一种白光干涉垂直扫描开环控制的方法
【专利摘要】本发明公开一种白光垂直扫描干涉开环控制来实现表面轮廓测量的方法，集成了无闭环控制的线性或者旋转编码器和其输出信号(编码值)的光程差驱动装置，它集成到一个白光垂直扫描干涉仪（WLSI）来产生计算表面高度差所需的一系列有序的干涉图谱。使用的光程差驱动装置，适用于任何一种能够集成线性或者旋转编码器和其输出信号（编码值）处理方法和技术作为扫描时间（高度）的微移动装置，白光垂直扫描干涉仪（WLSI）例如Mirau干涉仪和Michelson干涉仪的结构。为了克服开环控制系统非线性性和不恒定性，本发明提出了一个无闭环控制的线性或者旋转编码器和其输出信号的处理方法和技术来实现垂直扫描干涉所需的光程差驱动。
【专利说明】一种白光干涉垂直扫描开环控制的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及表面轮廓测量的光学干涉仪技术，尤其是一种白光垂直扫描干涉开环控制的方法进行光程差驱动来实现高精度表面轮廓测量。
【背景技术】
[0002]白光垂直扫描干涉方法和装置是一种进行表面轮廓测量的干涉仪技术，称为白光垂直扫描干涉轮廓仪(WLSI)。白光垂直扫描干涉技术是使用白光的同调性差的特性来实现有限区间的表面干涉来进行表面高度差测量，是国际上公认的快速灵活的三维微观形貌检测手段。它在当今世界先进制造业最前沿的半导体纳米制程工艺、微电子机械系统、纳米复合材料、生物工程技术、通信技术、绿色能源中的太阳能和LED技术、超精密机械加工中的航空、航天、汽车、光学零件等等，有着广泛的应用。
[0003]光学干涉轮廓仪是由光学干涉相位(PSI)和白光干涉垂直扫描(WLSI)进行相关的干涉图像取样和分析计算得到表面轮廓的技术和装置。光学相位法干涉仪(PSI)被证明是一个非常有效的高精度表面形貌测量方法。光学相位干涉仪是通过与被测物体直接相关的光干涉图谱(干涉条纹)的相位分析来获得相关的表面高度测量。尽管光学相位差干涉仪(PSI)的测量精度能够达到I个纳米以下，它的主要缺陷是其测量时导致干涉的相位变化不能超过波长的1/4。这个缺陷就限制了光学相位变化干涉仪(PSI)只能测量表面形貌高度变化在几个微米之内。白光干涉扫描轮廓仪(WLSI)，又被称为垂直扫描干涉仪，是一种使用白光的同调性差的特性来实现有限区间的表面干涉来进行表面高度差测量的技术。白光垂直扫描干涉原理克服了光学相位法干涉仪(PSI)测量表面高度差的限制。白光垂直扫描干涉方法是在1990年首先由Davisdon发展的。与相位差干涉方法(PSI)通过干涉相位计算取得表面高度不同，白光垂直扫描干涉仪(WLSI)是针对相应的装置在垂直扫描过程中白光干涉只发生在有限的区间的特点通过干涉强度变化与时间的特征来测量表面高度差的。
[0004]为了找出同一表面位置在不同垂直扫描时间(高度)时干涉图谱的强度并求出其中最高峰值(Peak value)，白光垂直扫描干涉仪(WLSI)通过垂直扫描来改变被测表面与干涉仪的参照面之间的光程差(OPD)取得一系列相对应的干涉图谱强度。使用宽频光源或者白光光源，白光干涉只发生在光程差相近之处并且干涉强度信号明显。产生的干涉图谱其光强在光程差OPD=O的时候最大，并随着OPD的增加而迅速降低。相应的干涉图谱在光程差OPD大于光学干涉长度时完全消失了。
[0005]一个随时间变化的光强信号分布在光学干涉显微系统图像记录装置中任何一点都可由下面的公式来表达，
[0006]
【权利要求】
1.一种白光干涉垂直扫描开环控制的方法，其特征在于: 提供适用于光学扫描干涉的干涉轮廓仪，来提供光学扫描干涉系统的光程差及使用开环控制系统驱动装置的方法和技术来实现干涉； 白光垂直扫描干涉仪进行表面高度差测量通过下面的步骤来实现: (I )、通过光程差驱动装置，获取在不同的光程差时对应的有序干涉图谱，
2.如权利要求1所述的白光干涉垂直扫描开环控制的方法，其特征在于:适用于任何一种由动力或者马达驱动，带有或者没有变速齿轮结构，能够集成线性或者旋转编码器和其输出信号或编码值的处理方法和技术作为对应扫描时间或高度的微移动装置。
3.如权利要求2所述的白光干涉垂直扫描开环控制的方法，其特征在于:适用Mirau干涉仪和Michelson干涉仪的结构和装置。
【文档编号】G01B11/24GK103697832SQ201310746418
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】夏勇 申请人:镇江超纳仪器有限公司（中外合资）