CN108871206A - 表面测量方法以及表面量测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面测量方法以及表面量测装置。该表面测量方法，包括如下步骤：提供待量测表面；获取并水平放大所述待量测表面的局部区域的干涉条纹；根据水平放大的所述待量测表面的局部区域的干涉条纹获取所述待量测表面的表面高度。在上述表面测量方法中，在不改变表面量测装置的光源的频率及量测机构的前提下，采用测量局部区域的方式来体现整体，测量点的数目能满足局部区域的奈氏频率(Nyquist Frequency)的要求，从而能真实准确的反应出表面高度变化较大的表面的表面特性。因此上述表面测量方法能真实准确的反应出表面高度变化较大的2D盖板、3D盖板的表面特性。

Description

表面测量方法以及表面量测装置

技术领域

本发明涉及表面量测技术领域，特别是涉及一种表面测量方法以及表面量测装置。

背景技术

触控屏通常包括保护盖板及贴合于保护盖板上的触控膜(Sensor)。随着触控技术的发展，触控屏逐渐由平面形触控屏转向异形触控屏(也即曲面或球面形触控屏)发展。对于平面形触控屏而言，保护盖板为平面盖板(1D盖板)，对于异形触控屏而言，保护盖板可以为2D盖板、3D盖板等。在保护盖板出厂前，需要测量保护盖板表面高度，以获取保护盖板的表面特性，例如平整度、坡度等表面特性。干涉仪(例如，菲索干涉仪，interferometer)是量测表面的常用装置，能真实准确的反应出表面高度变化不大的1D盖板、2D盖板、3D盖板的表面特性，但实践表明，传统的干涉仪不能真实准确的反应出表面高度变化较大的2D盖板、3D盖板的表面特性。

发明内容

基于此，有必要提供一种能真实准确的反应出表面高度变化较大的2D盖板、3D盖板的表面特性的表面测量方法以及表面量测装置。

一种表面测量方法，包括如下步骤：

提供待量测表面；

获取并水平放大所述待量测表面的局部区域的干涉条纹；以及

根据水平放大的所述待量测表面的局部区域的干涉条纹获取所述待量测表面的表面高度。

对于同一台表面量测装置而言，其光源的频率及量测机构设置完成后要修改相当困难且成本较高，也即对于同一台表面量测装置而言，其测量点的数目固定不变。而当表面高度变化较大时，在一定的测量范围内，测量点的数目不能满足奈氏频率(NyquistFrequency)的要求。而在上述表面测量方法中，在不改变表面量测装置的光源的频率及量测机构的前提下，采用测量局部区域的方式来体现整体，测量点的数目能满足局部区域的奈氏频率(Nyquist Frequency)的要求，从而能真实准确的反应出表面高度变化较大的表面的表面特性。因此上述表面测量方法能真实准确的反应出表面高度变化较大的2D盖板、3D盖板的表面特性。

在其中一个实施例中，水平放大的所述待量测表面的局部区域的干涉条纹的尺寸和与整面所述待量测表面的干涉条纹的尺寸相同。

在其中一个实施例中，所述局部区域位于所述待量测表面的中心。

在其中一个实施例中，所述局部区域的形状与所述待量测表面的形状相同。

一种表面量测装置，用于量测待量测表面，包括：

干涉机构，包括沿第一方向依次间隔排布的光源、第一透镜、第一分光棱镜、第二透镜及参考分光棱镜，所述第二透镜、所述参考分光棱镜与所述待量测表面沿所述第一方向依次间隔排布，所述第一透镜与所述第二透镜构成扩束结构，所述第一分光棱镜朝向所述第二透镜倾斜设置；

量测机构，设于与所述第一方向相交的第二方向上，用于量测经所述第一分光棱镜反射的所述干涉机构形成的干涉条纹的亮度值；以及

缩束机构，用于辅助所述干涉机构获取并水平放大待量测表面的局部区域的干涉条纹，所述缩束机构设于所述第二透镜及所述参考分光棱镜之间，或设于所述参考分光棱镜与所述待量测表面之间。

在其中一个实施例中，所述第一分光棱镜与所述第一方向呈45°夹角设置，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

在其中一个实施例中，所述干涉机构还包括调制器，所述调制器设于所述光源与所述第一透镜之间，用于调节所述光源的频率及波长。

在其中一个实施例中，所述干涉机构还包括第三透镜，所述第三透镜设于所述第二方向上，且位于所述第一分光棱镜与所述量测机构之间，所述第三透镜与所述第二透镜构成缩束结构。

在其中一个实施例中，当所述待量测表面为2D表面时，所述缩束机构设于所述第二透镜及所述参考分光棱镜之间，所述缩束机构包括第四透镜及第五透镜，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜及所述参考分光棱镜沿所述第一方向依次间隔排布；

或者，当所述待量测表面为3D表面时，所述缩束机构设于所述参考分光棱镜与所述待量测表面之间，所述缩束机构为球面透镜。

在其中一个实施例中，所述缩束机构的数目为多个，多个所述缩束机构的缩束范围不相同，以切换使用。

附图说明

图1为本发明一实施例中采用干涉仪来量测待测物表面的过程示意图；

图2为本发明另一实施例中采用干涉仪来量测待测物表面的过程示意图；

图3为采用同一台干涉仪获得的相同测量范围内的表面高度变化不大与表面高度变化大的波形图及测量点；

图4为本发明一实施例提供的一种表面测量方法的流程图；

图5为本发明一实施例的待测量表面的整体量测区域及与其对应的实际波形图及量测点；

图6为本发明一实施例的待测量表面的局部量测区域及与其对应的实际波形图及量测点；

图7为本发明一实施例中采用图4所示方法来量测待测物表面的过程示意图；

图8为本发明一实施例提供的表面量测装置的结构示意图；

图9为本发明另一个实施例提供的表面量测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，图1为本发明一个实施例中采用干涉仪来量测待测物表面的过程示意图。

标号110表示待测量表面，该待测量表面的高度从左至右逐渐增加。

标号120表示干涉仪在量测过程中获取的干涉条纹，该干涉条纹包括交错排布的暗条纹与明条纹，暗条纹的亮度小，明条纹的亮度大，且暗条纹的亮度自中心向两侧逐渐减小。由于干涉条纹存在亮度变化，在采用量测机构量测干涉条纹的亮度值时，(计算机)根据量测得到的多个离散的亮度值可以构建出与干涉条纹对应的波形图。

标号130表示与干涉条纹对应的波形图，该波形图的波峰与亮条纹对应，也即与亮度最大处对应，波谷与暗条纹的最暗处对应，也即与亮度最小处对应。需要说明的是，标号130可以被认为是实际波形图，能真实反应待测量表面的表面特性，实际波形图可以采用高精度的干涉仪通过量测足够多的亮度值来构建。可以理解，高精度的干涉仪价格昂贵，而且用于构建波形图的亮度值越多，构建难度也会越大，因而在实际应用中，通常量测一定数量的亮度值来构建波形图。

标号140表示选取的量测点，在实际波形图的延伸范围内，也即在实际波形图的起点与终点确定的范围内，以一定的间距选取量测点，也即相同两个量测点之间的间距相同，也即以一定的空间频率选取量测点。标号140显示的量测点为10个。需要说明的是，为了体现选取的量测点与实际波形图的关系，在标号140中示意出了实际波形图。

标号150表示量测机构量测的亮度值。

标号160表示根据量测机构量测的亮度值构建的量测波形图，该量测波形图与实际波形图完全相同，从而可知，通过量测一定数量的亮度值，并构建量测波形图，可以真实反应待测量表面的表面特性。

标号170表示根据量测波形图的波峰与波谷获得的相位图。

标号180表示根据相位的正负还原的表面。

标号190表示根据相位回推的表面，该回推的表面与标号110所示的待测量表面相同，即为待测量表面。

通过量测一定数量的亮度值，并构建量测波形图，可以真实反应待测量表面的表面特性。在确定量测点时，需要受奈氏频率(Nyquist Frequency)的限制。

如图2所示，图2为本发明另一个实施例中采用干涉仪来量测待测物表面的过程示意图。

标号210表示待测量表面。

标号220表示与待测量表面对应的实际波形图。

标号230表示选取的量测点。

标号240表示量测机构量测的亮度值。

标号250表示根据量测机构量测的亮度值构建的量测波形图，该量测波形图与实际波形图不相同。

标号260表示根据量测波形图获得表面，该表面与标号210所示的待测量表面不相同，该表面的高度变化小于标号210所示的待测量表面的高度变化。

根据奈氏频率(Nyquist Frequency)可知，在波形图的一个周期(相邻两个波峰或两个波谷为一个周期)内，选取的测量点大于等于2个，才能构建出与实际波形图相同的量测波形图，从而才能准确量测待测量表面。在图1中，一个周期内的量测点为4个，从而构建的标号160的量测波形图与标号130的实际波形图相同。而在图2中，一个周期内的测量点为1个，从而构建的标号250的量测波形图与标号220的实际波形图不相同。

对于同一台干涉仪而言，其光源的频率及量测机构设置完成后要修改相当困难且成本较高，也即对于同一台干涉仪而言，其测量点的数目固定不变。而采用同一台干涉仪测量不同的表面，当待测量表面的高度变化不大，坡度比较平缓时，在相同的测量范围内，波形图的周期数相对较小，能满足一个周期内的测量点大于2，也即能满足奈氏频率(NyquistFrequency)的要求；而当待测量表面的高度变化大，也即待测量表面的坡度大时，在相同的测量范围内，波形图的周期数相对较多，会出现一个周期内的测量点小于2的情况，不能满足奈氏频率(Nyquist Frequency)的要求。

如图3所示，标号310表示在相同的测量范围内，与高度变化不大的待测量表面对应的波形图及测量点，测量点的数目为4个，每个周期内的测量点为2，能满足奈氏频率(Nyquist Frequency)的要求，从而能准确获得待测量表面的表面特性。标号320表示在相同的测量范围内，与高度变化大的待测量表面对应的波形图及测量点，标号320所示波形图的周期的数目大于标号310所示波形图的周期的数目，测量点的数目为4个，每个周期内的测量点为1，不能满足奈氏频率(Nyquist Frequency)的要求，从而不能准确获得待测量表面的表面特性。

为了在不改变干涉仪的光源的频率及量测机构的前提下，准确获得待测量表面的表面特性，如图4所示，本发明提供一种表面测量方法，包括如下步骤：

步骤S410，提供待量测表面。

步骤S420，获取并水平放大待量测表面的局部区域的干涉条纹。

步骤S430，根据水平放大的待量测表面的局部区域的干涉条纹获取待量测表面的表面高度。

如图5所示，标号510表示待量测表面，标号520表示与待测量表面对应的实际波形图，并显示测量机构的测量点为4个，波形图的一个周期内的测量点为1个，不能满足奈氏频率(Nyquist Frequency)的要求。

如图6所示，标号610表示待量测表面(与标号510表示的待量测表面相同)。在其中一个实施例中，待量测表面中心的局部区域为实际测量区域。获取并水平放大待量测表面的局部区域的干涉条纹。在其中一个实施例中，标号620表示水平放大的待量测表面的局部区域的干涉条纹的尺寸和与整面待量测表面的干涉条纹的尺寸相同。在其中一个实施例中，局部区域的形状与待量测表面的形状相同，也即局部区域的形状与待量测表面的形状相似。根据该干涉条纹可以得到标号630所示的波形图。此时，在不改变测量机构的测量点时，也即标号630所示的波形图与4个测量点对应时，单个周期内的测量点为3个，能满足奈氏频率(Nyquist Frequency)的要求。从而可以在不改变干涉仪的光源的频率及量测机构的前提下，准确获得待测量表面的表面特性。

如图7所示，图7示意了一个实施例中采用上述方法来测待测物表面的过程示意图。

标号710表示待量测表面，该待量测表面的高度变化大。

标号720表示截取的待量测表面的局部区域。

标号730表示局部区域被放大后，其高度变化变小。

标号740表示与被放大后的局部区域对应的实际波形图。

标号750表示选取的量测点，量测点为4个，维持不变。

标号760表示量测机构量测的亮度值。

标号770表示根据量测机构量测的亮度值构建的量测波形图，该量测波形图与实际波形图相同。

标号780表示根据量测波形图获得待量测表面的局部表面，该局部表面与标号710所示的待测量表面的局部区域相同。

标号790表示依局部区域的缩放比例还原待测量表面，还原后的待测量表面与标号710表示的待量测表面相同。也即采用上述方法能准确获得待测量表面的表面特性。

如图8所示，本发明提供一种表面量测装置10，该表面量测装置10用于测量待测物20的待测量表面22。表面量测装置10包括干涉机构10a、量测机构10b以及缩束机构10c。

干涉机构10a包括光源810、调制器820、第一透镜830、第一分光棱镜840、第二透镜850、参考分光棱镜860以及第三透镜870，光源810、调制器820、第一透镜830、第一分光棱镜840、第二透镜850、参考分光棱镜860以及待测量表面22沿着第一方向12依次排布，且第一分光棱镜840朝向第二透镜850倾斜设置，第一分光棱镜840、第三透镜870以及量测机构10b沿着第二方向14依次排布。第一方向12与第二方向14相交。在一些实施例中，第一分光棱镜840与第一方向12呈45°夹角设置，第一方向12与第二方向14垂直设置。

在第一透镜830至第二透镜850的方向上，第一透镜830与第二透镜850构成扩束结构，在第二透镜850至第三透镜870的方向上，第二透镜850与第三透镜870构成缩束机构。

在表面量测装置10检测待测量表面22的表面高度的过程中，调制器820能调制光源810发出的线形光束812，以获得合适波长及频率的线形光束812。在线形光束812穿透第一透镜830、第一分光棱镜840及第二透镜850后，线形光束812被扩束结构扩束为圆柱形光束814。圆柱形光束814投射至参考分光棱镜860后，被参考分光棱镜860分成透射光束及参考反射光束，透射光束投射至待测量表面22后，部分透射光束被待测量表面22沿原路径反射，形成样品反射光束，样品反射光束在穿透参考分光棱镜860后与参考反射光束重叠干涉，形成干涉光束(干涉条纹)。干涉光束(干涉条纹)在被第一分光棱镜840反射及穿过缩束机构后，被量测机构10b测量。缩束机构可以确保干涉光束(干涉条纹)全部进入量测机构10b的量测范围内，能有效避免因干涉光束(干涉条纹)的宽度大于量测机构10b的量测宽度，而导致部分干涉光束(干涉条纹)不能被量测机构10b量测的情况出现。

量测机构10b量测干涉条纹的亮度值。在一些实施例中，量测机构10b为CCD。

当待量测表面22为2D表面时，缩束机构10c设于第二透镜850及参考分光棱镜860之间，用于辅助干涉机构10a获取并水平放大待量测表面22的局部区域的干涉条纹。在一些实施例中，缩束机构10c包括第四透镜880及第五透镜890，第二透镜850、第四透镜880、第五透镜890及参考分光棱镜860沿第一方向12依次间隔排布,在第四透镜880至第五透镜890的方向上，第四透镜880及第五透镜890构成缩束机构10c。

如图9所示，当待量测表面22为3D表面时，缩束机构10c设于参考分光棱镜860与待测量表面22之间，用于辅助干涉机构10a获取并水平放大待量测表面22的局部区域的干涉条纹。在一些实施例中，缩束机构10c为球面透镜，球面透镜靠近待测量表面22的表面的曲率大于球面透镜靠近参考分光棱镜860的表面的曲率。

在一些实施例中，缩束机构10c的数目为多个，多个缩束机构10c的缩束范围不相同，以切换使用。从而可以根据需要，使用不用缩束范围的缩束机构10c。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种表面测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供待量测表面；

获取并水平放大所述待量测表面的局部区域的干涉条纹；以及

根据水平放大的所述待量测表面的局部区域的干涉条纹获取所述待量测表面的表面高度。

2.根据权利要求1所述的表面测量方法，其特征在于，水平放大的所述待量测表面的局部区域的干涉条纹的尺寸和与整面所述待量测表面的干涉条纹的尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的表面测量方法，其特征在于，所述局部区域位于所述待量测表面的中心。

4.根据权利要求3所述的表面测量方法，其特征在于，所述局部区域的形状与所述待量测表面的形状相同。

5.一种表面量测装置，用于量测待量测表面，其特征在于，包括：

干涉机构，包括沿第一方向依次间隔排布的光源、第一透镜、第一分光棱镜、第二透镜及参考分光棱镜，所述第二透镜、所述参考分光棱镜与所述待量测表面沿所述第一方向依次间隔排布，所述第一透镜与所述第二透镜构成扩束结构，所述第一分光棱镜朝向所述第二透镜倾斜设置；

量测机构，设于与所述第一方向相交的第二方向上，用于量测经所述第一分光棱镜反射的所述干涉机构形成的干涉条纹的亮度值；以及

缩束机构，用于辅助所述干涉机构获取并水平放大待量测表面的局部区域的干涉条纹，所述缩束机构设于所述第二透镜及所述参考分光棱镜之间，或设于所述参考分光棱镜与所述待量测表面之间。

6.根据权利要求5所述的表面量测装置，其特征在于，所述第一分光棱镜与所述第一方向呈45°夹角设置，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

7.根据权利要求5所述的表面量测装置，其特征在于，所述干涉机构还包括调制器，所述调制器设于所述光源与所述第一透镜之间，用于调节所述光源的频率及波长。

8.根据权利要求5所述的表面量测装置，其特征在于，所述干涉机构还包括第三透镜，所述第三透镜设于所述第二方向上，且位于所述第一分光棱镜与所述量测机构之间，所述第三透镜与所述第二透镜构成缩束结构。

9.根据权利要求5所述的表面量测装置，其特征在于，当所述待量测表面为2D表面时，所述缩束机构设于所述第二透镜及所述参考分光棱镜之间，所述缩束机构包括第四透镜及第五透镜，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜及所述参考分光棱镜沿所述第一方向依次间隔排布；

或者，当所述待量测表面为3D表面时，所述缩束机构设于所述参考分光棱镜与所述待量测表面之间，所述缩束机构为球面透镜。

10.根据权利要求5所述的表面量测装置，其特征在于，所述缩束机构的数目为多个，多个所述缩束机构的缩束范围不相同，以切换使用。