探針懸臂撓曲感測模組

縮小化探針懸臂撓曲感測模組，採用了目前已大量生產之 CD/DVD 讀寫頭，所使 用的光碟機讀取頭型號為 TOP1100S , TopRay Technologies，如圖 3.1.14 所示。

圖 3.1.19 光碟機讀取頭

依論文中所使用的功能，光碟機讀取頭大至上的結構可以區分成：雷射光源系統、

光電感應積體電路（opto-electric integrated circuit, OEIC）

雷射光源系統：TOP1100S 型可供使用的雷射光源總共有兩種，分別為供 DVD 使 用的波長 655 nm 與供 CD 使用的波長 790 nm，兩者皆供可使用，在論文中使用 DVD 光源作為偵測微懸臂撓曲之用。

光電感應積體電路(OEIC)：光電感應積體電路的基本原理是將雷射光訊號轉換為電 壓訊號，再經由量測電壓訊號的變化得知光訊號的改變。雷射光透過物鏡聚焦於反射物 表面，其反射回來的雷射光經由分光鏡反射聚焦在光碟讀取頭內建的 OEIC 上，如圖 3.1.20 所示。此光電感測器被分成 A-F 等六個區塊，其中 E 與 F 的區塊只有在使用於讀

取 CD 時，用來輔助尋軌。A-D 的部份則是使用於 CD 或 DVD 真正有焦點變化所用的 區塊，因此在本論文中使用的區塊為 A-D。

雷射光之路徑如圖 3.1.20 所示，LD 產生出的雷射光束經由光柵產生繞射後經過偏 極分光鏡（polarization beam splitter），透過雙物鏡後聚焦於反射物表面上，反射後的雷 射光束經由偏極分光鏡反射投影到 OEIC 上，當反射物與與物鏡之間距離有所變化，

OEIC 上光訊號也會有所改變，藉此可偵測物鏡到反射物表面的距離。

圖 3.1.20 光碟讀取頭雷射光路結構圖

在實際使用的時候，A-D 四個區塊會因為所受到反射雷射光投射的大小與強度不 同，而分別輸出四組不同的電壓訊號。由於物鏡與反射物表面距離的改變，而使投影到 OEIC 上的形狀受到雷射光像散的特性影響。如圖 3.1.21 所示，雷射光經由透鏡折射後，

因為折射角度的不同，由（a）區域至（b）區域之間的光點形狀會從橢圓變化成圓形，

在此我們定義聚焦雷射光點形狀為圓形的地方為焦點，而由（b）區域至（c）區域雷射 光點形狀由圓形變成另一軸向橢圓。

此為前文所提過之光像散式偵測機制，在本論文中，反射物為探針微懸臂背面，探 針微懸臂背面通常鍍有一層高反射係數材質，如金或銀等材質，以供反射雷射光點。

圖 3.1.21 像散現象示意圖

圖 3.1.22 所示為探針懸臂撓曲感測模組與光路對正模組組合實體圖。此模組將會裝 於三維位移掃描平台上，以對定置樣品作掃描[42]。

壓電材料驅動 切換電路

光碟機讀取頭

光路對正 慣性馬達

圖 3.1.22 探針懸臂撓曲感測模組示意圖（俯視圖）

圖 3.1.23 所示為探針與物鏡對焦實體圖。探針經由光路對正模組移動後，其微懸臂 應置於物鏡下方雷射光點恰好聚焦處，此處為最佳感測位置。

圖 3.1.23 探針懸臂撓曲感測模組示意圖（仰視圖）

圖 3.1.24 所示為探針與物鏡對焦實體圖。由側視圖中可看出探針懸臂撓曲感測模組 其光路路徑，偵測懸臂於 Z 軸方向的形變。

圖 3.1.24 探針懸臂撓曲感測模組示意圖（側視圖）