[發(fā)明專利]大視場物體微觀表面三維形貌的測量系統(tǒng)及其測量方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710057416.7
• 申請日: 2007-05-22
• 公開（公告）號: CN101050949A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張紅霞;張以謨;井文才;賈大功;李曉靜
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 江鎮(zhèn)華

1.一種大視場物體微觀表面三維形貌的測量系統(tǒng)，包括有光源(1)，其特征在于，還設(shè)置有接收光源(1)的聚光系統(tǒng)(2)；在聚光系統(tǒng)(2)的輸出光的一側(cè)設(shè)置有第一分光鏡(3)；在第一分光鏡(3)的下側(cè)依次設(shè)置有顯微物鏡(4)、參考面(5)、第二分光鏡(6)、、被測面(7)、以及移動被測面(7)的精密位移平臺(8)；在第一分光鏡(3)的上側(cè)依次設(shè)置有鏡筒透鏡(10)、電荷耦合器件CCD(11)、圖像采集卡(12)和計算機(jī)(13)；第二分光鏡(6)，參考面(5)及顯微物鏡(4)分別與壓電陶瓷傳感器(9)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場物體微觀表面三維形貌的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的聚光系統(tǒng)(2)包括有：依次設(shè)置的第一聚光鏡(21)、第二聚光鏡(22)、濾光片(25)、孔徑光闌(26)、第三聚光鏡(23)、視場光闌(27)、以及第四聚光鏡(24)構(gòu)成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場物體微觀表面三維形貌的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的精密位移平臺(8)包括有：二維的步進(jìn)精密平臺和垂直方向上的手動位移平臺組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大視場物體微觀表面三維形貌的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的二維的步進(jìn)精密平臺由2個步進(jìn)電機(jī)(81)驅(qū)動控制。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大視場物體微觀表面三維形貌的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的垂直方向上的手動位移平臺是通過手動螺旋測微器(82)調(diào)節(jié)。

6.一種大視場物體微觀表面三維形貌的測量方法，其特征在于，包括有如下步驟：

1)將被測物放在載物臺上，精密位移平臺可帶動被測物在2維方向上進(jìn)行精密移動。

2)開啟設(shè)備并進(jìn)行調(diào)節(jié)，將光源發(fā)出的光束通過照明系統(tǒng)采取自準(zhǔn)直反射式方法均勻照明被測面和參考面；

3)對儀器進(jìn)行調(diào)焦，將被測面和參考面形成的穩(wěn)定的清晰的干涉條紋通過顯微干涉成像系統(tǒng)成像到電荷耦合器件上；

4)打開壓電陶瓷傳感器開關(guān)，選擇閉環(huán)控制方式，選擇壓電陶瓷傳感器量程的一半作為初始位置，再次進(jìn)行微調(diào)，使得此時干涉條紋對比度最佳；

5)根據(jù)光源波長和相移位相，確定每一步的相移量，在壓電陶瓷傳感器控制器的控制面板上輸入每一步的位移量，等壓電陶瓷傳感器移動穩(wěn)定后，進(jìn)行干涉圖的采集；

6)多幅干涉條紋圖采集完成后，先觀察一下條紋圖的變化趨勢，如果正確，就可以進(jìn)行下一步的操作。如果條紋圖中突然有干涉圖的移動方向的跳變或者消失，應(yīng)該重新進(jìn)行干涉條紋圖的采集，此步獲得的實(shí)驗數(shù)據(jù)作為一個位置處的相移干涉圖；

7)通過精密位移平臺對被測面進(jìn)行兩維方向的精密掃描，根據(jù)所需移動量，計算機(jī)控制精密位移平臺移動，等電控平移臺運(yùn)行穩(wěn)定后重復(fù)第5、6步驟，進(jìn)行另一位置的相移干涉圖的采集；

8)重復(fù)第7步驟，進(jìn)行2維方向各位置的干涉圖的采集；

9)把壓電陶瓷傳感器的控制方式改為開環(huán)電壓控制，調(diào)節(jié)電壓到0V，等壓電陶瓷傳感器回復(fù)穩(wěn)定以后，關(guān)閉電源開關(guān)。關(guān)閉儀器的光源開關(guān)，導(dǎo)出實(shí)驗數(shù)據(jù)；

10)將采集到的多幅相移干涉圖經(jīng)過圖像濾波，去噪，圖像拼接，相位提取算法，解包裹處理，得到微觀表面的三維形貌。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大視場物體微觀表面三維形貌的測量方法，其特征在于，所述的進(jìn)行儀器調(diào)焦包括：觀察計算機(jī)中采集到的圖像，確定干涉條紋的對比度。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大視場物體微觀表面三維形貌的測量方法，其特征在于，所述的由壓電陶瓷傳感器帶動顯微物鏡和參考面沿著光軸方向移動，包括打開壓電陶瓷傳感器控制器的開關(guān)，選擇閉環(huán)控制的位移傳感模式，并使這時的干涉條紋對比度最大。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大視場物體微觀表面三維形貌的測量方法，其特征在于，所述的開始另一位置的相移干涉圖的采集，包括把壓電陶瓷傳感器的閉環(huán)位移回復(fù)到5μm處，開始采集第1幅的干涉圖，然后按照第5步的要求和順序接著進(jìn)行相移干涉圖的采集。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大視場物體微觀表面三維形貌的測量方法，其特征在于，重復(fù)第7、8步驟還可以進(jìn)行另一個方向的拼接的實(shí)驗，獲得相移干涉圖。