[發明專利]利用波長作相移獲取表面三維形貌的方法

有效

• 申請號: 201010103102.8
• 申請日: 2010-02-01
• 公開（公告）號: CN101788275A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 張紅霞;石鳳;賈大功;胡百泉;張以謨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

【技術領域】：本發明屬于先進光學制造與檢測技術領域，特別涉及一種用于表面三 維形貌測量的方法。

【背景技術】：微表面形貌主要是由機械加工、化學加工、噴鍍涂層等工藝過程形成 的。隨著微細加工技術的發展逐步豐富和精細，微電路、微光學元件、微機械以及其它各 種微結構不斷出現，對于微表面三維形貌測量系統的精度要求越來越高。

微表面三維形貌的測量方法可分為光學方法和非光學方法。非光學方法主要包括機械 探針式，掃描電子顯微鏡，掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡這四種方法。其中機械探針式 測量是接觸測量，易損傷被側面。其它三種測量方法都是一種點掃描測量方式，在對整個 面形測量時，需要對大量測試點進行測試，花費時間比較多。光學方法主要有利用光波干 涉原理的干涉顯微測量法。

利用光波干涉原理獲取微表面的三維形貌主要分為兩步：1.通過相移干涉測量法提取 相位，此時的相位值被截斷在反正切函數的主值范圍之內，其值域在與之間。2.為 了獲得真實的相位分布，需要對這些被截斷的相位進行解包裹處理。

傳統相移干涉測量方法采用定步長標準相移算法，即每步的相移量均為特定的特殊值 (多為2π/K)。一些研究者將其推廣到等步長相移算法，即相移量不一定取2π/K這種特 殊值，但每步相移量仍需嚴格相等。這兩種算法對相移器的要求都特別苛刻。實踐中由于 各種因素，相移器的實際相移量和其標稱值或多或少都存在一定的偏差，而且這種偏差往 往是難以預測和控制的，它會給測量結果帶來誤差。為避開實際相移器的相移量難以精確 確定這個難題，研究者們提出了一系列未知相移量抽取算法。這種方法雖然減小了相移器 帶來的誤差，但是也要先提取相位，然后對被截斷的相位做解包裹處理，才能得到真實的 相位分布，操作過程繁瑣。

【發明內容】：本發明目的是解決傳統微表面三維形貌測量方法需要進行相位提取和 解包裹的問題，提供一種利用波長作相移獲取表面三維形貌的方法。該方法將上述兩個過 程合并為一個，既可以解決相移器的實際相移量難以精確確定的難題，又不需要對相位值 解包裹，而是直接得到真實的相位分布。

本發明提供的利用波長作相移獲取表面三維形貌的方法包括：

第1、使用兩種不同波長的光源分別采集兩幅待測物表面形貌的干涉圖；

第2、通過兩幅干涉圖求出平均光強I₀

將干涉圖中行像素的個數記為M，列像素的個數記為N，則M×N為一幅干涉圖上的 總像素數，平均光強就是所有像素點上光強值的和與總像素數(M×N)的商，表達式如 下：

Iavr=1M×NΣi=1MΣj=1NI(i,j)---(8)]]>

平均光強I₀取兩幅干涉圖平均光強的平均值，即

I₀＝(I_avr1+I_avr2)/2????????????(9)

I_avr1是第一幅干涉圖的平均光強，I_avr2是第二幅干涉圖的平均光強；

第3、使用相位提取算法獲得第一幅干涉圖中(1，1)點的真實相位值，具體算法如下：

第3-1、首先估計相位φ大致區間的范圍，