[發明專利]基于彩色條紋信息處理的微結構測量系統及測量方法

無效

• 申請號: 201410027013.8
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103791853A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 郭彤;李峰;邊琰;陳津平;傅星;胡小唐
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種微結構測量系統。特別是涉及一種使用CCD彩色相機采集白光干涉條紋圖像的基于彩色條紋信息處理的微結構測量系統及測量方法。

背景技術

在微納制造領域，微納器件的表面形貌對系統的可靠性和質量影響顯著。例如，MEMS電容器兩平行極板的表面形貌會顯著影響電容器的電容值、電壓值、電場分布等機電特性，進而影響到MEMS電容器件的性能和成品率。此外，微納器件的表面形貌可以反映出加工過程中的工藝參數，是對加工過程進行監控、診斷的重要依據。因而，微結構表面形貌的精密測量具有重要意義。

在微納測試領域，白光干涉測量技術是一種重要的非接觸式測量方法。在測試過程中，該技術不構成對被測物體表面的損傷，還具有測量范圍大、測試精度高的優點。針對白光干涉信號處理的算法主要分為兩種：一種是通過分析白光干涉信號的光強分布，獲得被測物體的形貌，主要算法有重心法、多項式擬合法等；另一種是通過白光干涉信號的相位信息獲取物體的形貌，主要算法有傅立葉變換法、小波變換法等。

在采集白光干涉條紋的過程中，通常使用的是CCD黑白相機，而利用CCD彩色相機可使獲取的圖像信息由二維擴展為三維，即R、G、B三個通道的信息。E.等人利用3-CCD彩色相機獲取白光干涉圖像，但由于采集的干涉信號藍色波段光譜能量較弱，所以只使用了R、G兩個通道的信息分析得到被測物體的形貌；Suodong?Ma等人基于加窗傅里葉變換的方法，通過對3-CCD彩色相機采集的R、G、B三個通道的圖像進行分析，獲得了被測物體的形貌；相較于通過棱鏡分光實現彩色圖像獲取的3-CCD彩色相機，單CCD彩色相機通過拜爾（Bayer）濾波獲取彩色圖像的方法成本更為低廉，Zdeněk?Buchta等人基于實驗驗證了使用單CCD彩色相機采集白光干涉圖像，進而分析獲得物體三維形貌的可行性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可以有效的減小環境噪聲影響、提高測量精度的基于彩色條紋信息處理的微結構測量系統及測量方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于彩色條紋信息處理的微結構測量系統，包括有Zeiss光學顯微鏡，Zeiss光學顯微鏡的光源輸入端設置有鹵素燈，Zeiss光學顯微鏡的樣品掃描端設置有用于對樣品進行垂直掃描，并與計算機相連的掃描機構，Zeiss光學顯微鏡的信號采集端依次設置有CCD彩色相機和與CCD彩色相機相連的圖像采集卡，所述的圖像采集卡還連接計算機。

在所述的Zeiss光學顯微鏡與所述的鹵素燈之間設置有用于降低藍色波段以外波段的光透射率的白平衡濾光片。

在所述的掃描機構包括有與所述的Zeiss光學顯微鏡的樣品掃描端對應設置的物鏡納米定位器和與所述的物鏡納米定位器相連的壓電控制器，所述的壓電控制器通過RS232連接計算機，所述的物鏡納米定位器連接在Mirau型干涉物鏡上，所述的Mirau型干涉物鏡與設置在實驗臺上的樣品相對應設置。

本發明的用于基于彩色條紋信息處理的微結構測量系統的測量方法，包括如下步驟：

1）對CCD彩色相機采集的一組原始圖像進行拜爾反變換，得到真實的彩色圖像信息；

2）分別提取由步驟1）變換得到的彩色圖像任一像素點的R、G和B通道光強信息，進而得到不同掃描位置處R、G、B的光強值；

3）選擇Morlet小波作為小波變換的母小波，對步驟2）得到的R、G、B通道的光強值做一維連續小波變換，利用變換結果計算R、G、B通道的相位信息；

4）對步驟3）得到的R、G、B通道的相位信息，基于構造的評價函數初步確定零光程差的位置；

5）選取零光程差附近R、G、B通道的相位信息，對所述R、G、B通道的相位信息做最小二乘擬合得到零光程差位置最優估計值，即精確確定零光程差的位置；

6）利用步驟5）得到的零光程差位置最優估計值，得到步驟2）所述像素點對應的高度信息；

7）對步驟1）變換得到的彩色圖像的其它像素點分別作與步驟2）至步驟6）相同的處理，從而得到不同像素點對應的高度信息，最終得到物體的表面形貌。

步驟2）所述的任一像素點的R、G和B的光強值是由下式得到：