单色光也会有如图10a所述的反射光的光径相对于物镜的数值光圈来说很小，亦即大部分的光都反射到其他角度，只有部分比例的光进入到物镜22，影响的光使用的效率的问题。
52.因此，如图11b所示，在lcos的光学调制下，使用了本发明的具有收敛角度的宽频入射光90，本实施例中的收敛角度为10度，但不以此为限制。入射光90投射至lcos之后，经过了分光元件342反射到物镜22上，可以看出几乎所有的原入射光谱都会进入到物镜22内，维持原有光谱的范围。光谱的范围损失越少，经过物镜分光之后，各色光所产生色散位置就越广，因此侦测到物体表面形貌的深度范围就越准确。
53.通过本发明提供的光学照明装置，经由数字光调制元件接收具有不同入射角度的入射光，并将其反射形成具有一发散角度范围的调制光，使该多个光调制元件之间所产生的总体绕射效应不会破坏光谱的连续性，使得调制光的光谱图形接近于该连续光源的光谱图形，避免光谱失真以保持光谱完整性的效果，进而提升物体表面形貌检测的准确度。
54.以上所述，乃仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的较佳实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明专利申请范围文义相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。