CN117589299A - 校准方法、装置、系统及可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种校准方法、装置、系统及可读介质，校准方法包括：通过探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息；基于第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，校准参数用于对探测元件的测量光谱信息进行校准；其中，参考信息为第二检测光波的入射光谱信息；或，校准方法还包括第一测量光谱获取步骤；第一测量光谱获取步骤包括：通过探测元件在第一检测光波下对第一基准样品进行检测获取第一测量光谱信息，参考信息包括第一测量光谱信息和第一基准样品的第一出光率信息，第一出光率信息为第一检测光波经过第一基准样品到达探测元件的出光效率。本发明实施例公开的校准方法能获得校准参数对进行校准，校准精度更高。

Description

校准方法、装置、系统及可读介质
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种校准方法、一种校准装置、一种校准系统和一种可读介质。
背景技术
杂散光是光学系统中所有非正常传输光的总称，杂散光对光学系统性能的影响因系统不同而变化。对于具有探测器阵列的光谱仪，杂散光是指某个特定波长的光在其对应的探测器单元以外的单元上引起的响应，这会给光谱测量带来较为可观的误差。杂散光水平是衡量光谱仪性能重要的技术指标之一，目前多采用密封结构，光谱仪内部涂黑或者加光阑等方法减少杂散光。但是为了提高光谱的测量精度，还需要进一步的杂散光校准。
因此，亟需提供一种校准方法以用于对光谱仪(或探测元件)的测量光谱信息进行校准。
发明内容
因此，为克服现有技术中的至少部分缺陷和问题，本发明实施例提供了一种校准方法、一种校准装置、一种校准系统和一种可读介质，可以实现对探测元件的测量光谱信息进行校准，采用校准参数校准精度更高。
具体地，一方面，本发明一个实施例提供的一种校准方法，用于对探测元件的测量光谱信息进行校准，所述校准方法包括：通过所述探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息；基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，所述校准参数用于对所述探测元件的测量光谱信息进行校准；其中，所述参考信息为所述第二检测光波的入射光谱信息；或，所述校准方法还包括第一测量光谱获取步骤；所述第一测量光谱获取步骤包括：通过所述探测元件在第一检测光波下对第一基准样品进行检测获取第一测量光谱信息，所述参考信息包括所述第一测量光谱信息和所述第一基准样品的第一出光率信息，所述第一出光率信息为所述第一检测光波经过所述第一基准样品到达所述探测元件的出光效率。
在一个实施例中，所述通过所述探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息，包括：通过第二检测光波对第二基准样品进行检测，所述第二检测光波经过所述第二基准样品后形成第一信号光波，并被所述探测元件接收形成所述第二测量光谱信息。
在一个实施例中，所述参考信息为所述第二检测光波的入射光谱信息，所述基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，包括：根据所述第二基准样品的第二出光率信息与所述第二检测光波的入射光谱信息确定所述第二基准样品对应于所述第二检测光波的第一理论光谱信息；根据所述第二测量光谱信息和所述第一理论光谱信息确定所述校准参数。
在一个实施例中，所述根据所述第二测量光谱信息和所述第一理论光谱信息确定所述校准参数，包括：根据以下公式求解所述校准参数：C×Ibl,meas＝Ibl其中，所述C为所述校准参数，所述Ibl,meas为所述第二测量光谱信息；所述Ibl为所述第一理论光谱信息。
在一个实施例中，所述参考信息为所述第一测量光谱信息和所述第一出光率信息信息，所述第一基准样品对应于所述第一检测光波的第二理论光谱信息与所述第一出光率信息具有第一比值，所述第二基准样品对应于所述第二检测光波的第一理论光谱信息与第二出光率信息具有第二比值；其中，所述第二出光率信息为所述第二检测光波经过所述第二基准样品到达所述探测元件的出光效率；所述基于所述第一测量光谱信息以及所述参考信息确定所述校准参数，包括：基于所述第一比值和所述第二比值之比等于所述第一检测光波与所述第二检测光波的入射光强之比获取所述校准参数。
在一个实施例中，所述第一检测光波和所述第二检测光波相同，所述第一比值等于所述第二比值。
在一个实施例中，所述基于所述第一比值和所述第二比值之比等于所述第一检测光波与所述第二检测光波的入射光强之比获取所述校准参数，包括：通过遗传算法基于下式得到所述校准参数：Rs×C×Ibl,meas-Rbl×C×Is,meas＝0；其中，所述Rs为所述第一出光率信息，所述C为所述校准参数，所述Ibl,meas为所述第二测量光谱信息，所述Is,meas为所述第一测量光谱信息；所述Rbl为所述第二出光率信息。
在一个实施例中，所述第一出光率信息或所述第二出光率信息为单位矩阵。
在一个实施例中，所述第一检测光波和所述第二检测光波相同，所述参考信息包括所述第一测量光谱信息和所述第一基准样品的第一出光率信息；所述基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，包括：基于下式得到所述校准参数：Rs×C×Ibl,meas-C×Is，meas＝0；其中，所述Rs为所述第一出光率信息，所述C为所述校准参数，所述Ibl,meas为所述第二测量光谱信息，所述Is,meas为所述第一测量光谱信息。
在一个实施例中，所述第一检测光波经所述第一基准样品反射后形成第二信号光波被所述探测元件接收，所述第一出光率信息为所述第一基准样品的反射率信息；或者，所述第一检测光波经所述第一基准样品透射后形成第二信号光波被所述探测元件接收，所述第一出光率信息为所述第一基准样品的透射率信息。
在一个实施例中，所述第二检测光波经所述第二基准样品反射后形成所述第一信号光波被所述探测元件接收；所述第二出光率信息为所述第二基准样品的反射率信息；或者，所述第二检测光波经所述第二基准样品透射后形成所述第一信号光波被所述探测元件接收，所述第二出光率信息为所述第二基准样品的透射率信息。
在一个实施例中，所述第一检测光波包括N个不同待测波长，N为正整数；所述第一测量光谱信息为N行*1列的矩阵；所述第一测量光谱信息的第i行的元素值为所述探测元件探测到所述第一检测光波中第i个待测波长对应的第一实测光强值；所述第二测量光谱信息为N行*1列的矩阵，所述第二测量光谱信息的第i行的元素值为所述探测元件探测到所述第二检测光波中第i个待测波长对应的第二实测光强值；所述校准参数为N行*N列的矩阵；所述第一出光率信息为N行*N列的对角矩阵，所述第一出光率信息的第i行第i列的元素值为所述第一基准样品对应所述第一检测光波中第i个待测波长的第一出光率值。
在一个实施例中，所述校准方法包括一次或多次进行所述第一测量光谱获取步骤以获取多个所述第一基准样品的第一出光率信息；不同所述第一基准样品的第一出光率信息不同；每次第一测量光谱获取步骤中的第一检测光波包括一个或多个待测波长；所述第一基准样品的数量大于或等于所述待测波长的总数。
在一个实施例中，所述校准方法还包括：根据所述第一基准样品的厚度及材料信息利用光学模型获取所述第一基准样品的第一出光率信息，所述材料信息包括材料种类或折射率的一种或多种组合；或者，所述校准方法还包括：通过第一参考光波对所述第一基准样品进行检测得到所述第一基准样品的第一特征参数；根据所述第一特征参数获取所述第一基准样品在待测波长下的第一出光率信息，第一参考光波的波长与所述待测波长至少部分不相同。
在一个实施例中，所述通过第一参考光波对所述第一基准样品进行检测得到所述第一基准样品的第一特征参数，包括：在第一参考光波下对所述第一基准样品进行检测获取第一参考光谱信息；根据所述第一参考光谱信息获取所述第一基准样品的第一特征参数；所述第一特征参数包括所述第一基准样品的厚度和材料信息中的一者或多种组合；所述根据所述第一特征参数获取所述第一基准样品在待测波长下的第一出光率信息，包括：根据所述第一特征参数利用光学模型获取所述第一基准样品在所述待测波长下的第一出光率信息。
在一个实施例中，所述第一参考光波包括波长大于或等于400nm的波长；所述待测波长包括波长小于400nm的波长。
在一个实施例中，所述通过第一参考光波对所述第一基准样品进行检测得到所述第一基准样品的第一特征参数，还包括：在第二参考光波下对参考样品进行检测获取第二参考光谱信息；所述根据所述第一参考光谱信息获取所述第一基准样品的第一特征参数，包括：根据所述第一参考光谱信息、所述第二参考光谱信息和所述参考样品对应于所述第一参考光波的第二参考出光率信息获取所述第一特征参数；或者，所述在第一参考光波下对第一基准样品进行检测获取第一参考光谱信息，包括：获取所述第一参考光波不同偏振方向的第一参考光谱信息；所述根据所述第一参考光谱信息获取所述第一基准样品的第一特征参数，包括：根据不同偏振方向的第一参考光谱信息获取多个波长下的拟合参数，特定波长的拟合参数取决于所述第一基准样品的第一特征参数；对拟合参数与波长的对应关系进行拟合，获取第一基准样品的第一特征参数；所述拟合参数为所述第一参考光波的波长下的第一参考出光率信息或傅里叶系数。
在一个实施例中，所述第二参考光波与第一参考光波相同；所述参考样品为所述第二基准样品；所述根据所述第一参考光谱信息、所述第二参考光谱信息和所述参考样品对应于所述第二参考光波的第二参考出光率信息获取所述第一特征参数，包括：按照如下公式解得所述第一基准样品在所述第一参考光波下的第一参考出光率信息Rs,2：Rs，2×Ibl，meas2＝bl,×Is,meas2；其中，所述Rs，2为第一基准样品对应于第一参考光波的波长的第一参考出光率信息；所述Ibl，meas2为所述第二参考光谱信息；所述Rbl,为所述第二基准样品对应于第一参考光波的波长的第二参考出光率信息；所述Is,meas2为所述第一参考光谱信息；利用光学模型根据所述第一参考出光率信息确定所述第一特征参数。
在一个实施例中，所述校准方法还包括：通过所述探测元件获取待测样品在待测光波下检测得到待测测量光谱信息；根据所述待测测量光谱信息和所述校准参数确定所述待测样品的待测理论光谱信息；根据所述待测理论光谱信息获取所述待测物的待测信息。
在一个实施例中，所述待测信息包括：几何参数或材料参数中的一种或多种组合；所述几何参数包括：宽度、厚度、偏移误差或倾斜角度中的一种或多种组合；所述材料参数包括：材料种类、折射率或介电常数中的一种或多种组合。
在一个实施例中，所述根据待测测量光谱信息和所述校准参数确定所述待测样品的待测理论光谱信息，包括：根据以下公式计算Id：C×Id，meas＝d；其中，所述C为所述校准参数；所述Id，meas为所述待测测量光谱信息；所述Id为所述待测理论光谱信息。
本发明一个实施例提供一种校准装置，应用于对探测元件的测量光谱信息进行校准，所述校准装置包括：测量光谱信息获取模块，用于通过所述探测元件获取第一检测光波照射下形成的第二测量光谱信息；校准参数确定模块，用于基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，所述校准参数用于对所述探测元件的测量光谱信息进行校准；所述参考信息为所述第二检测光波的入射光谱信息；或，所述测量光谱信息获取模块还用于通过所述探测元件在第一检测光波下对第一基准样品进行检测获取第一测量光谱信息；所述参考信息包括所述第一测量光谱信息和所述第一基准样品的第一出光率信息，所述第一出光率信息为所述第一检测光波经过所述第一基准样品到达所述探测元件的出光效率。
本发明一个实施例提供一种校准系统，包括：处理器和连接所述处理器的存储器，所述存储器存储有所述处理器执行的指令，且所述指令使得所述处理器执行操作以进行如前述任意一项实施例所述的校准方法。
本发明一个实施例提供一种可读介质，所述可读介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令包括用于执行前述任一项实施例所述的校准方法的指令。
由上可知，本发明上述实施例可以达成以下一个或多个有益效果：本发明提供的实施例可以利用探测元件检测第二检测光波的入射光谱信息和第二测量光谱信息确定校准参数，或者还通过探测元件对第一基准样品测量以获取第一测量光谱信息，根据第二测量光谱信息、第一测量光谱信息和第一出光率信息确定校准参数，本发明上述实施例提供的校准方法利用探测元件的实际测量数据可确定校准参数用于探测元件的校准，相比于现有技术中采用涂黑或者加光阑等方法减少杂散光的方式可实现更高精度的杂散光校准。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例中提供的校准方法的流程示意图。
图2为本发明第三实施例中提供的校准方法的流程示意图。
图3为本发明一个实施例提供的仿真验证的反射光谱示意图。
图4为图3的局部放大示意图。
图5为本发明一个实施例提供的仿真验证的反射率曲线示意图。
图6为图5的局部放大示意图。
图7为本发明一个实施例提供的校准装置的结构示意图。
图8为本发明一个具体实施例提供的校准装置的结构示意图。
图9为本发明一个实施例提供的校准系统的结构示意图。
图10为本发明一个实施例提供的可读介质的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。
本申请技术方案提供一种校准方法，用于对探测元件的测量光谱信息进行校准，所述校准方法包括：
通过所述探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息；
基于所述第二测量光谱信息、以及参考信息确定校准参数，所述校准参数用于对所述探测元件的测量光谱信息进行校准；
其中，所述参考信息为所述第二检测光波的入射光谱信息；或，所述校准方法还包括第一测量光谱获取步骤；所述第一测量光谱获取步骤包括：通过所述探测元件在第一检测光波下对第一基准样品进行检测获取第一测量光谱信息，所述参考信息包括所述第一测量光谱信息和所述第一基准样品的第一出光率信息，所述第一出光率信息为所述第一检测光波经过所述第一基准样品到达所述探测元件的出光效率。
以下，根据第一实施例和第二实施例对本申请的校准方法进行详细说明。
在第一实施例中，所述第二检测光波的入射光谱信息可测或已知；在第二实施例中，所述第二检测光波的入射光谱信息未知。
【第一实施例】
本发明第一实施例提供一种校准方法和系统，所述校准系统包括探测元件，校准方法用于对探测元件的测量光谱信息进行校准；所述探测元件为光谱仪或CCD，所述校准方法用于对光学测量装置的探测元件的测量光谱信息进行校正，所述光学测量装置包括：反射谱、椭偏仪或干涉仪。
本发明第一实施例提供的一种校准方法，以用于对探测元件的测量光谱信息进行校准，具体地可以通过校准消除探测元件内杂散光或暗电流等的影响。
如图1所示，第一实施例提供的一种校准方法包括步骤S1和S3。
步骤S1：通过所述探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息；
步骤S3：基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，所述校准参数用于对所述探测元件的测量光谱信息进行校准；
在本发明第一实施例中，所述步骤S3具体为步骤S3(a)，步骤S3(a)中的参考信息为所述第二检测光波的入射光谱信息。
本发明第一实施例中通过探测元件对第二检测光波进行实际测量，可以根据第二测量光谱信息和第二检测光波的入射光谱信息确定校准参数，以根据校准参数对探测元件的测量光谱信息进行校准，相比于现有技术中将光谱仪内部涂黑或者加光阑等物理方法，本实施例通过参数校准的方式，使得校准精度更高，校准效果更好。
在第一实施例的一个具体实施例中，步骤S1具体包括步骤S11：通过第二检测光波对第二基准样品进行检测，所述第二检测光波经过所述第二基准样品后形成第一信号光波，并被所述探测元件接收形成所述第二测量光谱信息。
其中，第二检测光波经过所述第二基准样品后形成第一信号光波例如可以是第二检测光波经过所述第二基准样品反射后形成第一信号光波，或者第二检测光波经过所述第二基准样品透射后形成第一信号光波等。当然，在第一实施例的另一些具体实施例中也可以不设置第二基准样品，第二检测光波也可以通过其它形式被探测元件测量得到第二测量光谱信息。
在第一实施例中，第二检测光波的入射光谱信息已知，步骤S3(a)包括步骤S3(a1)：根据所述第二基准样品的第二出光率信息与所述第二检测光波的入射光谱信息确定所述第二基准样品对应于所述第二检测光波的第一理论光谱信息；和步骤S3(a3)：根据所述第二测量光谱信息和所述第一理论光谱信息确定所述校准参数。
其中，步骤S3(a1)中，第二出光率信息为第二检测光波经过第二基准样品到达探测元件的出光效率，例如第二检测光波经过第二基准样品反射后形成第一信号光波，则第二出光率信息为第二基准样品的反射率信息。例如第二检测光波经过第二基准样品透射后形成第一信号光波，则第二出光率信息为第二基准样品的透射率信息。在本实施例中，第二基准样品例如记为Baseline，简称bl，第二检测光波的入射光谱信息记为IO2，第二出光率信息记为Rbl，则步骤S3(a1)中可根据IO2×Rbl＝Ibl确定第一理论光谱信息Ibl，步骤S3(a3)具体包括根据以下公式(1)求解所述校准参数，公式(1)为：
C×Ibl,＝bl
其中，所述C为所述校准参数，所述Ibl,为所述第二测量光谱信息；所述Ibl为所述第一理论光谱信息。
其中，第二检测光波例如包括N个待测波长，N为正整数。Ibl,例如为N行*1列的矩阵，Ibl例如为N行*1列的矩阵，C为N行*N列的矩阵；其中Ibl,的第i行(i为1～N)的元素值为探测元件检测到第二检测光波中第i个待测波长的第二实测光强值，记为Ibl,_i，Ibk,可表示为Ibl中第i行的元素值为第二检测光波的第i个待测波长经第二基准样品到达探测元件的第二理论光强值，记为Ibl_，Ibl可表示为/>根据公式(1)可以解算出C。在进行校准参数C的解算过程中，如有需要可以多次执行步骤S11，以获取多个第二基准样品的第二测量光谱信息以及第一理论光谱信息；多个第二基准样品的第二测量光谱信息互不相同，多个第二基准样品的第一理论光谱信息互不相同。第二检测光波例如包括一个或多个待测波长，多个第二基准样品的数量例如大于或等于第二检测光波中待测波长的数量。
或者，在当不设置第二基准样品时，即不经第二基准样品对第二检测光波透射或反射而直接测量第二检测光波的测量光谱信息，则第一理论光谱信息与第二检测光波的入射光谱信息相同，因此与公式(1)同理的，可以依据C×Imeas＝O2求解校准参数，其中Imeas为直接测量第二检测光波时得到的第二测量光谱信息。此时第二检测光波例如包括N个待测波长，N为正整数。Imeas例如为N行*1列的矩阵，IO2例如为N行*1列的矩阵，C为N行*N列的矩阵；由于第二检测光波未经反射或透射而被直接测量，因此Imeas的第i行(i为1～N)的元素值为探测元件检测到第二检测光波中第i个待测波长的第二实测光强值，记为Imeas_，Imeas可表示为IO2中第i行的元素值为第二检测光波中第i个待测波长的入射光强值，记为IO2_，Ibl可表示为/>
本实施例中，所述第二检测光波中包括多个待测波长，也即N大于1。本实施例中，可以通过第二检测光波对同一第二基准样品进行一次检测，获取多个待测波长下的光谱信息，得到所述第二测量光谱信息。在其他实施例中，可以通过第二检测光波对同一第二基准样品进行多次检测，以获取多个待测波长下的光谱信息，得到所述第二测量光谱信息。每进行一次检测获取一个或多个待测波长下的光谱信息，通过多次检测得到所述第二测量光谱信息。
【第二实施例】
本发明的第二实施例提供另一种校准方法，包括步骤S1～S3。
步骤S1：通过所述探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息；
步骤S2：通过所述探测元件在第一检测光波下对第一基准样品进行检测获取第一测量光谱信息；
步骤S3：基于所述第二测量光谱信息、以及参考信息确定校准参数，所述校准参数用于对所述探测元件的测量光谱信息进行校准；
其中，步骤S2也称为第一测量光谱获取步骤。本发明第二实施例中，步骤S3中所述参考信息包括所述第一测量光谱信息和所述第一基准样品的第一出光率信息，所述第一出光率信息为所述第一检测光波经过所述第一基准样品到达所述探测元件的出光效率。步骤S1可包括前述第一实施例中的步骤S11。本发明第二实施例中步骤S1的具体内容及特征解释可参照前述第一实施例中步骤S1的描述。
在本发明第二实施例中，第二检测光波的入射光谱信息未知。步骤S3具体为步骤S3(b)。
其中，第一出光率信息为第一检测光波经过所述第一基准样品到达所述探测元件的出光效率。其中，第一检测光波例如经过所述第一基准样品反射后形成第二信号光波被所述探测元件接收以得到第一测量光谱信息，则第一出光率信息为所述第一基准样品的反射率信息；或者第一检测光波例如经过所述第一基准样品透射后形成第二信号光波被所述探测元件接收以得到第一测量光谱信息，则第一出光率信息为所述第一基准样品的透射率信息。在本实施例中第一出光率信息与第二出光率信息例如均为反射率信息或者均为透射率信息。
具体地，所述第一基准样品对应于所述第一检测光波的第二理论光谱信息与所述第一出光率信息具有第一比值，所述第二基准样品对应于所述第二检测光波的第一理论光谱信息与第二出光率信息具有第二比值；以第一测量光谱信息和第一出光率信息为参考信息时，步骤S3(b)具体包括步骤S3(b1)：基于所述第一比值和所述第二比值之比等于所述第一检测光波与所述第二检测光波的入射光强之比获取所述校准参数。其中例如将第一基准样品记为sample，简称s。第一理论光谱信息记为Ibl，第二理论光谱信息记为Is，第一出光率信息为Rs，第二出光率信息为Rbl，第一检测光波的入射光强为IO1(也可以理解为第一检测光波的入射光谱信息)，第二检测光波的入射光强为IO2(也可以理解为第二检测光波的入射光谱信息)，则步骤S3(b1)基于公式(2)：可获取校准参数C。
在本实施例中第一检测光波和第二检测光波例如相同，则第一比值等于第二比值，则可根据公式(2)得到公式(3)根据公式(3)获取校准参数C的原理为，第二测量光谱信息、第一理论光谱信息和校准参数C的关系如公式(1)：C×Ibl,meas＝Ibl；同理，第一测量光谱信息、第二理论光谱信息和校准参数C的关系如公式(4)：C×Is,meas＝s。因此依据公式(1)和公式(4)带入公式(3)中可得公式(5)：Rs×C×Ibl,meas-Rbl×C×Is,meas＝0。
因此步骤S3(b1)具体包括步骤S3(b11)：通过遗传算法基于公式(5)可得到校准参数C。
在第二实施例的一些具体实施例中第二出光率信息Rbl为单位矩阵，则可将公式(5)简化为公式(6)：Rs×C×Ibl,meas-C×Is，meas＝0。步骤S3(b1)可以根据公式(6)得到校准参数C。同理，在第二实施例的另一些具体实施例中也可以为第一出光率信息Rs为单位矩阵，则可将公式(5)简化为公式(7)：C×Ibl,meas-Rbl×C×Is,meas＝0。同样可以根据公式(7)得到校准参数C。其中，第一基准样品的第一特征参数可测或已知，可以选取所述第一基准样品使第一出光率信息为单位矩阵，第一特征参数包括第一基准样品的厚度和材料信息中的一者或多种的组合。需要说明的是，本实施例中通过多个基准样品，包括第一基准样品和第二基准样品，获取校准参数C；第一出光率信息为单位矩阵指的是多个基准样品中至少有一个为单位矩阵。也即多个基准样品中任意一个均可以为第一基准样品。
在本实施例中步骤S3(b1)中，第二检测光波例如包括N个待测波长，N为正整数。第一测量光谱信息Is,meas为N行*1列的矩阵。第二测量光谱信息Ibl,meas例如为N行*1列的矩阵，第一出光率信息Rs为N行*N列的对角矩阵，第二出光率信息Rbl为N行*N列的对角矩阵，校准参数C为N行*N列的矩阵；Is,meas的第i行(i为1～N)的元素值为探测元件检测到第一检测光波中第i个待测波长的第一实测光强值；记为Is,meas_i，Is,meas可表示为其中Ibl,meas的第i行(i为1～N)的元素值为探测元件检测到第二检测光波中第i个待测波长的第二实测光强值，记为Ibl,meas_i，Ibl,meas可表示为/>Rs的第i行第i列的元素值为第一基准样品对应第一检测光波中第i个待测波长的第一出光率值，记为rs，ii。则Rs可表示为同理Rbl第i行第i列的元素值为第二基准样品对应于第二检测光波中第i个待测波长的第二出光率值，记为rbl，ii则Rbl可表示为
第一检测光波可以包括一个或多个待测波长；第二检测光波包括一个或多个待测波长。
在本实施例中，以依据公式(6)获取校准参数C为例，第一测量光谱获取步骤S2可以被多次进行以获取多个第一基准样品的第一出光率信息。多个第二基准样品的第一出光率信息互不相同。每次第一测量光谱获取步骤中的第一检测光波包括一个或多个待测波长，多个第一基准样品的数量大于或等于待测波长的总数量。例如根据前述第一检测光波包括N个待测波长，则第一基准样品的数量大于等于N。或者以依据公式(7)获取校准参数C为例，第二测量光谱获取步骤S1可以被多次进行以获取多个第二基准样品的第二出光率信息。多个第二基准样品的第二出光率信息互不相同。每次第二测量光谱获取步骤中的第二检测光波包括一个或多个待测波长，多个第二基准样品的数量大于或等于待测波长的总数量，例如前述第二检测光波包括N个待测波长，则第二基准样品的数量大于等于N。
以依据公式(6)获取校准参数C为例，其中，若第一基准样品的第一特征参数为已知，则第一出光率信息可以根据第一基准样品的厚度及材料信息利用光学模型获取。即，本实施例提供的校准方法例如还包括步骤S5(a)：根据所述第一基准样品的厚度及材料信息利用光学模型获取所述第一基准样品的第一出光率信息，所述材料信息包括材料种类或折射率的一种或多种组合。
在第二实施例的其它具体实施例中，仍以依据公式(6)获取校准参数C为例，若第一基准样品的第一特征参数未知，则校准方法还包括步骤S5(b)，具体包括步骤S5(b1)：通过第一参考光波对第一基准样品进行检测到第一基准样品的第一特征参数；和步骤S5(b3)：根据所述第一特征参数获取第一基准样品在待测波长下的第一出光率信息，第一参考光波的波长与待测波长至少部分不相同。其中第一参考光波的波长可以与第一检测光波中多个待测波长中的部分待测波长相同。例如第一检测光波的待测波长包括波长小于400nm的波长，第一参考光波的波长包括波长大于或等于400nm的波长，当然第一检测光波包括的待测波长也可以包括第一参考光波中的部分或全部波长。
具体的，本实施例中，所述待测波长为紫外光波长；所述第一参考光波的波长为可见和/或红外光波长。且本实施例中，利用所述探测元件通过第一参考光波对第一基准样品进行检测到第一基准样品的第一特征参数。利用所述探测元件进行检测，不需要额外提供探测器来检测，从而能够降低成本。在其他实施例里中，利用额外探测器通过第一参考光波对第一基准样品进行检测到第一基准样品的第一特征参数；额外探测器选用杂散光小于探测元件的探测器。
由于探测元件对于可见或红外光产生的杂散光很少，因此，第一参考光波的波长为可见或红外光波长时，检测得到可见或红外光谱的误差较小，所检测得到所述第一基准样品的厚度或材料参数(也即第一特征参数)的误差可忽略不计。
需要说的是，所述第一参考光波包括部分或全部待测波长，所述第一参考光波也可以不具有待测波长。通过第一参考光波得出的基准样品的第一特征参数适用于所有波长，也即可以通过获取的第一特征参数得到所有波长的校准参数。
综上，步骤S5b通过部分波长的光波对第一基准样品测量以获取第一特征参数来明确第一基准样品，从而可以获得第一基准样品对应任意波长的第一出光率值，因此可以获得其对应于第一检测光波的第一出光率信息。其中步骤S5(b1)对第一基准样品的测量与前述步骤S1或S2的测量的设备可以不同，也可以相同。
在第二实施例中的一个具体实施例中，步骤S5(b1)例如具体包括S5(b11)：在第一参考光波下对第一基准样品进行检测获取第一参考光谱信息；根据所述第一参考光谱信息获取所述第一基准样品的第一特征参数；所述第一特征参数包括第一基准样品的厚度和材料信息中的一者或多种组合；步骤S5(b3)例如具体包括：根据所述第一特征参数利用光学模型获取第一基准样品在待测波长下的第一出光率信息。其中步骤S5(b11)可以利用本实施例中的探测元件进行检测，或者也可以利用其它探测组件获取第一参考光谱信息。
在第二实施例中的一个具体实施例中，步骤S5(b1)例如还包括步骤S5(b13)：在第二参考光波下对参考样品进行检测获取第二参考光谱信息；所述根据所述第一参考光谱信息获取所述第一特征参数，包括：根据所述第一参考光谱信息、所述第二参考光谱信息和参考样品对应于所述第二参考光波的第二参考出光率信息获取所述第一特征参数；
具体的，根据以下公式获取第一特征参数。
I11为第一参考光波的第一参考入射光谱信息；I12为第二参考光波的第二参考入射光谱信息；Is，2为第一参考光波的第一参考理论光谱信息；Ibl，2为第二参考光波的第二参考理论光谱信息；Rs，2为第一基准样品对应于第一参考光波的波长的第一参考出光率信息；所述Rbl,为第二基准样品对应于第二参考光波的波长的第二参考出光率信息。
需要说明的，第一参考光波或第二参考光波的波长大于400nm时，探测元件的杂散光可忽略，则第一基准样品在第一参考光波下的第一参考理论光谱信息与第一参考光谱信息相同；所述第二基准样品在第二参考光波下的第二参考理论光谱信息与第二参考光谱信息相同。
具体的，本实施例中，所述第二参考光波与第一参考光波相同；所述参考样品为第二基准样品；则在第二实施例的一个具体实施例中步骤S5(b11)例如具体包括步骤S5(b111)：根据所述第一参考光谱信息、所述第二参考光谱信息和所述第二基准样品对应于所述第一参考光波的第二参考出光率信息获取所述第一特征参数。更具体地，基于公式(8)求解所述第一基准样品在第一参考光波下的第一参考出光率信息Rs,2；利用光学模型根据所述第一参考出光率信息确定第一特征参数。其中，本实施例中，第一公式(8)为RS，2×Ibl，meas2＝Rbl,2×Is,meas2。所述RS，2为第一基准样品对应于第一参考光波的波长的第一参考出光率信息；所述Ibl，meas2为所述第二参考光谱信息(此时与Ibl，2相同)；所述Rbl,2为第二基准样品对应于第一参考光波的波长的第二参考出光率信息；所述Is,meas2为所述第一参考光谱信息(此时与Is，2相同)。
在本实施例中，第一参考光波例如包括选自第一检测光波中N个待测波长中的M个待测波长，则Ibl，meas2可依据Ibl，meas获得，Is,meas2可依据Is,meas获得，Rbl,2可以根据rbl获得，因此在该实施例中可以直接利用第二测量光谱获取步骤S1和第一测量光谱获取步骤S2获取的信息中的部分信息确定第一参考出光率信息RS，2，因而可以节省测量步骤。
或者在第二实施例的其它具体施例中步骤S5(b11)中在第一参考光波下对第一基准样品进行检测获取第一参考光谱信息，包括：获取第一参考光波不同偏振方向的第一参考光谱信息；步骤S5(b11)中根据所述第一参考光谱信息获取所述第一基准样品的第一特征参数，包括：根据不同偏振方向的第一参考光谱信息获取多个波长下的拟合参数，特定波长的拟合参数取决于第一基准样品的第一特征参数；对拟合参数与波长的对应关系进行拟合，获取第一基准样品的第一特征参数；所述拟合参数为第一参考光波的波长下的第一参考出光率信息或傅里叶系数。在其他实施例中，若检测系统为干涉仪，还可以通过干涉仪获取的干涉图像获取第一基准样品的第一特征参数。
需要说明的是，当第一基准样品和第二基准样品均未知时，可以利用上述任意一种方法获取第一基准样品的第一特征参数和第二基准样品的第二特征参数。所述参考品样品的参考特征参数相同。特征参数为：厚度或材料信息中的一种或多种组合。
此外，实施例二是以第一基准样品和第二基准样品均存在为例进行说明的。在本发明的其他实施例中，所述第二基准样品可以不存在，则第二检测光波无需经过样品直接到达探测元件，则等效于第二基准样品的第二出光率信息为单位矩阵。
前述第一实施例和第二实施例提供的校准方法均可得到校准参数C，以用于对探测元件的测量光谱进行校准。因此本发明第一实施例或第二实施例提供的校准方法中在得到校准参数C之后，还包括步骤S9：依据校准参数C对探测元件的测量光谱进行校准。步骤S9具体包括步骤S91：通过所述探测元件获取待测样品在待测光波下检测得到待测测量光谱信息；步骤S93：根据所述待测测量光谱信息和所述校准参数确定所述待测样品的待测理论光谱信息；以及步骤S95：根据所述待测理论光谱信息获取所述待测物的待测信息。
其中待测物的待测信息例如包括几何参数或材料参数中的一种或多种的组合，几何参数包括宽度、厚度、偏移误差或倾斜角度中的一种或多种组合；材料参数包括材料种类、折射率或介电常数中的一种或多种组合。通过本实施例提供的校准方法获取的待测物的待测信息排除了杂散光干扰，测量精度更高。
步骤S91例如具体为根据公式(9)计算理论光谱信息Id，公式(9)为C×Id，meas＝d。其中，C为所述校准参数；Id，meas为所述待测测量光谱信息；所述Id为所述待测理论光谱信息。
【第三实施例】
本发明第三实施例为依据前述第一实施例和第二实施例提供的一个具体实施例，以下根据第三实施例对本发明提供的校准方法进行进一步的说明。如图2所示的第三实施例中校准方法包括步骤S101～步骤S301。需要说明的是第三实施例中所述基准样品为前述第一实施例和第二实施例中的第二基准样品Baseline，简称bl。所述计算样品为前述第一实施例和第二实施例中的第一基准样品sample，简称s。多个参考样品为第二基准样品和第一基准样品的集合。光谱仪即第一实施例和第二实施例中的探测元件。第一检测光波和第二检测光波相等，且包括多个待测波长。且第三实施例中以反射率信息作为出光率信息的实施例。
步骤S101：获取厚度不同的多个参考样品通过所述光谱仪采集的多个实测反射光谱；所述多个实测反射光谱与所述多个参考样品一一对应；所述多个参考样品包括已知厚度的基准样品，所述多个实测反射光谱中包括所述基准样品对应的第一反射光谱；所述多个参考样品还包括多个计算样品，所述多个实测反射光谱中包括所述多个计算样品一一对应的多个第二反射光谱；
步骤S201：获取所述多个计算样品各自对应的理论反射率曲线；
步骤S301：根据所述多个计算样品各自对应的所述理论反射率曲线、所述第一反射光谱和所述多个第二反射光谱计算所述光谱仪的杂散光校准参数；以根据所述杂散光校准参数对所述光谱仪进行杂散光校准。
其中，步骤S101中的某个参考样品对应的实测反射光谱可以理解为光谱仪上由该参考样品反射的每个待测波长和该待测波长对应的反射光强的图谱。或者也可以理解为一个反射光强数据集，该反射光强数据集中包含多个光强数据点，每个光强数据点包括一个波长值和与波长值对应的反射光强值。其中每个波长值对应的反射光强值例如为光谱仪(探测元件)上对应该待测波长的探测单元实际测量到的光强值，对应第一基准样品的反射光强值为第一实测光强值，对应第二基准样品的反射光强值为第二实测光强值。例如波长值为X，光强值为Y，则光强数据点可以记为(X，Y)，将多个光强数据点按照X为横坐标、Y值为纵坐标，并按照X的值由小至大的顺序依次排列生成的曲线可以看作所述实测反射光谱。由基准样品(也即第二基准样品Baseline)经光谱仪(探测元件)测得的实际反射光谱即第一反射光谱(第一反射光谱包括多个第二实测光强值，因此包括前述第二测量光谱信息)，由计算样品(也即前述第一基准样品Sample)经光谱仪(探测元件)测得的实际反射光谱即为第二反射光谱(第二反射光谱包括多个第一实测光强值，因此包括前述第二实施例中的第一测量光谱信息)，每个计算样品(也即前述第一基准样品Sample)对应一个第二反射光谱。多个计算样品(也即前述第一基准样品Sample)的厚度不同于基础样品的厚度，且多个计算样品的厚度互不相同(厚度不同导致反射率不同，也即多个第一基准样品的第一出光率信息不同)。理论反射率曲线也可以看作是一个反射率数据集，该反射率数据集包含多个反射率数据点，每个反射率数据点包括一个波长值和与波长值对应的理论反射率值，第一基准样品对应的理论反射率值为前述第一出光率值，第二基准样品对应的理论反射率值为前述第二出光率值。例如波长值为X，理论反射率值为Z，则可以将反射率数据点记为(X，Z)，将多个反射率数据点按照X为横坐标、Z为纵坐标，并按照X的值由小至大的顺序依次排列生成的曲线可以看作是该理论反射率曲线。其中基准样品的厚度为已知厚度(即前述第二实施例中的第二特征参数为已知)。计算样品的厚度(即前述第二实施例中的第一特征参数)可以为已知或者是未知。当各计算样品的厚度已知时，可直接根据其厚度计算出其理论反射率曲线，当各计算样品的厚度未知时可根据基准样品的厚度和第一反射光谱计算得到其理论反射曲线，其具体获取方法将在后续实施例中进行说明，也可参照前述步骤S5(b11)。杂散光校准参数也即前述实施例中的校准参数C。
本发明提供的实施例可以利用光谱仪采集膜厚不同的多个参考样品的实测反射光谱，并结合反射光谱膜厚测量技术计算出光谱仪的杂散光校准参数，实现对光谱仪的杂散光校准。
在第三实施例中，第一反射光谱例如包括基准样品在多个待测波长的待测光波(即前述具有多个不同待测波长的第二检测光波)下测得的多个第一反射光强分布数据，每个第一反射光强分布数据包括与之对应的一个待测波长的波长值和与波长值对应的第一反射光强值(即前述实施例中的第二实测光强值)。每个所述第二反射光谱包括与之对应的所述计算样品在所述多个待测波长的待测光波(即前述第一检测光波，本实施例中第一检测光波与第二检测光波相同)下测得的多个第二反射光强分布数据，每个所述第二反射光强分布数据包括与之对应的待测光波的波长值和与所述波长值对应的第二反射光强值(即第一实测光强值)。每个计算样品各自对应的所述理论反射率曲线包括与之对应的所述计算样品在所述光波下的多个反射率分布数据，每个所述反射率分布数据包括与之对应的所述多个待测波长的波长值和与所述波长值对应的理论反射率(即第一出光率信息)。
步骤S301则具体包括步骤S3011：根据所述多个第一反射光强分布数据、所述多个第二反射光强分布数据和所述多个计算样品各自对应的多个反射率分布数据计算所述光谱仪对应于所述待测光波的杂散光校准参数。
其中，所述多个计算样品的数量不小于所述多个待测波长的数量。
由于可见光和红外光频谱范围内的光波受杂散光影响较小，而紫外光波段内的杂散光影响较大。其中可见光和红外光在紫外引起的杂散光可以通过长波通滤波片进行校准，而紫外光在紫外波段内引起的杂散光很难通过长波通滤波片进行校准。因此主要需要光谱仪进行紫外波段内求杂散光校准参数(也即前述校准参数C)。因此本具体实施例中多个待测波长例如在紫外波段内(波长小于400nm)。举例而言，可以在紫外波段中选择波长值分别为X1、X2、X3、……、XN共N个待测波长，N为正整数，其中X1～XN依次增大。Xi即为N个待测波长中的第i个待测波长。i为1～N的正整数。则第一反射光谱中包括分别对应于X1～XN的多个第一反射光强分布数据，例如波长值X1对应的第一反射光强分布数据包括波长值X1，和与波长值X1对应的第一反射光强值Ybl,1，可以将第1个待测波长对应的第一反射光强分布数据记为(X1，Ybl，1)。其中Ybl,1为光谱仪上测得的基准样品反射波长值为X1的待测波长的第二实测光强值。待测波长Xi对应的第一反射光强分布数据包括波长值Xi和与波长值Xi对应的第一反射光强值Ybl,i，可以将第i个待测波长对应的第一反射光强分布数据记为(Xi，Ybl,i)，依次类推。多个计算样品的数量例如等于多个待测波长的数量，即有N个计算样品，分别记为s1、s2、s3……sN。以计算样品s1为例，其对应的第二反射光谱包括计算样品s1在N个波长下测得的多个第二反射光强分布数据，例如计算样品s1对应待测波长X1的第二反射光强值(第一实测光强值)为Ys1,1，将对应的第二反射光强分布数据记为(X1，Ys1,1)。例如计算样品s1对应待测波长Xi的第二反射光强值为Ys1,i，将对应的第二反射光强分布数据记为(Xi，Ys1,i)，依次类推，i可以为1～N中的任意正整数。例如计算样品s2对应波长为X1的第二反射光强值(第一实测光强值)为Ys2,1，将对应的第二反射光强分布数据记为(X1，Ys2,1)，例如计算样品s2对应波长为Xi的第二反射光强值(第一实测光强值)为Ys2,i，将对应的第二反射光强分布数据记为(Xi，Ys2,i)，依次类推。计算样品s1对应的理论反射率曲线包括计算样品s1在N个待测波长下对应的多个反射率分布数据，与波长X1对应的反射率分布数据包括波长值X1和与X1对应的理论反射率(即第一出光率值)Zs1,1，该反射率分布数据可以记为(X1，Zs1,1)。与波长Xi对应的反射率分布数据包括波长值Xi和与Xi对应的理论反射率Zs1,i，该反射率分布数据可以记为(Xi，Zs1,i)，依次类推。计算样品s2对应的理论反射率曲线包括计算样品s2在N个待测波长下对应的多个反射率分布数据，与待测波长X1对应的反射率分布数据包括波长值X1和与X1对应的理论反射率Zs2,1，该反射率分布数据可以记为(X1，Zs2,1)。与光波Xi对应的反射率分布数据包括波长值Xi和与Xi对应的理论反射率Zs2,i，该反射率分布数据可以记为(Xi，Zs2,i)，依次类推。
更具体地，步骤S3011具体包括：
根据所述多个计算样品中目标计算样品对应的多个反射率分布数据得到目标计算反射率矩阵，所述目标计算反射率矩阵为N行*N列的对角矩阵，所述对角矩阵上第i行第i列的元素的值为所述目标计算样品对应第i个待测波长的所述理论反射率；
根据与所述目标计算样品对应的多个目标第二反射光强分布数据得到目标第二反射光谱矩阵，所述目标第二反射光谱矩阵为N行*1列的矩阵，所述目标第二反射光谱矩阵上第i行元素的值为所述多个目标第二反射光强分布数据中对应所述第i个待测波长的所述第二反射光强值；
根据所述多个第一反射光强分布数据得到第一反射光谱矩阵，所述第一反射光谱矩阵为N行*1列的矩阵，所述第一反射光谱矩阵上第i行元素的值为所述多个第一反射光强分布数据中对应所述第i个待测波长的所述第一反射光强值；
根据所述目标反射率矩阵、所述目标第二反射光谱矩阵和所述第一反射光谱矩阵计算得到杂散光校准矩阵；并将所述杂散光矩阵作为所述光谱仪的与所述N个待测波长对应的所述杂散光校准参数；
其中，i为1～N的正整数，所述杂散光校准矩阵为N行*N列的矩阵。
举例而言，记目标计算样品为st，目标计算样品为前述多个第一基准样品之一，也可称为目标第一基准样品。根据目标计算样品st对应的多个反射率分布数据(X1，Zst，1)、(X2，Zst，1)……(Xi，Zst，i)……(Xi，Zst，N)得到目标反射率矩阵Rst，即目标第一基准样品的第一出光率信息。目标反射率矩阵Rst为N*N的对角矩阵，第i行第i列的元素值为目标计算样品对应的第i个待测波长Xi的理论反射率值Zst,i。
即
其中rst,ii为目标反射率矩阵Rst第i行第i列的元素值，目标样品为s1时rst,11为Zs1,1，目标计算样品为sj时rst,ii为Zsj,1。
根据目标计算样品对应的多个目标第二反射光强分布数据(X1，Yst,1)、(X2，Yst,1)……(Xi，Yst,i)……(Xi，Yst,N)得到目标第二反射光谱矩阵Ist,meas(也即目标第一基准样品的第一测量光谱信息)，目标第二反射光谱矩阵Ist,meas为N*1的矩阵，第i行的元素值为目标计算样品st对应第i个待测波长的第二反射光强值Yst,i。
即
其中，其中Ist,i为目标第二反射光谱矩阵Ist,meas第i行的元素值，目标样品为s1时Ist,1为Ys1,1，目标计算样品为sj时Ist,1为Ysj,1。
根据多个第一反射光强分布数据(X1，Ybl,1)、(X2，Ybl,1)……(Xi，Ybl,i)……(Xi，Ybl,N)得到第一反射光谱矩阵Ibl,meas(也即前述第二基准样品的第二测量光谱信息)，第一反射光谱矩阵Ibl,meas为N*1的矩阵，第i行的元素值为标准样品bl对应第i个波长的第一反射光强值Ybl,i。
即
其中，其中Ibl,i为第一反射光谱矩阵Ibl,meas第i行的元素值，即Ybl,i。
杂散光校准矩阵(也即前述校准参数)C为N行*N列的矩阵，
其中cii为杂散光校准矩阵C中第i行第i列的元素值。
具体的，分别以所述多个计算样品为所述目标计算样品，参照前述公式(6)可根据以下公式求解所述杂散光校准矩阵：Rst×C×Ibl,meas-CIst,meas＝0。
其中，Rst为所述目标反射率矩阵(即目标计算样品对应的第一出光率信息)，C为所述杂散光校准矩阵(即校准参数)，Ibl,,meas为所述第一反射光谱矩阵(即第二测量光谱信息)，Ist,meas为所述目标第二反射光谱矩阵(即目标计算样品的第一测量光谱信息)。
即以目标计算样品st分别为计算样品s1～sN(即t分别取1～N的正整数，)，可解得杂散光校准矩阵C中各个元素cii的值。
可以根据杂散光校准矩阵C对光谱仪进行杂散光校正。校正原理如下：在光谱仪内部，无论某个波长是否在光谱仪测量范围内，该波长的光在其他波长对应的探测单元上引起响应的几率不变，引起的光信号强度的变化与该波长的光强的比值不变。为了描述探测阵列中每个探测单元对杂散光的响应，可以使用N*N的杂散光分布矩阵D来表示，其中dij为第i个波长在第j个波长的对应的探测单元引起的光信号强度变化量与第i个波长的光强的比值，对角线元素dii均为0。
第j个波长对应的探测单元上杂散光Ij，stray可由下式表示，其中Ii为第i个待测波长的真实值Ij,stray＝∑(dij×Ii)。第j个波长对应的探测单元上的光强测量值Ij，meas可表示为Ij,meas＝Ij,stray+Ij。光谱仪测量光谱Imeas可以表示为Imeas＝I+Istray＝I+DI＝(E+D)I，其中I为不含杂散光的光谱，也可以称为真实值(或称理论值)，Istray为杂散光的部分。E为N行*N列的单位矩阵。由此矩阵(E+D)的逆矩阵即为杂散光校准矩阵C，C＝(E+D)-1。求得C之后可根据Imeas计算得到I。
而根据公式Rst×C×Ibl,-Ist,＝0计算C的原理如下：入射光谱记为Io，反射光谱记为Ir，反射率矩阵记为R，反射率矩阵R为N行*N列的对角矩阵，
对角线元素rii，为第i个波长对应的理论反射率，是波长、样品厚度和透射率的函数，可以基于反射光谱膜层的光学模型计算得到。入射光谱Io、反射光谱Ir和反射率矩阵R有如下关系，Ir＝RIo，当第一基准样品和第二基准样品的入射光谱相同时，对于基准样品和任意一个计算样品都满足RsIbl＝RblIs，可以假设Rbl为单位矩阵，则可得到RsIbl＝Is。使用光谱仪采集反射光谱，则反射光谱的真实值、测量值和杂散光校准矩阵C有以下关系：
CIbl,meas＝Ibl。
CIs,meas＝Is。
将计算样品的反射率矩阵Rs左乘在等式两边，可以得到：
RsCIbl,meas＝RsIbl＝Is＝CIs,meas。
最终得到Rs×C×Ibl,-Is,meas＝0。
其中，当各计算样品的厚度已知时，则各计算样品的理论反射率矩阵Rs也为已知。当有某个计算样品的厚度未知时，由于可见光和红外波段的光受杂散光影响可忽略不计，因此对于第一反射光谱和任意一个第二反射光谱对应于可见光和红外波段的部分，可以认为探测单元测得的波长值对应的反射光强值即为实际反射光强值。例如所述第一反射光谱还包括所述基准样品在第一参考光波下测得的多个第一参考反射光强分布数据(包括第二参考测量光谱信息)，每个所述第一参考反射光强分布数据包括与之对应的所述参考光波的一个待测波长的波长值和与所述波长值对应的第一参考反射光强值。其中第一参考光波可以选自于可见光或者红外波段(包括波长大于等于400nm的波长)。多个第一参考反射光强分布数据可以参照第一反射光强分布数据进行理解，不同的只是待测光波(即第一检测光波)的波长是紫外波段的，而第一参考光波的波长是可见光或者红外波段的。
所述多个第二反射光谱中与目标计算样品对应的目标第二反射光谱还包括：所述目标计算样品在所述第一参考光波下测得的多个目标第二参考反射光强分布数据，每个所述目标第二参考反射光强分布数据包括与之对应的所述第一参考光波的一个波长值和与所述波长值对应的第二参考反射光强值(即前述第一参考出光率值)。同理目标第二参考反射光强分布数据可以参照目标第二反射光强分布数据进行理解，不同的只是待测光波的波长是紫外波段的，而第一参考光波的波长是可见光或者红外波段的。
步骤S201具体包括：
根据所述基准样品的所述已知厚度获取所述基准样品在第一参考光波下的多个参考反射率分布数据，每个所述参考反射率分布数据包括与之对应的所述第一参考光波的波长值和与所述波长值对应的理论反射率。
根据所述参考反射率分布数据、所述第一参考反射光强分布数据以及，所述多个目标第二参考反射光强分布数据计算所述目标计算样品的厚度；
根据所述目标计算样品的厚度计算所述目标样品的所述理论反射率曲线。
对于第一参考光波(即可见光和红外光波段)而言，光强的测量光谱Imeas可以认为等于真实值I，因此可以根据RsIbl＝RblIs,中Ibl、Is和Rbl三个已知量解得Rs。根据目标计算样品在参考光波的波段内的理论反射率可计算得到目标计算样品的膜厚(也即第一特征参数)，根据目标计算样品的膜厚可以计算目标计算样品对应任意波长的光波的理论反射率，从而得目标计算样品的理论反射率曲线，即可以得到前述第一出光率信息。
如图3至6所示为根据本发明提供的光谱仪的杂散光校准方法的仿真验证实验得到的数据图。仿真验证时在190～210nm波段内取10个不同波长作为待测光波，预设杂散光校准矩阵Ctrue,DUV如下：
多个参考样品选择单层氧化硅样品，基准样品使用厚度为(埃)的样品，计算样品厚度设置为/>厚度差值为/>取10个膜厚的计算样品。根据上述方法计算出杂散光校准矩阵C与Ctrue，DUV一致。其中图3为厚度/>的计算样品的反射光谱示意图。图4为图3的局部放大示意图。图5为厚度/>的计算样品的反射率曲线示意图。图6为图5的局部放大示意图。图3和图4中Straylight None曲线为不含杂散光的反射光谱，Straylight曲线为含杂散光的实测反射光谱，Straylight Callbration曲线为通过杂散光校准参数校准后得到的无杂散光的反射光谱。横坐标为波长值，纵坐标为光强值。图3为0～900nm范围的光谱图，图4为图3中190～220nm范围的光谱图。从图3和图4可以看出Straylight None和Straylight Callbration的光谱曲线一致。图5为0～900nm范围的反射率曲线图，图6为图5中190～220nm范围的反射率曲线图。从图5和图6可以看出Straylight None和StraylightCallbration的光谱曲线的反射率曲线一致，因此采用本实施例提供的校准参数校准光谱仪是有效的。
如图7所示，本发实施例提供一种校准装置200(也可以称为杂散光校准装置)，用于执行前述第一实施例或第二实施例校准方法，校准装置200包括测量光谱信息获取模块24和校准参数确定模块25。其中，在校准装置200用于执行前述第一实施提供的校准方法中，测量光谱信息获取模块24用于执行前述第一实施例提供的校准方法中的步骤S1，校准参数确定模块25用于执行前述第一实施例中的步骤S3，具体地用于执行步骤S3(a)。
在校准装置200用于执行第二实施例中提供的校准方法时，测量光谱信息获取模块24用于执行前述第二实施例提供的校准方法中的步骤S1，还用于执行前述第二实施例中的步骤S2，校准参数确定模块25用于执行前述第二实施例中的步骤S3，具体地用于执行步骤S3(b)。
在校准装置200用于执行第三实施例中提供的校准方法时，如图8所示校准装置200包括反射光谱获取模块21、反射率曲线获取模块22和杂散光校准参数计算模块23。反射光谱获取模块21用于执行前述第三实施例中的步骤S101，反射率曲线获取模块22用于执行前述第三实施例中的步骤S201，杂散光校准参数计算模块23用于执行前述第三实施例中的步骤S301，具体用于执行前述步骤S3011。关于杂散光校准装置200具体的功能可参照前述第一实施例、第二实施例或第三实施例中的描述。本实施例提供的杂散光校准装置200具有与前述第一实施例、第二实施例或第三实施例相同的有益效果，在此不再赘述。
参照图9，本发明提供的一种校准系统300(也可以称为杂散光校准系统)，例如包括处理器301和电连接处理器301的存储器302，存储器302存储有处理器301执行的指令，所述指令使得处理器301执行操作以进行前述第一实施例中任意一种校准方法。
本发明实施例提供的校准系统200的功能和技术效果可参考前述第一实施例、第二实施例或第三实施例中校准方法的相关描述，在此不再赘述。
参照图10，本发明实施例提供了一种可读介质400，可读介质400存储有计算机可读指令401，计算机可读指令401包括用于执行前述第一实施例、第二实施例或第三实施例中任意一种校准方法的指令。
本发明实施例提供的可读介质400的功能和技术效果可参考与前述第一实施例、第二实施例或第三实施例中校准方法的技术效果，在此不再赘述。
需要说明的是，在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和/或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元/模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元/模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元/模块的形式实现。
上述以软件功能单元/模块的形式实现的集成的单元/模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)的一个或多个处理器执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (24)

1.一种校准方法，其特征在于，用于对探测元件的测量光谱信息进行校准，所述校准方法包括：
通过所述探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息；
基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，所述校准参数用于对所述探测元件的测量光谱信息进行校准；
其中，所述参考信息为所述第二检测光波的入射光谱信息；或，所述校准方法还包括第一测量光谱获取步骤；所述第一测量光谱获取步骤包括：通过所述探测元件在第一检测光波下对第一基准样品进行检测获取第一测量光谱信息，所述参考信息包括所述第一测量光谱信息和所述第一基准样品的第一出光率信息，所述第一出光率信息为所述第一检测光波经过所述第一基准样品到达所述探测元件的出光效率。
2.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述通过所述探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息，包括：通过所述第二检测光波对第二基准样品进行检测，所述第二检测光波经过所述第二基准样品后形成第一信号光波，并被所述探测元件接收形成所述第二测量光谱信息。
3.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述参考信息为所述第二检测光波的入射光谱信息，所述基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，包括：
根据所述第二基准样品的第二出光率信息与所述第二检测光波的入射光谱信息确定所述第二基准样品对应于所述第二检测光波的第一理论光谱信息；
根据所述第二测量光谱信息和所述第一理论光谱信息确定所述校准参数。
4.如权利要求3所述的校准方法，其特征在于，所述根据所述第二测量光谱信息和所述第一理论光谱信息确定所述校准参数，包括：
根据以下公式求解所述校准参数：C×Ibl,＝bl；
其中，所述C为所述校准参数，所述Ibl,为所述第二测量光谱信息；所述Ibl为所述第一理论光谱信息。
5.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述参考信息为所述第一测量光谱信息和所述第一出光率信息，所述第一基准样品对应于所述第一检测光波的第二理论光谱信息与所述第一出光率信息具有第一比值，所述第二基准样品对应于所述第二检测光波的第一理论光谱信息与第二出光率信息具有第二比值；其中，所述第二出光率信息为所述第二检测光波经过所述第二基准样品到达所述探测元件的出光效率；
所述基于所述第一测量光谱信息以及所述参考信息确定所述校准参数，包括：
基于所述第一比值和所述第二比值之比等于所述第一检测光波与所述第二检测光波的入射光强之比获取所述校准参数。
6.如权利要求5所述的校准方法，其特征在于，所述第一检测光波和所述第二检测光波相同，所述第一比值等于所述第二比值。
7.如权利要求6所述的校准方法，其特征在于，所述基于所述第一比值和所述第二比值之比等于所述第一检测光波与所述第二检测光波的入射光强之比获取所述校准参数，包括：
通过遗传算法基于下式得到所述校准参数：
Rs×C×Ibl,meas-Rbl×C×Is,meas＝0；
其中，所述Rs为所述第一出光率信息，所述C为所述校准参数，所述Ibl,meas为所述第二测量光谱信息，所述Is,meas为所述第一测量光谱信息；所述Rbl为所述第二出光率信息。
8.如权利要求7所述的校准方法，其特征在于，所述第一出光率信息或所述第二出光率信息为单位矩阵。
9.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述第一检测光波和所述第二检测光波相同，所述参考信息包括所述第一测量光谱信息和所述第一基准样品的第一出光率信息；所述基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，包括：
基于下式得到所述校准参数：
Rs×C×Ibl,meas-C×Is，meas＝0；
其中，所述Rs为所述第一出光率信息，所述C为所述校准参数，所述Ibl,meas为所述第二测量光谱信息，所述Is,meas为所述第一测量光谱信息。
10.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述第一检测光波经所述第一基准样品反射后形成第二信号光波被所述探测元件接收，所述第一出光率信息为所述第一基准样品的反射率信息；或者，所述第一检测光波经所述第一基准样品透射后形成第二信号光波被所述探测元件接收，所述第一出光率信息为所述第一基准样品的透射率信息。
11.如权利要求5所述的校准方法，其特征在于，所述第二检测光波经所述第二基准样品反射后形成所述第一信号光波被所述探测元件接收；所述第二出光率信息为所述第二基准样品的反射率信息；或者，所述第二检测光波经所述第二基准样品透射后形成所述第一信号光波被所述探测元件接收，所述第二出光率信息为所述第二基准样品的透射率信息。
12.如权利要求9所述的校准方法，其特征在于，所述第一检测光波包括N个不同待测波长，N为正整数；所述第一测量光谱信息为N行*1列的矩阵；所述第一测量光谱信息的第i行的元素值为所述探测元件探测到所述第一检测光波中第i个待测波长对应的第一实测光强值；所述第二测量光谱信息为N行*1列的矩阵，所述第二测量光谱信息的第i行的元素值为所述探测元件探测到所述第二检测光波中第i个待测波长对应的第二实测光强值；所述校准参数为N行*N列的矩阵；所述第一出光率信息为N行*N列的对角矩阵，所述第一出光率信息的第i行第i列的元素值为所述第一基准样品对应所述第一检测光波中第i个待测波长的第一出光率值。
13.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述校准方法包括一次或多次进行所述第一测量光谱获取步骤以获取多个所述第一基准样品的第一出光率信息；不同所述第一基准样品的第一出光率信息不同；每次第一测量光谱获取步骤中的第一检测光波包括一个或多个待测波长；所述第一基准样品的数量大于或等于所述待测波长的总数。
14.如权利要求5所述的校准方法，其特征在于，所述校准方法还包括：根据所述第一基准样品的厚度及材料信息利用光学模型获取所述第一基准样品的第一出光率信息，所述材料信息包括材料种类或折射率的一种或多种组合；或者，
所述校准方法还包括：通过第一参考光波对所述第一基准样品进行检测得到所述第一基准样品的第一特征参数；根据所述第一特征参数获取所述第一基准样品在待测波长下的第一出光率信息，所述第一参考光波的波长与所述待测波长至少部分不相同。
15.如权利要求14所述的校准方法，其特征在于，所述通过第一参考光波对所述第一基准样品进行检测得到所述第一基准样品的第一特征参数，包括：在第一参考光波下对所述第一基准样品进行检测获取第一参考光谱信息；根据所述第一参考光谱信息获取所述第一基准样品的第一特征参数；所述第一特征参数包括所述第一基准样品的厚度和材料信息中的一者或多种组合；
所述根据所述第一特征参数获取所述第一基准样品在待测波长下的第一出光率信息，包括：根据所述第一特征参数利用光学模型获取所述第一基准样品在所述待测波长下的第一出光率信息。
16.如权利要求14所述的校准方法，其特征在于，所述第一参考光波包括波长大于或等于400nm的波长；所述待测波长包括波长小于400nm的波长。
17.如权利要求15所述的校准方法，其特征在于，所述通过第一参考光波对所述第一基准样品进行检测得到所述第一基准样品的第一特征参数，还包括：在第二参考光波下对参考样品进行检测获取第二参考光谱信息；
所述根据所述第一参考光谱信息获取所述第一基准样品的第一特征参数，包括：
根据所述第一参考光谱信息、所述第二参考光谱信息和所述参考样品对应于所述第二参考光波的第二参考出光率信息获取所述第一特征参数；
或者，所述在第一参考光波下对所述第一基准样品进行检测获取第一参考光谱信息，包括：获取所述第一参考光波不同偏振方向的第一参考光谱信息；
所述根据所述第一参考光谱信息获取所述第一基准样品的第一特征参数，包括：根据不同偏振方向的第一参考光谱信息获取多个波长下的拟合参数，特定波长的拟合参数取决于所述第一基准样品的第一特征参数；对拟合参数与波长的对应关系进行拟合，获取所述第一基准样品的第一特征参数；所述拟合参数为所述第一参考光波的波长下的第一参考出光率信息或傅里叶系数。
18.如权利要求17所述的校准方法，其特征在于，所述第二参考光波与第一参考光波相同；所述参考样品为所述第二基准样品；所述根据所述第一参考光谱信息、所述第二参考光谱信息和所述参考样品对应于所述第二参考光波的第二参考出光率信息获取所述第一特征参数，包括：
按照如下公式解得所述第一基准样品在所述第一参考光波下的第一参考出光率信息Rs,2：
Rs，2×Ibl，meas2＝Rbl,2×Is,meas2；
其中，所述Rs，2为第一基准样品对应于第一参考光波的波长的第一参考出光率信息；所述Ibl，meas2为所述第二参考光谱信息；所述Rbl,2为所述第二基准样品对应于第一参考光波的波长的第二参考出光率信息；所述Is,meas2为所述第一参考光谱信息；
利用光学模型根据所述第一参考出光率信息确定所述第一特征参数。
19.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，还包括：
通过所述探测元件获取待测样品在待测光波下检测得到待测测量光谱信息；
根据所述待测测量光谱信息和所述校准参数确定所述待测样品的待测理论光谱信息；
根据所述待测理论光谱信息获取所述待测物的待测信息。
20.如权利要求19所述的校准方法，其特征在于，所述待测信息包括：几何参数或材料参数中的一种或多种组合；所述几何参数包括：宽度、厚度、偏移误差或倾斜角度中的一种或多种组合；所述材料参数包括：材料种类、折射率或介电常数中的一种或多种组合。
21.如权利要求19所述的校准方法，其特征在于，所述根据待测测量光谱信息和所述校准参数确定所述待测样品的待测理论光谱信息，包括：
根据以下公式计算Id：
C×Id，meas＝Id；
其中，所述C为所述校准参数；所述Id，meas为所述待测测量光谱信息；所述Id为所述待测理论光谱信息。
22.一种校准装置，其特征在于，应用于对探测元件的测量光谱信息进行校准，所述校准装置包括：
测量光谱信息获取模块，用于通过所述探测元件获取第二检测光波照射下形成的第二测量光谱信息；
校准参数确定模块，用于基于所述第二测量光谱信息以及参考信息确定校准参数，所述校准参数用于对所述探测元件的测量光谱信息进行校准；所述参考信息为所述第二检测光波的入射光谱信息；或，所述测量光谱信息获取模块还用于通过所述探测元件在第一检测光波下对第一基准样品进行检测获取第一测量光谱信息；所述参考信息包括所述第一测量光谱信息和所述第一基准样品的第一出光率信息，所述第一出光率信息为所述第一检测光波经过所述第一基准样品到达所述探测元件的出光效率。
23.一种校准系统，其特征在于，包括：处理器和连接所述处理器的存储器，所述存储器存储有所述处理器执行的指令，且所述指令使得所述处理器执行操作以进行如权利要求1-21任意一项所述的校准方法。
24.一种可读介质，其特征在于，所述可读介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令包括用于执行如权利要求1-21中任一项所述的校准方法的指令。
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