CN105043286A - 干涉测量中的扫描同步方法 - Google Patents

Abstract

公开了干涉测量中的扫描同步方法，包括：产生第一和第二振荡信号；产生第三振荡信号；使物体振荡；产生图像触发信号；施加图像触发信号。产生第一和第二振荡信号包括：产生具有用于使物体振荡的预定周期的第一振荡信号，并产生具有与第一振荡信号同步脉冲波形的第二振荡信号。产生第三振荡信号包括：产生第三振荡信号，其在第二振荡信号周期的每整数倍时被延迟预定相位。使物体振荡包括：通过第一振荡信号使物体振荡。产生图像触发信号包括：通过在被延迟的第三振荡信号的每个脉冲处对第三振荡信号采样来产生图像触发信号。施加图像触发信号包括：向图像获取器施加图像触发信号以便获取物体的图像。因此，当物体振荡时在不同相位处获取物体图像。

Description

干涉测量中的扫描同步方法

技术领域

本发明涉及干涉测量中的扫描同步方法，并且更具体地涉及用于准确地测量具有动态特性的物体的形状的干涉测量中的扫描同步方法。

背景技术

干涉仪是一种工具，其制造在光发射到要测量的物体的参考表面和表面上之后、由反射或透射的两束光所引起的干涉条纹，并且通过测量和分析干涉条纹来获取关于物体的表面形状的信息。

由于易于测量物体的形状，这样的干涉仪在工业领域中已经被广泛应用。近来，遍及整个工业领域的技术的快速发展带来了在半导体、微机电系统(MEMS)、平板显示器、光学元件等领域中的微加工，并且目前正在进入要求纳米级超精细加工技术的阶段。进一步，要处理的物体的形状也已经从简单的形式变成复杂的形式。因此，测量微形状已经变得越来越重要。

使用这种干涉仪，已经存在广泛使用的移相干涉测量(PSI)，其中通过移动与干涉图的一个波长内的适当驱动距离一样多的相位来获得参考相位并且转换成高度。干涉测量主要用于测量具有静止特性的物体的形状，即静止物体的形状。

顺便提及，如果在测量具有动态特性的物体的形状(例如以预定周期振荡的物体的形状)中使用典型的移相干涉测量，则存在准确地获取物体的图像的问题。因为物体和产生干涉条纹的测量头之间的距离是实时地依赖于物体的振荡而变化，所以即使移动与用于驱动测量头的距离一样多的相位，也不可能获得参考相位。

因此，频闪干涉测量通常用于测量具有动态特性的物体的形状。传统的频闪干涉测量主要控制从光源射出的光，以测量物体的形状。作为控制光的方法，存在以下方法：一种使用激光源的方法，该激光源发出以预定频率脉动的激光束来作为光源；一种使用光学快门以使光闪烁的方法；一种使用声光调制器(AOM)以使光闪烁的方法等等。

然而，问题在于：如果使用激光源，则增加了制造干涉仪的成本；如果使用光学快门，则反应速度变慢；以及如果使用AOM，则难以校准光并且光量下降。

发明内容

因此，对本发明进行构思以解决上述问题，并且本发明的一个方面为提供干涉测量中的扫描同步方法，其中产生触发信号，用于基于物体的振荡信号来获取物体的图像，从而使得可以测量具有动态属性的物体的形状，并且提高测量准确度。

根据本发明的实施例，提供有干涉测量中的扫描同步方法，其用于干涉仪，所述干涉仪包括：光源；测量头，其将从光源发出的光引导至物体和参考镜，以便可以通过从物体反射的光和来自参考镜的参考光来形成干涉条纹；图像获取器，其用于获取由测量头形成的干涉条纹的图像；以及振荡发生器，其使物体振荡。所述方法包括：产生具有用于使物体振荡的预定周期的第一振荡信号，并且产生具有与第一振荡信号同步的脉冲波形的第二振荡信号；产生第三振荡信号，其在第二振荡信号的周期的每整数倍时被延迟预定相位；通过第一振荡信号使物体振荡；通过在被延迟预定相位的第三振荡信号的每个脉冲处对第三振荡信号进行采样来产生图像触发信号；以及向获取器施加图像触发信号，以便获取物体的图像，其中当物体振荡时，在不同相位处获取物体的图像。

根据本发明的另一个实施例，提供有干涉测量中的扫描同步方法，其用于干涉仪，所述干涉仪包括：光源；测量头，其将从光源发出的光引导至物体和参考镜，以便可以通过从物体反射的光和来自参考镜的参考光来形成干涉条纹；以及图像获取器，其用于获取由测量头形成的干涉条纹的图像。所述方法包括：产生以预定周期振荡的物体的第一振荡信号，并且产生具有与第一振荡信号同步的脉冲波形的第二振荡信号；产生第三振荡信号，其在第二振荡信号的周期的每整数倍时被延迟预定相位；通过在被延迟预定相位的第三振荡信号的每个脉冲处，对第三振荡信号进行采样来产生图像触发信号；以及向图像获取器施加图像触发信号，以便获取物体的图像，其中当物体振荡时，在不同相位处获取物体的图像。

干涉测量中的扫描同步方法可以进一步包括：在产生图像触发信号之前产生具有上升时间的切换触发信号，所述上升时间早于被延迟预定相位的第三振荡信号的脉冲的上升时间，其中，在通过切换触发信号对第三振荡信号进行采样时，产生所述图像触发信号。

在产生第三振荡信号中被延迟的相位可以包括第二振荡信号的周期的1/4。

附图说明

结合附图，从示例性实施例的以下描述中，本发明的上述和/或其它方面将变得清楚和更易于理解，在附图中：

图1是示意性示出用于根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法的干涉仪的示图；

图2是示意性示出用于根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法的系统的示图；

图3是说明根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法的示图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来描述根据本发明的干涉测量中的扫描同步方法的示例性实施例。

图1是示意性示出用于根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法的干涉仪的示图，图2是示意性示出用于根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法的系统的示图，以及图3是说明根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法的示图。

参考图1，用于根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法的干涉仪10包括光源11、测量头12、图像获取器14以及振荡发生器15。

光源11可以包括用于产生白光的白光源或者用于产生单色光的单色光源。例如，卤钨灯、发光二极管(LED)等可以用作白光源，并且二极管激光器等可以用作单色光源。

测量头12将光从光源引导至物体1和参考镜23，并且基于从物体1反射的光和来自参考镜23的参考光而产生干涉条纹。根据本实施例，测量头12包括聚光透镜21、分束器22和参考镜23。

参考图1，聚光透镜21将光汇聚到物体1，以便从光源11发出的光可以穿过聚光透镜21射向分束器22。

分束器22反射或者透射穿过聚光透镜21的光。从分束器22反射的光射向参考镜23，而透射过分束器22的光射向物体1并且然后再次被物体1反射。

参考镜23要使参考光具有与从物体1反射的光不同的光路径。参考镜23布置在聚光透镜21与分束器22之间，并且将从分束器22反射的入射光返回到分束器22。

从物体1反射的光和由参考镜23所产生的参考光形成干涉条纹，并且由图像获取器14检测干涉条纹。

测量头驱动器13驱动测量头12，以移动靠近或远离物体1。

图像获取器14获取由测量头12形成的干涉条纹的图像，并且布置在物体1的上方。

通常，图像获取器14采用电荷耦合装置(CCD)摄像机，其具有适合于要测量的面积的像素的数目。进一步，聚光透镜25可以布置在图像获取器14的前面，并且汇聚从主分束器24来的干涉光。

振荡发生器15使物体1振荡。由振荡发生器15所产生的、并且具有预定周期的第一振荡信号121使物体1振荡，以便物体1可以具有动态属性。

在这个实施例中，反射型干涉仪作为干涉仪10的示例来进行描述，其中干涉仪10用于根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法，但是不限于上述。替代地，透射型干涉仪可以用作针对根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法的干涉仪。

下面，将描述使用前述的根据本发明的实施例的干涉测量中的干涉仪10的扫描同步方法。

参考图1至图3，根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法(其要准确地测量具有动态特性的物体的形状)包括以下步骤：产生第一振荡信号和第二振荡信号；产生第三振荡信号；使物体1振荡；产生切换触发信号；产生图像触发信号；以及施加图像触发信号。

在产生振荡信号的步骤中，产生第一振荡信号121和第二振荡信号122，其中，第一振荡信号121具有用于使物体1振荡的预定周期，第二振荡信号122具有与第一振荡信号121同步的脉冲波形。第一振荡信号121(其由振荡发生器15产生并且具有正弦波形)被施加到物体1，并且第二振荡信号122(其由振荡发生器15产生并且具有脉冲波形)通过相位延迟器114等转变成第三振荡信号。

在产生第三振荡信号的步骤中，产生第三振荡信号126，其在第二振荡信号122的周期的每整数倍时被延迟预定相位a。将被发送到相位延迟器114的第二振荡信号通过相位延迟器114转换成第三振荡信号126，并且将第三振荡信号126发送到开关112和控制器113。图3图示了产生第三振荡信号的示例，第三振荡信号126在每两个第二振荡信号122的周期时被延迟预定相位。可选地，第三振荡信号可以在第二振荡信号122的每三个周期、每四个周期等时被延迟。

在产生第三振荡信号的步骤中，延迟的相位a可以是第二振荡信号122的周期的1/4。亦即，第三振荡信号126可以在第二振荡信号122的周期的每整数倍时被延迟π/2。另外，在产生第三振荡信号的步骤中延迟的相位a可以包括π/3、π/4等。

在使物体1振荡的步骤中，第一振荡信号121用于使物体1振荡。由振荡发生器15所产生的、并且具有预定周期的第一振荡信号121被传送到物体1，以便物体1可以以与第一振荡信号121的周期相同的周期而振荡。

在产生切换触发信号的步骤中，产生切换触发信号123以具有上升时间t2，其早于被延迟预定相位a的第三振荡信号126的脉冲126a的上升时间t1。

控制器113可以对第三振荡信号126的脉冲进行计数，并且基于关于第三振荡信号126的上升沿和下降沿的信息，在被延迟预定相位a的第三振荡信号126的每个脉冲126a处产生切换触发信号123。图3图示的示例为：在被延迟π/2的第三振荡信号126的每个脉冲126a处，产生切换触发信号123。

此时，控制器113产生切换触发信号123，该切换触发信号123的上升时间t2早于第三振荡信号126的上升时间t1。控制器113基于关于在控制器113中接收的第三振荡信号126的上升沿和下降沿的信息而产生切换触发信号123，以便切换触发信号123的上升时间t2可以早于被延迟预定相位a的第三振荡信号126的脉冲126a的上升时间t1。

在产生图像触发信号的步骤中，通过在延迟预定相位a的第三振荡信号126的每个脉冲126a处，对第三振荡信号126进行采样来产生图像触发信号124。

在控制器113中所产生的切换触发信号123被发送到开关112，由此控制开关112被接通和断开。同时，被发送到开关112的第三振荡信号126由切换触发信号123进行采样，以便可以产生图像触发信号124。因为在被延迟预定相位a的第三振荡信号126的每个脉冲126a处产生切换触发信号123，所以也可以在被延迟预定相位a的第三振荡信号126的每个脉冲126a处产生图像触发信号124。图3图示的示例为：与切换触发信号123一样，在被延迟π/2的第三振荡信号126的每个脉冲126a处产生图像触发信号124。

为了在期望的相位上没有任何延迟地获取振荡物体1的图像，被延迟预定相位a的第三振荡信号126的脉冲126a的上升时间t1可能不得不与图像触发信号124的上升时间t3一致。如果在产生切换触发信号的步骤中产生切换触发信号123，以便切换触发信号123的上升时间t2可以与第三振荡信号126的被延迟的脉冲126a的上升时间t1一致，那么可以在产生图像触发信号124的同时，由于开关112的响应速度，与第三振荡信号126的被延迟的脉冲126a相比，图像触发信号124被延迟得更多。

因此，生成切换触发信号123，以具有比第三振荡信号126的上升时间t1更早的上升时间t2，并且因此生成图像触发信号124，以具有与第三振荡信号126的被延迟的脉冲126a的上升时间t1一致的上升时间t3，而没有任何延迟。

在施加图像触发信号的步骤中，向图像获取器14施加生成的图像触发信号124。每次当向图像获取器14施加图像触发信号124时，图像获取器14获取物体1的图像。

如果使用由前述的第三振荡信号126产生的图像触发信号124来获取图像，则在振荡物体1的不同相位处获取物体1的图像。亦即，分别在当振荡物体1具有0、π/2、π和3π/2相位时的时间点处获取物体1的图像。

如此，如果在振荡物体1的不同相位处获取物体1的图像，则即使当测量头12停止并且不移动时，也可以获得关于光强度的4个方程。通过求解由桶算法获得的关于光强度的4个方程，可以在物体1的每个位置处计算参考相位，并且因此测量物体1的形状。

图3是示出测量头12的位置变化的示图。如图所示，在测量头12停止移动的状态下，在物体1的不同相位处获取物体1的图像，并且因此可以计算在物体1的每个位置处的参考相位。

使用上述根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法，可以测量具有动态特性的物体的形状，并且提高测量准确度。

进一步，上述根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法在物体的不同相位处获取振荡物体的图像，并且在测量物体的形状中采用所获取的图像，由于不需要用于使测量头移动的驱动器，从而具有了简化干涉仪的结构的效果。

另外，上述根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法产生切换触发信号，所述切换触发信号具有的上升时间早于第三振荡信号的上升时间，从而在没有任何延迟的情况下具有在期望的相位处准确地获取物体的图像的效果。

顺便提及，根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法不仅可以应用于将要被振荡的物体1，而且可以应用于正在振荡的物体1。

通过接收正在振荡的物体1的振荡图案，可以产生正在以一定的周期振荡的物体1的第一振荡信号121。进一步，振荡发生器15可以产生第二振荡信号122，其具有与第一振荡信号121同步的脉冲波形。

使用如上所产生的第一振荡信号121和第二振荡信号122，可以依次执行以下步骤：产生第三振荡信号；产生切换触发信号；产生图像触发信号；以及施加图像触发信号。

根据本发明的实施例，干涉测量中的扫描同步方法可以测量具有动态特性的物体的形状，并且提高测量准确度。

进一步，因为不需要用于使测量头移动的驱动器，所以根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法可以简化干涉仪的结构。

另外，根据本发明的实施例的干涉测量中的扫描同步方法可以准确地获取物体在期望的相位处的图像，而没有任何延迟。

尽管已经示出和描述了本发明的几个示例性实施例，本领域的技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行改变，本发明的范围在所附的权利要求及其等效内容中进行了限定。

Claims (4)

1.一种干涉测量中的扫描同步方法，其用于干涉仪，所述干涉仪包括：光源；测量头，其将从所述光源发出的光引导至物体和参考镜，以便可以通过从所述物体反射的光和来自于所述参考镜的参考光来形成干涉条纹；图像获取器，其获取由所述测量头形成的干涉条纹的图像；以及振荡发生器，其使所述物体振荡，所述方法包括：

产生具有用于使所述物体振荡的预定周期的第一振荡信号，并且产生具有与所述第一振荡信号同步的脉冲波形的第二振荡信号；

产生第三振荡信号，其在所述第二振荡信号的周期的每整数倍时被延迟预定相位；

通过所述第一振荡信号使所述物体振荡；

通过在被延迟预定相位的所述第三振荡信号的每个脉冲处对所述第三振荡信号进行采样来产生图像触发信号；以及

向所述图像获取器施加所述图像触发信号，以便获取所述物体的图像，

其中，当所述物体振荡时，在不同相位处获取所述物体的图像。

2.一种干涉测量中的扫描同步方法，其用于干涉仪，所述干涉仪包括：光源；测量头，其将从所述光源发出的光引导至物体和参考镜，以便可以通过从所述物体反射的光和来自于所述参考镜的参考光来形成干涉条纹；以及图像获取器，其获取由所述测量头形成的干涉条纹的图像，所述方法包括：

产生以预定周期振荡的所述物体的第一振荡信号，并且产生具有与所述第一振荡信号同步的脉冲波形的第二振荡信号；

产生第三振荡信号，其在所述第二振荡信号的周期的每整数倍时被延迟预定相位；

通过在被延迟预定相位的所述第三振荡信号的每个脉冲处对所述第三振荡信号进行采样来产生图像触发信号；以及

向所述图像获取器施加所述图像触发信号，以便获取所述物体的图像，

其中，当所述物体振荡时，在不同相位处获取所述物体的图像。

3.根据权利要求1或2所述的干涉测量中的扫描同步方法，进一步包括：在产生所述图像触发信号之前产生切换触发信号，所述切换触发信号具有的上升时间早于被延迟预定相位的所述第三振荡信号的脉冲的上升时间，

其中，当通过所述切换触发信号对所述第三振荡信号进行采样时，产生所述图像触发信号。

4.根据权利要求1或2所述的干涉测量中的扫描同步方法，其中，在产生所述第三振荡信号中被延迟的相位包括所述第二振荡信号的周期的1/4。