CN107014310A - 多波长干涉测量中提高pzt相移调制起点对齐精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，在PZT实现相移的多波长干涉测量中，由于PZT的非线性和迟滞性而带来的各波长测量起点位置不一致的问题，需要对相移起点位置进行对齐，现有方法起点对齐精度的不高，影响测量结果。本发明在粗对齐的基础上，寻找同时满足三种条件的零级干涉条纹点：单波长初相位很小、近波长相位差很小、远波长相位差很小。根据找到的零级干涉条纹上的点，利用算法对各波长粗对齐的初相位进行进一步精对齐，实现各波长相移起点位置高精度对齐，从而提高测量精度。解决了在多波长干涉测量过程中由于初相位对齐精度不高而带来的测量误差，极大地提高了后续测量结果的精度和可靠性。

Description

多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法
技术领域
本发明属于多波长干涉测量技术领域，尤其涉及一种在多波长轮换的PZT相移调制干涉测量中，提高各波长在相移起点位置对齐精度的方法。
背景技术
在测量物体表面形貌的方法中，显微干涉测量一直是热门方法之一。在对比了单波长干涉测量结果和多波长干涉测量结果之后，发现多波长干涉测量结果不仅能扩大测量深度范围，而且利用多波长干涉测量结果还可以校正单波长的测量结果，从而减小测量误差。
在运用多波长干涉测量方法的时候，目前应用最广泛的是用PZT实现相移调制，但由于PZT的驱动非线性以及惯性大的特点，导致不同波长轮换时，PZT相移调制起点位置很难保证一致，从而影响测量的准确性。因而需要找到一种对齐方法使各测量波长在相同起点位置开始驱动相移。
有些学者利用位置计量系统进行位置反馈，这种方法能一定程度上保证起点位置的对齐，但对齐精度受计量系统的精度影响。还有学者采用“弓”字型路径的驱动PZT，通过对PZT施加小步距的反向驱动电压，以克服PZT向前驱动的惯性，并在不同波长之间轮换时，使上一种波长的驱动终止位置为下一种波长驱动的起始位置，保证波长轮换时衔接点位置重合，这类方法在一定程度上能减小起点对齐误差，但受计算方法的影响，对齐后的初相位仍存在不可忽视的误差。现有的对齐方法能消除整数倍波长误差的影响，但最终测量精度受初相位对齐精度的影响。
针对现有PZT驱动的多波长干涉测量不同波长起点位置高精度对齐的问题，急需要提出相应的方法来实现。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多波长干涉测量中PZT相移调制起点高精度对齐方法，利用粗对齐后不同波长的初相位存在对齐误差，寻找满足零级干涉条纹的点，将不同波长的相移起点通过软件算法实现对齐。其目的在于提高不同波长相位调制起点一致性，从而提高测量精度的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用PZT实现相移，得到λ1，λ2，λ3三种波长干涉图样；
步骤2：根据干涉图样得到各个波长粗对齐的初相位 计算近波长相位差远波长相位差其中x,y表示干涉图样中像素点的横纵坐标值；
步骤3：根据单波长相位差近波长相位差远波长相位差制定零级干涉条纹的相位判断条件，找出满足条件的所有点；
步骤4：根据满足零级干涉条纹所有点的相位，将λ2，λ3对应的初相位相对λ1的初相位进行对齐，使得三种波长的相移起点位置一致；
步骤5：根据对齐后的相位值进行表面形貌高度计算。
本发明的技术效果是：一种多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，适用于在多波长干涉测量中不同波长的初相位进行了粗对齐的情况，减小了因初相位对齐不一致问题所带来的后续恢复形貌信息所带来的误差，提高了多波长干涉测量的精度，且此方法与其它方法相比较，具有更高的对齐精度，能有效提高形貌测量精度和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图；
图2是本发明实施例中PZT驱动方式对齐过程示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1，本发明提供的一种多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，包括以下步骤：
步骤1：利用PZT实现相移，得到λ1，λ2，λ3三种波长干涉图样；
本实施例中，PZT实现相移的驱动方式可以是“弓”字型路径，也可以是其它方式。
步骤2：根据干涉图样得到各个波长粗对齐的初相位 计算近波长相位差远波长相位差相位差均取绝对值；其中x,y表示干涉图样中像素点的横纵坐标值；
本实施例中，得到各个波长粗对齐的初相位方法可以是一般方法，但要求粗对齐后的初相位相比不能超过π(半波长的相位)。
步骤3：根据单波长相位差近波长相位差远波长相位差制定零级干涉条纹的相位判断条件，找出满足条件的所有点；
本实施例中，零级干涉条纹是指在如下的被测形貌高度h(x,y)表达式中：
将高度分h1(x,y)和h0(x,y)两部分，分别对应波长的mi级数倍和零级干涉条纹的高度，经过粗对齐后能够保证mi的准确性；
对于零级干涉，其级次mi＝0，相应的作为λi的零干涉条纹分量，具有如下关系：
通过相位差大小的判断计算寻找零级干涉条纹上点的条件是：单波长相位差相位差很小的点，两个近波长相位差很小的点，两个远波长相位差也很小的点，且三个条件同时满足。
即：
对于确定的波长λ1，λ2，λ3，相位差很小的限制条件ε1，ε2，ε3可以取明确的算术值。
本实施例中，ε1，ε2，ε3值为：
如果λ1<λ2<λ3,且λ2-λ1<λ3-λ2，则λ3与λ1的组合波长称为远波长，λ2与λ1的组合波长称为近波长。
步骤4：根据满足零级干涉条纹所有点的相位，将λ2，λ3对应的初相位相对λ1的初相位进行对齐，使得三种波长的相移起点位置一致；
请见图2，假设找到M个满足上述三个条件的点，他们的初相位为 k＝1,2,…M，M为满足三条件的所有点个数。根据找到的这些零件干涉条纹上的点，将三个波长的相移起点位置进行对齐处理，计算公式如下：
其中：
步骤5：根据对齐后的相位值进行表面形貌高度计算。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用PZT实现相移，得到λ1，λ2，λ3三种波长干涉图样；
步骤2：根据干涉图样得到各个波长粗对齐的初相位 计算近波长相位差远波长相位差其中x,y表示干涉图样中像素点的横纵坐标值；
步骤3：根据单波长相位差近波长相位差远波长相位差制定零级干涉条纹的相位判断条件，找出满足条件的所有点；
步骤4：根据满足零级干涉条纹所有点的相位，将λ2，λ3对应的初相位相对λ1的初相位进行对齐，使得三种波长的相移起点位置一致；
步骤5：根据对齐后的相位值进行表面形貌高度计算。
2.根据权利要求1所述的多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，其特征在于：步骤1中所述利用PZT实现相移，实现相移的驱动方式包括“弓”字型路径。
3.根据权利要求1所述的多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，其特征在于：步骤2中，粗对齐后的初相位相比不能超过半波长的相位π。
4.根据权利要求1所述的多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，其特征在于，步骤3中所述零级干涉条纹是指在如下的被测形貌高度h(x,y)表达式中：
将高度h(x,y)分h1(x,y)和h0(x,y)两部分，分别对应波长的mi级数倍和零级干涉条纹的高度，经过粗对齐后能够保证mi的准确性；
对于零级干涉，其级次mi＝0，相应的作为λi的零干涉条纹分量，具有如下关系：
5.根据权利要求1或4所述的多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，其特征在于，步骤3中所述零级干涉条纹的相位判断条件是：单波长相位差相位差很小的点，两个近波长相位差很小的点，两个远波长相位差也很小的点，且三个条件同时满足；对于确定的波长λ1，λ2，λ3，相位差很小的限制条件取明确的算术值。
6.根据权利要求5所述的多波长干涉测量中提高PZT相移调制起点对齐精度的方法，其特征在于：如果λ1<λ2<λ3，且λ2-λ1<λ3-λ2，则λ3与λ1的组合波长称为远波长，λ2与λ1的组合波长称为近波长。
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