探針光路對正模組

上文中提到，為使探針懸臂能夠移至正確位置以反射雷射光點（直徑約 0.4µm），

本論文設計一精密致動裝置，光路對正模組，用以移動探針至最佳感測位置。

光路對正模組以使用壓電材料之慣性馬達構成，如圖 3.1.10 所示，有三自由度方向，

二為平移，另一為旋轉，可移動探針於前後左右與上下的方向，用以對正光路，使雷射 光點能夠正確投射至探針懸臂背面上。

圖 3.1.10 慣性馬達 3D 模型圖

圖 3.1.11 所示為持針頭於 Z 軸上下移動原理示意圖，此方向移動，主要為調整探針 反射雷射光點訊號在 Z 軸的高度，此方向決定了探針在 S-curve 線性區域中工作點。

圖 3.1.11 慣性馬達 Z 軸平移示意操作圖

Z 軸平移：圖 3.1.11（a）當對壓電材料施加一連續鋸齒波形電壓，驅動其以較緩速 率伸長，快速縮短，則持針頭與壓電材料即可向－Z 行走一微小位移。

反之，如圖 3.1.11（b）當對壓電材料施加一連續鋸齒波形電壓使其快速伸長，較緩 速率縮短，則持針頭與壓電材料向＋Z 行走一微小位移。

圖 3.1.12 慣性馬達 Z 軸平移實體圖（側視圖）

圖 3.1.13 所示為持針頭於 X 軸向前後移動原理示意圖，此方向移動，主要為調整雷 射光點投射在懸臂位置上時，靠近針尖或是懸臂固定端處。如果雷射光點愈靠近針尖，

由於懸臂振動時，針尖振幅為最大，因此訊號會愈來的敏感與清晰。

圖 3.1.13 慣性馬達平移示意圖

平移：圖 3.1.13（a）當對 A、B 壓電材料同時施加一連續鋸齒波形電壓，驅動 A、

B 同時以較緩速率伸長，快速縮短，則持針頭與壓電材料即可向+X 行走一微小位移。

反之，如圖 3.1.13（b）當對 A、B 同時施加一連續鋸齒波形電壓使 A、B 同時快速 伸長，較緩速率縮短，則持針頭與壓電材料向-X 行走一微小位移。

探針

材料以較緩速率縮短，快速伸長﹔B 壓電材料以較緩速率伸長，快速縮短，則持針頭在 順時針方向旋轉一微小 θ 角度。

反之，如圖 3.1.15（b）當對 A、B 壓電材料分別施加不同鋸齒波形電壓，使 A 壓 電材料，較緩速率伸長，快速縮短﹔B 壓電材料較緩速率縮短，快速伸長，則持針頭在 逆時針方向旋轉一微小 θ 角度。

圖 3.1.16 慣性馬達實體圖 （前視圖）

在驅動慣性馬達進行平移旋轉等動作時，需特別注意壓電材料必須同時做動才有效 果，若是兩者之間有時間差的話，則慣性馬達無法發生作用，輕則做動情況不如預期，

重則無法移動。由之前所述可知，平移所需驅動電壓，A、B 壓電材料為一致。但是使 探針頭旋轉之驅動電壓，A、B 壓電材料則恰好相反。若是以兩組電壓訊號驅動，則考 慮到電腦運算或是硬體之間的時間誤差，則未必可恰好同時以相反方向的電壓驅動。所 以最好的方法是可以一組控制訊號，同時驅動 A、B 壓電材料。

因此，論文中設計如圖 3.1.18 所示特殊的電路接法，搭配以電路切換，即可以一組 控制訊號達到我們所想的做動效果。當探針頭需要旋轉時，壓電材料可以同時間以相反 的電壓訊號驅動，而需要平移時，只要切換電路開關，更改為並聯模式，則壓電材料同 時以相同電壓訊號驅動。

圖 3.1.17 慣性馬達驅動電路（整體+X 平移）

圖 3.1.18 慣性馬達驅動電路（持針頭順時針旋轉）

圖 3.1.17 所示為慣性馬達運作實際電路圖。輸入訊號經運算放大器用以驅動壓電材 料， A、B 壓電材料並聯，如此可同時以同波形電壓驅動，使慣性馬達平移。

圖 3.1.18 所示則為持針頭旋轉，壓電材料連接電路圖。將 A、B 壓電材料串聯，再 利用正負 30V 固定電壓，可使 A、B 壓電材料，恰好同時以不同方向波形電壓驅動，達 到持針頭旋轉之目的。