CN118089582A - 形貌测量设备、形貌测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了形貌测量设备、形貌测量装置及测量方法，包括：光电探测阵列、信号生成单元、多个光电检测单元以及处理单元；其中，信号生成单元用于输出具有第一频率的第一电压信号；光电探测阵列包括多个光电转换单元，光电转换单元用于接收光信号，并将接收到的光信号转换为初始电流信号后，输出给光电检测单元；任一个光电检测单元用于根据第一电压信号和初始电流信号生成目标电压信号；处理单元用于采集每一个光电检测单元对应的目标电压信号，并根据采集到的每一个光电检测单元对应的目标电压信号，确定待测量表面的形貌测量数据，以及确定每一个光电检测单元所在支路的工作状态。
Description
技术领域
本申请涉及形貌测量技术领域，特别涉及形貌测量设备、形貌测量装置及测量方法。
背景技术
为了获取物体的表面形貌，通常采用形貌测量系统对物体进行形貌测量。为达到高精度的精密测量，需要形貌测量系统支持测校和故障定位。传统的测校和故障定位方式为：在形貌测量系统中增加信号源和多个电子开关，导致成本增加、功耗增加、电路板面积增加。
发明内容
本申请实施例提供一种形貌测量设备、形貌测量装置及测量方法，用于解决现有技术中成本增加、功耗增加以及电路板面积增加的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种形貌测量设备，包括：光电探测阵列、信号生成单元、多个光电检测单元以及处理单元；其中，所述信号生成单元与所述多个光电检测单元连接，所述信号生成单元用于：输出具有第一频率的第一电压信号；所述光电探测阵列包括多个光电转换单元，所述多个光电转换单元与所述多个光电检测单元一一对应连接；所述光电转换单元用于：接收光信号，并将接收到的光信号转换为初始电流信号后，输出给所述光电检测单元；所述多个光电检测单元分别与所述处理单元连接，所述多个光电检测单元中的任一个光电检测单元用于：根据所述第一电压信号和所述初始电流信号生成目标电压信号；所述处理单元用于：采集每一个所述光电检测单元对应的目标电压信号，并根据采集到的每一个所述光电检测单元对应的目标电压信号，确定待测量表面的形貌测量数据，以及确定每一个所述光电检测单元所在支路的工作状态。
基于上述实施例，通过向光电检测单元输入具有第一频率的第一电压信号，以及向光电检测单元输入初始电流信号，通过光电检测单元将接收到的初始电流信号和第一电压信号进行融合后转换为目标电压信号，则该目标电压信号与初始电流信号和第一电压信号均相关。处理单元可以对每一个光电检测单元对应的目标电压信号进行采集，采集到多个目标电压信号。由于目标电压信号与初始电流信号和第一电压信号均相关，处理单元通过对采集到的多个目标电压信号进行数据处理，实现形貌测量的数据计算过程，以及确定每一个光电检测单元所在支路的工作状态的工作过程，实现测校和故障定位的过程。
与现有技术中的形貌测量设备通过电子开关来实现2选1的方式不同，本申请实施例提供的形貌测量设备不用额外增加电子开关，即可实现形貌测量过程以及测校和故障定位过程，降低了成本、功耗和电路板面积。并且，由于不需要设置电子开关，则无需额外控制信号，减少了控制复杂度。以及，可在不中断形貌测量过程的情况下，即可实现对每一个光电检测单元所在支路进行在线故障诊断的过程。
并且，与现有技术中的方案只能利用半量程相比，本申请实施例提供的形貌测量设备，通过设置信号生成单元，可以增加一个偏压，从而使输出端增加了输出电压范围，能提高信噪比。
以及，与现有技术中的方案相比，本申请实施例提供的形貌测量设备，由于没有数字信号引入光电检测单元所在的模拟区域，保证了模拟区域的干净，减少噪声干扰。
在一些可能的实施方式中，所述信号生成单元包括：标准信号源和多个第一电阻；其中，所述标准信号源通过所述多个第一电阻与所述多个光电检测单元一一对应连接；所述标准信号源用于：输出具有所述第一频率的第二电压信号，所述第二电压信号经所述第一电阻分压后生成所述第一电压信号。
示例性地，信号生成单元可以输出多个不同频率的电压信号。在实际应用中，可以根据应用的需求，从这些频率中输出相应的频率对应的电压信号。例如，本申请中，可以使信号生成单元输出具有第一频率的第一电压信号。
在一些可能的实施方式中，可以通过设置标准信号源和多个第一电阻与光电检测单元的连接形式，实现第一电压信号的输出。例如，每一个所述光电检测单元的第一输入端与对应的所述光电转换单元连接，每一个所述光电检测单元的第二输入端与接地端连接；所述标准信号源通过所述第一电阻与对应的所述光电检测单元的第一输入端连接。
在一些可能的实施方式中，可以通过设置标准信号源和多个第一电阻与光电检测单元的连接形式，实现第一电压信号的输出。例如，每一个所述光电检测单元的第一输入端与对应的所述光电转换单元连接；所述标准信号源通过所述第一电阻与对应的所述光电检测单元的第二输入端连接。
在一些可能的实施方式中，为了测量光电检测单元所在支路的工作状态，所述目标电压信号为数字电压信号，所述处理单元进一步用于：多次采集每一个所述光电检测单元输出的所述目标电压信号，得到每一个所述光电检测单元对应的多个采样数据；将每一个所述光电检测单元对应的多个采样数据进行快速傅里叶变换，得到每一个所述光电检测单元对应所述第一频率的状态监测数据；在确定所述状态监测数据未处于监测阈值范围内时，确定所述状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于异常工作状态；在确定所述状态监测数据处于监测阈值范围内时，确定所述状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于正常工作状态。
在一些可能的实施方式中，任一个所述光电检测单元包括：电流电压转换电路和模数转换电路；所述光电转换单元依次通过所述电流电压转换电路和所述模数转换电路与所述处理单元连接。示例性地，电流电压转换电路例如包括跨阻放大电路，跨阻放大电路例如包括放大器和跨阻电阻。模数转换电路例如包括模数转换器。
通常通过FFT处理分析，可以得到幅值和相位。本申请实施例中，状态监测数据可以包括幅值和/或相位。例如，状态监测数据包括幅值时，则监测阈值范围包括对应幅值的监测阈值范围。状态监测数据包括相位时，则监测阈值范围包括对应相位的监测阈值范围。
在一些可能的实施方式中，所述状态监测数据包括幅值；所述处理单元进一步用于：在确定所述幅值未处于所述监测阈值范围内时，确定所述幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于异常工作状态；以及，在确定所述幅值处于所述监测阈值范围内时，确定所述幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于正常工作状态。
在一些可能的实施方式中，所述状态监测数据包括相位；所述处理单元进一步用于：在确定所述相位未处于所述监测阈值范围内时，确定所述相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于异常工作状态；以及，在确定所述相位处于所述监测阈值范围内时，确定所述相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于正常工作状态。
在一些可能的实施方式中，可以通过设置监测阈值范围，以将确定出来的状态监测数据和监测阈值范围进行比对，从而根据比对的结果，确定出光电检测单元所在支路的工作状态。示例性地，监测阈值范围可以是预先确定的。或者，为了提高精准性，也可以跟随测量过程中得到的状态监测数据进行确定。例如，所述处理单元进一步用于：根据所述多个状态监测数据，确定平均值和标准差；根据所述平均值和所述标准差，将[μ-k*σ，μ+k*σ]，确定为所述监测阈值范围；其中，μ代表所述平均值，σ代表所述标准差，k为大于0的整数。
本申请对k的具体数值不作限定，其可以根据实际应用的需求确定其数值。示例性地，可以将k＝3，则监测阈值范围为[μ-3σ，μ+3σ]。
在一些可能的实施方式中，以两个光电转换单元为一组，将所述多个光电转换单元划分为N个单元组；所述N个单元组中的每一个单元组包括第一光电转换单元和第二光电转换单元。并且，本申请对确定平均值μ的具体过程不作限定。示例性地，所述处理单元进一步用于：采用如下公式，确定所述平均值μ；
其中，Qa_n代表所述N个单元组中第n个单元组内的第一光电转换单元连接的光电检测单元对应的状态监测数据，Qb_n代表所述第n个单元组内的第二光电转换单元连接的光电检测单元对应的状态监测数据，N为大于0的整数，1≤n≤N。
在一些可能的实施方式中，本申请对确定标准差σ的具体过程不作限定。示例性地，所述处理单元进一步用于：采用如下公式，确定所述标准差σ；
在一些可能的实施方式中，以两个光电转换单元为一组，将所述多个光电转换单元划分为N个单元组；所述N个单元组中的每一个单元组包括第一光电转换单元和第二光电转换单元；
所述处理单元进一步用于：根据采集到的目标电压信号，计算每一个所述单元组对应的中间电信号；根据每一个所述单元组对应的中间电信号，确定每一个所述单元组对应的初始测量数据；根据每一个所述单元组对应的初始测量数据，确定所述形貌测量数据。
第二方面，本申请实施例还提供了一种形貌测量装置，包括：反射棱镜、光栅阵列、以及包括如第一方面或第一方面的各种实施方式的形貌测量设备；其中，所述光栅阵列包括多个三角光栅；所述反射棱镜用于：将被测物体的待测量表面反射的光信号，反射到所述三角光栅中；所述三角光栅用于：将入射的光信号分成两个不同方向的光信号，并使所述两个不同方向的光信号分别入射到不同的光电转换单元中。
由于上述形貌测量设备的性能较好，因而，包括上述形貌测量设备的形貌测量装置的性能也较好。以及，该形貌测量装置解决问题的原理与前述形貌测量设备相似，因此该形貌测量装置的实施可以参照前述形貌测量设备的实施，重复之处不再赘述。
第三方面，本申请实施例还提供了一种基于形貌测量设备的测量方法。该测量方法可以包括：采集每一个所述形貌测量设备中的每一个光电检测单元对应的所述目标电压信号，根据采集到的每一个所述光电检测单元对应的目标电压信号，确定待测量表面的形貌测量数据，以及确定每一个所述光电检测单元所在支路的工作状态。
在一些可能的实施方式中，为了测量光电检测单元所在支路的工作状态，所述采集每一个所述形貌测量设备中的每一个光电检测单元对应的所述目标电压信号，可以包括：多次采集每一个所述光电检测单元输出的所述目标电压信号，得到每一个所述光电检测单元对应的多个采样数据。以及，所述确定每一个所述光电检测单元所在支路的工作状态，可以包括：将每一个所述光电检测单元对应的多个采样数据进行快速傅里叶变换，得到每一个所述光电检测单元对应所述第一频率的状态监测数据。其中，在确定所述状态监测数据未处于监测阈值范围内时，确定所述状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于正常工作状态。在确定所述状态监测数据处于监测阈值范围内时，确定所述状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于异常工作状态。
在一些可能的实施方式中，可以通过设置监测阈值范围，以将确定出来的状态监测数据和监测阈值范围进行比对，从而根据比对的结果，确定出光电检测单元所在支路的工作状态。示例性地，监测阈值范围可以是预先确定的。或者，为了提高精准性，也可以跟随测量过程中得到的状态监测数据进行确定。例如，测量方法还包括：根据所述多个状态监测数据，确定平均值和标准差。根据所述平均值和所述标准差，将[μ-k*σ，μ+k*σ]，确定为所述监测阈值范围。其中，μ代表所述平均值，σ代表所述标准差，k为大于0的整数。
在一些可能的实施方式中，所述状态监测数据包括幅值，监测阈值范围可以包括对应幅值的监测阈值范围。其中，在确定所述幅值未处于所述监测阈值范围内时，确定所述幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于异常工作状态。在确定所述幅值处于所述监测阈值范围内时，确定所述幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于正常工作状态。
在一些可能的实施方式中，所述状态监测数据包括相位，监测阈值范围可以包括对应相位的监测阈值范围。其中，在确定所述相位未处于所述监测阈值范围内时，确定所述相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于异常工作状态。在确定所述相位处于所述监测阈值范围内时，确定所述相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于正常工作状态。
附图说明
图1为本申请实施例中的一种形貌测量系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中的一种形貌测量设置的结构示意图；
图3为本申请实施例中的一种形貌测量设备的具体结构示意图；
图4为本申请实施例中的一种测量方法的流程图；
图5为本申请实施例中的又一种形貌测量设备的具体结构示意图。
附图标记：
10-光电探测阵列；20-信号生成单元；30a_1～30a_N、30b_1～30b_N-光电检测单元；40-处理单元；110a_1～110a_N-第一光电转换单元；110b_1～110b_N-第二光电转换单元；R1a_1～R1a_N、R1b_1～R1b_N-第一电阻；21-标准信号源；31a_1～31a_N、31b_1～31b_N-电流电压转换电路；32a_1～32a_N、32b_1～32b_N-模数转换电路；311a_1～311a_N、311b_1～311b_N-跨阻放大电路；321a_1～321a_N、321b_1～321b_N-模数转换器；OPa_1～OPa_N、OPb_1～OPb_N-放大器；Rfa_1～Rfa_N、Rfb_1～Rfb_N-跨阻电阻；ZC-形貌测量设备；PS-反射棱镜；TG-光栅阵列；tg-三角光栅；Z_1～Z_N-单元组；MS-被测物体；voa_1～voa_N、vob_1～vob_N-初始电压信号；vma_1～vma_N、vmb_1～vmb_N-目标电压信号；Vc-第二电压信号。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。方法实施例中的具体操作方法也可以应用于装置实施例或系统实施例中。需要说明的是，在本申请的描述中“至少一个”是指一个或多个，其中，多个是指两个或两个以上。鉴于此，本申请实施例中也可以将“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
需要指出的是，本申请实施例中“连接”指的是电连接，两个电学元件连接可以是两个电学元件之间的直接或间接连接。例如，A与B连接，既可以是A与B直接连接，也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元件间接连接，例如A与B连接，也可以是A与C直接连接，C与B直接连接，A与B之间通过C实现了连接。本申请实施例中，“耦合”可以指两个绕组之间通过电磁场耦合，即两个绕组之间可以通过电磁场传输电能，主要包括了电能-磁场势能-电能的能量转化过程。
为了方便理解本申请实施例提供的形貌测量设备、形貌测量装置及测量方法，下面首先介绍一下其应用场景。本申请实施例提供的形貌测量装置实现形貌测量的过程，是基于光学三角测量法来完成的。本申请实施例适用于采用差分光路的形貌测量，也适用于半导体设备中的物体表面的精密高度测量。
图1示出了本申请实施例中的一种形貌测量系统的结构示意图。图2示出了本申请实施例中的一种形貌测量设置的结构示意图。其中，图1中仅示出了形貌测量设备ZC中的光电探测阵列10。
参照图1与图2，形貌测量系统包括：反射棱镜PS、光栅阵列TG以及形貌测量设备ZC。其中，形貌测量设备ZC包括：光电探测阵列10、信号生成单元20、多个光电检测单元以及处理单元40。其中，光栅阵列TG包括多个三角光栅tg，光电探测阵列10具有多个光电转换单元，通常，一个三角光栅tg对应着两路光电转换单元，基于此，可以两个光电转换单元为一组，将光电探测阵列10中的多个光电转换单元划分为N个单元组：Z_1～Z_N。每一个单元组Z_n(n和N为整数，且1≤n≤N)可以包括第一光电转换单元110a_n和第二光电转换单元110b_n。这样可以使同一单元组Z_n中的第一光电转换单元110a_n和第二光电转换单元110b_n分别接收同一个三角光栅tg输出的两束光。如第一光电转换单元110a_n接收这两束光中的一束光，输出初始电流信号Ipa_n。第二光电转换单元110b_n接收这两束光中的另一束光，输出初始电流信号Ipb_n。
继续参照图1与图2，第一光电转换单元110a_n与光电检测单元30a_n一一对应连接，第二光电转换单元110b_n与光电检测单元30b_n一一对应连接，光电检测单元30a_n和光电检测单元30b_n与处理单元40连接。并且，光电检测单元30a_n和光电检测单元30b_n还与信号生成单元20连接。
继续参照图1与图2，示例性地，光束阵列入射到被测物体MS的待测量表面，经待测量表面反射到反射棱镜上。反射棱镜PS将被测物体MS的待测量表面反射的光信号，反射到三角光栅tg中。三角光栅tg将入射的光信号分成两个不同方向的光信号，并使这两个不同方向的光信号分别入射到不同的光电转换单元中。例如，入射到第一光电转换单元110a_n和第二光电转换单元110b_n中，第一光电转换单元110a_n接收这两束光信号中的一束光信号，转换输出初始电流信号Ipa_n。第二光电转换单元110b_n接收这两束光信号中的另一束光信号，转换输出初始电流信号Ipb_n。并且，信号生成单元20输出具有第一频率fc的第一电压信号。则第一电压信号和初始电流信号Ipa_n输入光电检测单元30a_n，光电检测单元30a_n根据第一电压信号和初始电流信号Ipa_n生成目标电压信号vma_n，即目标电压信号vma_n与第一电压信号和初始电流信号Ipa_n相关。同理，第一电压信号和初始电流信号Ipb_n输入光电检测单元30b_n，光电检测单元30b_n根据第一电压信号和初始电流信号Ipb_n生成目标电压信号vmb_n，即目标电压信号vmb_n与第一电压信号和初始电流信号Ipb_n相关。处理单元40通过采集每一个光电检测单元30a_n、30b_n对应的目标电压信号vma_n、vmb_n，并根据采集到的每一个光电检测单元30a_n、30b_n对应的目标电压信号vma_n、vmb_n，确定被测物体MS的待测量表面的形貌测量数据。以及，处理单元40还根据采集到的每一个光电检测单元30a_n、30b_n对应的目标电压信号vma_n、vmb_n，确定每一个光电检测单元30a_n、30b_n所在支路的工作状态，实现测校和故障定位的过程。
基于上述实施例，通过向光电检测单元输入具有第一频率的第一电压信号，以及向光电检测单元输入初始电流信号，通过光电检测单元将接收到的初始电流信号和第一电压信号进行融合后转换为目标电压信号，则该目标电压信号与初始电流信号和第一电压信号均相关。处理单元可以对每一个光电检测单元对应的目标电压信号进行采集，采集到多个目标电压信号。由于目标电压信号与初始电流信号和第一电压信号均相关，处理单元通过对采集到的多个目标电压信号进行数据处理，实现形貌测量的数据计算过程，以及确定每一个光电检测单元所在支路的工作状态的工作过程，实现测校和故障定位的过程。
在本申请中，相互连接的光电转换单元与光电检测单元可以作为一个支路。例如，光电转换单元110a_1与光电检测单元30a_1作为一个支路，光电转换单元110b_1与光电检测单元30b_1作为另一个支路。
现有技术中的测校和故障定位的方法为：在形貌测量设备中增加信号源和多个电子开关，当正常工作时，电子开关将光电转换单元与光电检测单元连通，每个光电转换单元输出的信号通过电子开关传输到光电检测单元中，光电检测单元将输入的信号经过处理后输入到处理单元中，处理单元通过数据处理，实现形貌测量过程。当测校和故障定位时，电子开关将信号源与光电检测单元连通，将信号源输出的信号输入到每一个光电检测单元中，光电检测单元将输入的信号经过处理后输入到处理单元中，处理单元通过数据处理，实现故障诊断和测校的过程。
上述现有技术中的测校和故障定位的方法带来如下几个问题：
1，由于每个光电转换单元对应一个电子开关，带来了器件成本增加、功耗增加、电路板面积增加。
2，需要设置与光电转换单元同等数量的控制信号，控制电子开关，增加控制复杂度。并且，将数字信号接入光电检测单元所在的模拟区域，增加了噪声干扰。
3，在进行测校和故障定位时，需要中断形貌测量过程，无法在实现形貌测量的过程中进行测校和故障定位。
与现有技术中的形貌测量设备通过电子开关来实现2选1的方式不同，本申请实施例提供的形貌测量设备不用额外增加电子开关，即可实现形貌测量过程以及测校和故障定位过程，降低了成本、功耗和电路板面积。并且，由于不需要设置电子开关，则无需额外控制信号，减少了控制复杂度。以及，可在不中断形貌测量过程的情况下，即可实现对每一个光电检测单元所在支路进行在线故障诊断的过程。
并且，与现有技术中的方案只能利用半量程相比，本申请实施例提供的形貌测量设备，通过设置信号生成单元，可以增加一个偏压，从而使输出端增加了输出电压范围，能提高信噪比。
以及，与现有技术中的方案相比，本申请实施例提供的形貌测量设备，由于没有数字信号引入光电检测单元所在的模拟区域，保证了模拟区域的干净，减少噪声干扰。
图3示出了本申请实施例中的一种形貌测量设备的具体结构示意图。其中，图3未示出处理单元。
参照图3，在本申请一些实施例中，光电转换单元110a_n、110b_n分别包括光电转换器件。其中，该光电转换器件可以接收光，并将接收到的光信号转换为初始电流信号。示例性地，光电转换器件包括但不限于光电二极管。其中，光电二极管的负极与光电检测单元连接，正极与接地端连接。
在本申请一些实施例中，信号生成单元20可以输出多个不同频率的电压信号。在实际应用中，可以根据应用的需求，从这些频率中输出相应的频率对应的电压信号。例如，本申请中，可以使信号生成单元20输出具有第一频率的第一电压信号。
参照图3，信号生成单元20可以包括：标准信号源21和多个第一电阻R1a_1～R1a_N、R1b_1～R1b_N；其中，标准信号源21通过第一电阻R1a_1～R1a_N与光电检测单元30a_1～30a_N一一对应连接。以及，标准信号源21通过第一电阻R1b_1～R1b_N与光电检测单元30b_1～30b_N一一对应连接。
示例性地，每一个光电检测单元30a_n、30b_n的第一输入端与对应的光电转换单元110a_n、110b_n(例如光电二极管的负极)连接，每一个光电检测单元30a_n、30b_n的第二输入端与接地端连接，标准信号源21通过第一电阻R1a_n、R1b_n与对应的光电检测单元30a_n、30b_n的第一输入端连接。则标准信号源21也通过第一电阻R1a_n、R1b_n与对应的光电转换单元110a_n、110b_n(例如光电二极管的负极)连接。
示例性地，标准信号源可以输出多个不同频率的电压信号。在实际应用中，可以根据应用的需求，使标准信号源从这些频率中输出相应的频率对应的电压信号。例如，本申请中，可以使标准信号源输出具有第一频率fc的第二电压信号Vc，并且该第二电压信号Vc经第一电阻R1a_n、R1b_n分压后生成第一电压信号，第一电压信号输入每一个光电检测单元30a_n、30b_n的第一输入端。
本申请对第一电阻的实现方式和具体阻值不作限定，其可以根据实际应用的需求进行确定。
继续参照图3，示例性地，光电检测单元30a_n包括：电流电压转换电路31a_n和模数转换电路32a_n。其中，光电转换单元110a_n依次通过电流电压转换电路31a_n和模数转换电路32a_n与处理单元40连接。并且，电流电压转换电路31a_n的第一输入端与光电转换单元110a_n中的光电二极管的阴极以及信号生成单元20中的第一电阻R1a_n连接，作为光电检测单元30a_n的第一输入端。电流电压转换电路31a_n的第二输入端与接地端连接，电流电压转换电路31a_n的输出端与模数转换电路32a_n的输入端连接，模数转换电路32a_n的输出端与处理单元40连接。工作时，电流电压转换电路31a_n将初始电流信号和第一电压信号进行融合处理后输出初始电压信号voa_n，初始电压信号voa_n输入模数转换电路32a_n中，经过模数转换电路的模数转换处理为数字电压信号形式的目标电压信号vma_n。
可选地，继续参照图3，电流电压转换电路31a_n例如包括跨阻放大电路311a_n，模数转换电路32a_n例如包括模数转换器(Analog-to-digital converter，ADC)321a_n。其中，跨阻放大电路311a_n可以包括放大器OPa_n和跨阻电阻Rfa_n，跨阻电阻Rfa_n连接于放大器OPa_n的负相输入端和输出端之间。并且，该放大器OPa_n的负相输入端可作为电流电压转换电路31a_n的第一输入端，该放大器OPa_n的正相输入端与接地端连接，可作为电流电压转换电路31a_n的第二输入端。该放大器OPa_n的输出端与模数转换器321a_n的输入端连接，可作为电流电压转换电路31a_n的输出端。模数转换器321a_n的输出端与处理单元40连接。工作时，跨阻放大电路311a_n将初始电流信号和第一电压信号进行融合处理后输出初始电压信号voa_n，初始电压信号voa_n输入模数转换器321a_n中，经过模数转换器321a_n的模数转换处理为数字电压信号形式的目标电压信号vma_n。
示例性地，初始电压信号voa_n满足如下公式：其中，Ipa_n代表光电转换单元110a_n中的光电二极管输出的初始电流信号，rfa_n代表跨阻电阻Rfa_n的电阻值，Vc代表标准信号源输出的具有第一频率的第二电压信号，r1a_n代表第一电阻R1a_n的电阻值。
继续参照图3，示例性地，光电检测单元30b_n包括：电流电压转换电路31b_n和模数转换电路32b_n。其中，光电转换单元110b_n依次通过电流电压转换电路31b_n和模数转换电路32b_n与处理单元40连接。并且，电流电压转换电路31b_n的第一输入端与光电转换单元110b_n中的光电二极管的阴极以及信号生成单元20中的第一电阻R1b_n连接，作为光电检测单元30b_n的第一输入端。电流电压转换电路31b_n的第二输入端与接地端连接，电流电压转换电路31b_n的输出端与模数转换电路32b_n的输入端连接，模数转换电路32b_n的输出端与处理单元40连接。工作时，电流电压转换电路31b_n将初始电流信号和第一电压信号进行融合处理后输出初始电压信号vob_n，初始电压信号vob_n输入模数转换电路32b_n中，经过模数转换电路的模数转换处理为数字电压信号形式的目标电压信号vmb_n。
可选地，继续参照图3，电流电压转换电路31b_n例如包括跨阻放大电路311b_n，模数转换电路32b_n例如包括模数转换器(Analog-to-digital converter，ADC)321b_n。其中，跨阻放大电路311b_n可以包括放大器OPb_n和跨阻电阻Rfb_n，跨阻电阻Rfb_n连接于放大器OPb_n的负相输入端和输出端之间。并且，该放大器OPb_n的负相输入端可作为电流电压转换电路31b_n的第一输入端，该放大器OPb_n的正相输入端与接地端连接，可作为电流电压转换电路31b_n的第二输入端。该放大器OPb_n的输出端与模数转换器321b_n的输入端连接，可作为电流电压转换电路31b_n的输出端。模数转换器321b_n的输出端与处理单元40连接。工作时，跨阻放大电路311b_n将初始电流信号和第一电压信号进行融合处理后输出初始电压信号vob_n，初始电压信号vob_n输入模数转换器321b_n中，经过模数转换器321b_n的模数转换处理为数字电压信号形式的目标电压信号vmb_n。
示例性地，初始电压信号vob_n满足如下公式：其中，Ipb_n代表光电转换单元110b_n中的光电二极管输出的初始电流信号，rfb_n代表跨阻电阻Rfb_n的电阻值，Vc代表标准信号源输出的具有第一频率的第二电压信号，r1b_n代表第一电阻R1b_n的电阻值。
当然，上述描述仅是举例说明，在实际应用中，还可以根据实际应用的需求确定电流电压转换电路和模数转换电路的具体实施方式，在此不作限定。
可选地，上述目标电压信号可以采用二进制、十进制、十六进制等形式实现，本申请对此不作限定。
在本申请一些实施例中，处理单元40可以是现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，FPGA)、通用中央处理器(central processing unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理(digital signal processing，DSP)，专用集成电路(applicationspecific integrated circuits，ASIC)，或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。上述处理单元40也可以是实现计算功能的组合，例如包括一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
继续参照图3，在本申请一些实施例中，处理单元40可以在进行形貌测量的数据计算过程时，进行每一个光电检测单元所在支路的工作状态测量的工作过程，从而通过算法将形貌测量对应的信号与进行工作状态测量对应的信号分开的方式，提高了单板硬件设计的简洁性和可靠性。
可选地，由于可以通过算法将形貌测量对应的信号与进行工作状态测量对应的信号分开，处理单元40也可以在进行形貌测量的数据计算过程时，不进行每一个光电检测单元所在支路的工作状态测量的工作过程。或者，处理单元40也可以在进行每一个光电检测单元所在支路的工作状态测量的工作过程时，不进行形貌测量的数据计算过程，从而降低计算量。
在本申请一些实施例中，为了得到形貌测量数据，实现形貌测量，处理单元可以根据采集到的目标电压信号，计算每一个单元组对应的中间电信号。这样可以根据每一个单元组对应的中间电信号，确定每一个单元组对应的初始测量数据。进而能够根据每一个单元组对应的初始测量数据，确定形貌测量数据。
由于被测物体的待测量表面某点反射的光信号，对应光束阵列中的某一束，并且，该光束经三角光栅tg分光后分别入射到同一单元组中的第一光电转换单元和第二光电转换单元，则可以将计算出的每一个单元组对应的初始测量数据，作为被测物体的待测量表面各点的高度。示例性地，可以将所有初始测量数据的集合作为形貌测量数据。例如，若初始测量数据包括高度，则可以将确定出的所有高度的集合作为形貌测量数据，从而可以得到被测物体的待测量表面的高度分布，实现物体表面的精密高度测量。或者，也可以根据被测物体的待测量表面各点的高度，进行进一步计算，得到被测物体的待测量表面的其它形貌测量数据(例如平面倾斜度和/或粗糙度)。
在一些示例中，可以将电流电压转换电路输出的初始电压信号作为中间电信号。继续参照图3，处理单元40可以对每一个光电检测单元30a_n、30b_n输出的目标电压信号vma_n、vmb_n采集一次或多次，在计算时使用采集一次的目标电压信号即可。根据采集到的每一个光电检测单元30a_n、30b_n对应的目标电压信号vma_n、vmb_n，确定每一个光电检测单元30a_n、30b_n中的电流电压转换电路31a_n、31b_n输出的初始电压信号voa_n、vob_n。对于每一个单元组Z_n，根据该单元组Z_n中的第一光电转换单元110a_n和第二光电转换单元110b_n对应的初始电压信号voa_n、vob_n，确定出每一个单元组Z_n对应的初始测量数据。根据每一个单元组Z_n对应的初始测量数据，确定形貌测量数据。
示例性地，可以将单元组Z_n对应的初始测量数据S_n作为待测量表面的某点的高度，则处理单元40可以采用公式：S_n＝k(voa_n-vob_n)，确定每一个单元组Z_n对应的初始测量数据S_n。其中，k为位移与电压的转换系数，可通过标定求得。
在另一些示例中，也可以将光电转换单元输出的初始电流信号作为中间电信号。继续参照图3，处理单元40可以对每一个光电检测单元30a_n、30b_n输出的目标电压信号采集一次或多次，在计算时使用采集一次的目标电压信号即可。根据采集到的每一个光电检测单元30a_n、30b_n对应的目标电压信号vma_n、vmb_n，计算每一个光电转换单元30a_n、30b_n输出的初始电流信号Ipa_n、Ipb_n。对于每一个单元组Z_n，根据该单元组Z_n中的第一光电转换单元110a_n和第二光电转换单元110b_n对应的初始电流信号Ipa_n、Ipb_n，确定出每一个单元组Z_n对应的初始测量数据。根据每一个单元组Z_n对应的初始测量数据，确定形貌测量数据。
示例性地，可以将单元组Z_n对应的初始测量数据S_n作为待测量表面的某点的高度，处理单元40可以采用公式：S_n＝kRf_n(Ipa_n-Ipb_n)，确定每一个单元组Z_n对应的初始测量数据S_n。其中，k为位移与电压的转换系数，可通过标定求得。由于差分通道之间Rfa_n与Rfb_n的差异极小，Rf_n可以为Rfa_n或Rfb_n。当然，Rf_n也可以为Rfa_n和Rfb_n的平均值，在此不作限定。
在本申请一些实施例中，为了测量光电检测单元所在支路的工作状态，处理单元40进一步用于：基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)原理，对每一个光电检测单元输出的目标电压信号进行多次采集，对于每一个光电检测单元来说，可以得到每一个光电检测单元对应的多个采样数据。这样将每一个光电检测单元对应的多个采样数据进行FFT分析处理，可得到每一个目标电压信号在第一频率处的状态监测数据，由于光电检测单元与目标电压信号一一对应，则可得到每一个光电检测单元对应第一频率的状态监测数据。从而可以根据状态监测数据来判断光电检测单元所在支路的工作状态是处于正常工作状态，还是处于异常工作状态。
在一些示例中，可以通过设置监测阈值范围，以将确定出来的状态监测数据和监测阈值范围进行比对，从而根据比对的结果，确定出光电检测单元所在支路的工作状态。示例性地，监测阈值范围可以是预先确定的。或者，为了提高精准性，也可以跟随测量过程中得到的状态监测数据进行确定。例如，处理单元40进一步用于：根据确定出的多个状态监测数据(即所有的状态监测数据)，确定平均值μ和标准差σ。从而可以根据平均值μ和标准差σ，将[μ-k*σ，μ+k*σ]，确定为监测阈值范围。其中，k为大于0的整数。
本申请对k的具体数值不作限定，其可以根据实际应用的需求确定其数值。示例性地，可以将k＝3，则监测阈值范围为[μ-3σ，μ+3σ]。
本申请对确定平均值μ的具体过程不作限定。示例性地，处理单元40可采用如下公式，确定平均值μ；
其中，Qa_n代表N个单元组中第n个单元组Z_n内的第一光电转换单元110a_n连接的光电检测单元对应的状态监测数据，Qb_n代表第n个单元组内的第二光电转换单元连接的光电检测单元对应的状态监测数据。
本申请对确定标准差σ的具体过程不作限定。示例性地，处理单元40可采用如下公式，确定标准差σ；
示例性地，对于状态监测数据，处理单元40可以通过确定该状态监测数据是否处于监测阈值范围内，以确定该状态监测数据对应的光电检测单元所在支路的工作状态。其中，在确定状态监测数据处于监测阈值范围内时，可以确定该状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于正常工作状态，未出现故障。在确定状态监测数据未处于监测阈值范围内时，可以确定该状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于异常工作状态，出现了故障。这样即可实现对每一个光电检测单元所在支路的测校和故障定位的过程。
通常通过FFT处理分析，可以得到幅值和相位。本申请实施例中，状态监测数据可以包括幅值和/或相位。例如，状态监测数据包括幅值时，则监测阈值范围包括对应幅值的监测阈值范围。状态监测数据包括相位时，则监测阈值范围包括对应相位的监测阈值范围。
示例性地，在状态监测数据包括幅值时，监测阈值范围可以包括对应幅值的监测阈值范围[μ’-3σ’，μ’+3σ’]。例如，可以通过FFT处理，得到每一个光电检测单元30a_n、30b_n对应第一频率的幅值Fa_n、Fb_n，从而可以根据这些幅值Fa_n、Fb_n，确定形成对应幅值的监测阈值范围中的平均值μ’和标准差σ’。
例如，可以将上述确定平均值μ和标准差σ的公式中的Qa_n和Qb_n分别替换为Fa_n和Fbn，以确定出平均值μ’和标准差σ’。并且，平均值μ’和标准差σ’的公式分别如下：
其中，Fa_n代表N个单元组中第n个单元组Z_n内的第一光电转换单元110a_n连接的光电检测单元对应的幅值，Fb_n代表第n个单元组Z_n内的第二光电转换单元110b_n连接的光电检测单元对应的幅值。
这样可以通过幅值与对应的监测阈值范围进行比较，以确定光电检测单元所在支路中的电流电压转换电路的工作状态。示例性地，处理单元40进一步用于：在确定某个幅值未处于监测阈值范围内时，可以确定该幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于异常工作状态，则说明电流电压转换电路工作异常。以及，在确定某个幅值处于监测阈值范围内时，可以确定该幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于正常工作状态，则说明电流电压转换电路工作正常。
可选地，处理单元40进一步用于：在确定某个幅值未处于监测阈值范围内时，可以确定该幅值对应的电流电压转换电路中的跨阻电阻处于异常工作状态，则跨阻电阻工作异常。以及，在确定某个幅值处于监测阈值范围内时，可以确定该幅值对应的电流电压转换电路中的跨阻电阻处于正常工作状态，则跨阻电阻工作正常。
示例性地，在状态监测数据包括相位时，监测阈值范围可以包括对应相位的监测阈值范围[μ”-3σ”，μ”+3σ”]。例如，可以通过FFT处理，得到每一个光电检测单元30a_n、30b_n对应第一频率的相位φa_n、φb_n，从而可以根据这些相位φa_n、φb_n，确定形成对应相位的监测阈值范围中的平均值μ”和标准差σ”。
例如，可以将上述确定平均值μ和标准差σ的公式中的Q_n和Qb_n分别替换为φa_n和φb_n，以确定出平均值μ”和标准差σ”。并且，平均值μ”和标准差σ”的公式分别如下：
其中，φa_n代表N个单元组中第n个单元组Z_n内的第一光电转换单元110a_n连接的光电检测单元对应的相位，φb_n代表第n个单元组Z_n内的第二光电转换单元110b_n连接的光电检测单元对应的相位。
这样可以通过相位与对应的监测阈值范围进行比较，以确定光电检测单元所在支路中的光电转换单元中的光电转换器件的工作状态。示例性地，处理单元40进一步用于：在确定某个相位未处于监测阈值范围内时，可以确定该相位对应的光电检测单元所连接的光电转换单元处于异常工作状态，则说明光电转换单元工作异常。以及，在确定某个相位处于监测阈值范围内时，可以确定该相位对应的光电检测单元所连接的光电转换单元处于正常工作状态，则说明光电转换单元工作正常。
图4示出了本申请实施例中的一种测量方法的流程图。
结合图3与图4，本申请实施例中的形貌测量设备的工作过程可以如下：
S110，确定标准信号源21输出的电压的频率为第一频率fc，其电压为第二电压信号Vc。标准信号源21输出的第二电压信号Vc分别经过第一电阻R1a_n和R1b_n变化为第一电压信号后，分别输入放大器OPa_n和OPb_n。第一光电转换单元110a_n和第二光电转换单元110b_n接收光后，分别输出初始电流信号Ipa_n和Ipb_n。初始电流信号Ipa_n和Ipb_n也输入到放大器OPa_n和OPb_n中。则放大器OPa_n和OPb_n分别输出初始电压信号voa_n和vob_n给模数转换器321a_n和321b_n。模数转换器321a_n和321b_n模数转换后分别输出目标电压信号vma_n和vma_n。
S121，采集每一个目标电压信号vma_n和vma_n。
S122，根据采集到的每一个目标电压信号vma_n和vma_n，采用公式：S_n＝k(voa_n-vob_n)，确定每一个单元组Z_n对应的初始测量数据S_n。
S123，根据所有初始测量数据S_n，得到被测物体的待测量表面的形貌测量数据。
S131，基于FFT原理，对每一个光电检测单元30a_n和30b_n输出的目标电压信号vma_n和vma_n进行多次采集，从而对于每一个光电检测单元30a_n和30b_n来说，可以得到每一个光电检测单元30a_n和30b_n对应的多个采样数据。
S132，将每一个光电检测单元30a_n和30b_n对应的多个采样数据进行FFT分析处理，可计算得到每一个目标电压信号在第一频率fc处的幅值Fa_n、Fb_n和相位φa_n、φb_n，由于光电检测单元与目标电压信号一一对应，则可得到每一个光电检测单元30a_n和30b_n对应第一频率fc的幅值Fa_n、Fb_n和相位φa_n、φb_n。从而可以根据幅值Fa_n、Fb_n和相位φa_n、φb_n，分别确定监测阈值范围[μ’-3σ’，μ’+3σ’]和监测阈值范围[μ”-3σ”，μ”+3σ”]。
S133，将幅值Fa_n、Fb_n分别与对应的监测阈值范围[μ’-3σ’，μ’+3σ’]进行比对，确定每一个支路中的跨阻电阻的工作状态。例如，以幅值Fa_n为例，在确定该幅值Fa_n未处于监测阈值范围[μ’-3σ’，μ’+3σ’]内时，可以确定该幅值Fa_n对应的电流电压转换电路OPa_n中的跨阻电阻Rfa_n处于异常工作状态，则跨阻电阻Rfa_n工作异常。以及，在确定该幅值Fa_n处于监测阈值范围[μ’-3σ’，μ’+3σ’]内时，可以确定该幅值Fa_n对应的电流电压转换电路OPa_n中的跨阻电阻Rfa_n处于正常工作状态，则跨阻电阻Rfa_n工作正常。以及，将幅值Fb_n和监测阈值范围[μ’-3σ’，μ’+3σ’]进行比对的过程与此基本相同，在此不作赘述。
将相位φa_n、φb_n分别与对应的监测阈值范围[μ”-3σ”，μ”+3σ”]进行比对，确定每一个支路中的光电转换单元的工作状态。例如，以相位φa_n为例，在确定该相位φa_n未处于监测阈值范围内时，确定该相位φa_n对应的光电转换单元110a_n处于异常工作状态，则说明光电转换单元110a_n工作异常。以及，在确定该相位φa_n处于监测阈值范围[μ”-3σ”，μ”+3σ”]内时，可以确定该相位φa_n对应的光电转换单元10a_n处于正常工作状态，则说明光电转换单元工作正常。以及，将相位φb_n和监测阈值范围[μ”-3σ”，μ”+3σ”]进行比对的过程与此基本相同，在此不作赘述。
图5示出了本申请实施例中的又一种形貌测量设备的具体结构示意图。其中，图5未示出处理单元。
参照图5，在本申请又一些实施例中，形貌测量设备包括：光电探测阵列10、信号生成单元20、多个光电检测单元以及处理单元40。本实施例针对上述实施例中的实施方式进行了变形。下面仅说明本实施例与上述实施例的区别之处，其相同之处在此不作赘述。
参照图5，在本实施例中，每一个所述光电检测单元30a_n、30b_n的第一输入端(例如放大器OPa_n、OPb_n的负相输入端)与对应的所述光电转换单元110a_n、110b_n(例如光电二极管的负极)连接。并且，所述标准信号源21通过所述第一电阻R1a_n、R1b_n与对应的所述光电检测单元30a_n、30b_n的第二输入端(例如放大器OPa_n、OPb_n的正相输入端)连接。
示例性地，标准信号源可以输出多个不同频率的电压信号。在实际应用中，可以根据应用的需求，使标准信号源从这些频率中输出相应的频率对应的电压信号。例如，本申请中，可以使标准信号源输出具有第一频率fc的第二电压信号Vc，并且该第二电压信号Vc经第一电阻R1a_n、R1b_n分压后生成第一电压信号，第一电压信号输入每一个光电检测单元30a_n、30b_n的第二输入端。
示例性地，参照图5，光电检测单元30a_n包括：电流电压转换电路31a_n和模数转换电路32a_n。电流电压转换电路31a_n例如包括跨阻放大电路311a_n，模数转换电路32a_n例如包括模数转换器(Analog-to-digital converter，ADC)321a_n。则初始电压信号voa_n满足如下公式：voa_n＝Vc-Ipa_nrfa_n。其中，Ipa_n代表光电转换单元110a_n中的光电二极管输出的初始电流信号，rfa_n代表跨阻电阻Rfa_n的电阻值，Vc代表标准信号源输出的具有第一频率的第二电压信号。
示例性地，参照图5，光电检测单元30b_n包括：电流电压转换电路31b_n和模数转换电路32b_n。电流电压转换电路31b_n例如包括跨阻放大电路311b_n，模数转换电路32b_n例如包括模数转换器(Analog-to-digital converter，ADC)321b_n。则初始电压信号vob_n满足如下公式：vob_n＝Vc-Ipb_nrfb_n。其中，Ipb_n代表光电转换单元110a_n中的光电二极管输出的初始电流信号，rfb_n代表跨阻电阻Rfb_n的电阻值，Vc代表标准信号源输出的具有第一频率的第二电压信号。
本实施例中的形貌测量设备的工作过程，可以参照上述实施例中的形貌测量设备的工作过程，在此不作赘述。
本申请实施例还提供了基于形貌测量设备的测量方法，该测量方法解决问题的原理与前述形貌测量设备相似，因此该测量方法的实施可以参见前述形貌测量设备的实施，重复之处在此不再赘述。
示例性地，测量方法可以包括：采集每一个形貌测量设备中的每一个光电检测单元对应的目标电压信号，根据采集到的每一个光电检测单元对应的目标电压信号，确定待测量表面的形貌测量数据，以及确定每一个光电检测单元所在支路的工作状态。
在一些可能的实施方式中，为了测量光电检测单元所在支路的工作状态，采集每一个形貌测量设备中的每一个光电检测单元对应的目标电压信号，可以包括：多次采集每一个光电检测单元输出的目标电压信号，得到每一个光电检测单元对应的多个采样数据。以及，确定每一个光电检测单元所在支路的工作状态，可以包括：将每一个光电检测单元对应的多个采样数据进行快速傅里叶变换，得到每一个光电检测单元对应第一频率的状态监测数据。其中，在确定状态监测数据未处于监测阈值范围内时，确定状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于正常工作状态。在确定状态监测数据处于监测阈值范围内时，确定状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于异常工作状态。
在一些可能的实施方式中，可以通过设置监测阈值范围，以将确定出来的状态监测数据和监测阈值范围进行比对，从而根据比对的结果，确定出光电检测单元所在支路的工作状态。示例性地，监测阈值范围可以是预先确定的。或者，为了提高精准性，也可以跟随测量过程中得到的状态监测数据进行确定。例如，测量方法还包括：根据多个状态监测数据，确定平均值和标准差。根据平均值和标准差，将[μ-k*σ，μ+k*σ]，确定为监测阈值范围。其中，μ代表平均值，σ代表标准差，k为大于0的整数。
在一些可能的实施方式中，状态监测数据包括幅值，监测阈值范围可以包括对应幅值的监测阈值范围。其中，在确定幅值未处于监测阈值范围内时，确定幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于异常工作状态。在确定幅值处于监测阈值范围内时，确定幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于正常工作状态。
在一些可能的实施方式中，状态监测数据包括相位，监测阈值范围可以包括对应相位的监测阈值范围。其中，在确定相位未处于监测阈值范围内时，确定相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于异常工作状态。在确定相位处于监测阈值范围内时，确定相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于正常工作状态。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (17)
1.一种形貌测量设备，其特征在于，包括：光电探测阵列、信号生成单元、多个光电检测单元以及处理单元；
所述信号生成单元与所述多个光电检测单元连接，所述信号生成单元用于：输出具有第一频率的第一电压信号；
所述光电探测阵列包括多个光电转换单元，所述多个光电转换单元与所述多个光电检测单元一一对应连接；所述光电转换单元用于：接收光信号，并将接收到的光信号转换为初始电流信号后，输出给所述光电检测单元；
所述多个光电检测单元分别与所述处理单元连接，所述多个光电检测单元中的任一个光电检测单元用于：根据所述第一电压信号和所述初始电流信号生成目标电压信号；
所述处理单元用于：采集每一个所述光电检测单元对应的目标电压信号，并根据采集到的每一个所述光电检测单元对应的目标电压信号，确定待测量表面的形貌测量数据，以及确定每一个所述光电检测单元所在支路的工作状态。
2.如权利要求1所述的形貌测量设备，其特征在于，所述信号生成单元包括：标准信号源和多个第一电阻；其中，所述标准信号源通过所述多个第一电阻与所述多个光电检测单元一一对应连接；
所述标准信号源用于：输出具有所述第一频率的第二电压信号，所述第二电压信号经所述第一电阻分压后生成所述第一电压信号。
3.如权利要求2所述的形貌测量设备，其特征在于，每一个所述光电检测单元的第一输入端与对应的所述光电转换单元连接，每一个所述光电检测单元的第二输入端与接地端连接；
所述标准信号源通过所述第一电阻与对应的所述光电检测单元的第一输入端连接。
4.如权利要求2所述的形貌测量设备，其特征在于，每一个所述光电检测单元的第一输入端与对应的所述光电转换单元连接；
所述标准信号源通过所述第一电阻与对应的所述光电检测单元的第二输入端连接。
5.如权利要求1-4任一项所述的形貌测量设备，其特征在于，所述目标电压信号为数字电压信号，所述处理单元进一步用于：
多次采集每一个所述光电检测单元输出的所述目标电压信号，得到每一个所述光电检测单元对应的多个采样数据；
将每一个所述光电检测单元对应的多个采样数据进行快速傅里叶变换，得到每一个所述光电检测单元对应所述第一频率的状态监测数据；
在确定所述状态监测数据未处于监测阈值范围内时，确定所述状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于异常工作状态；
在确定所述状态监测数据处于监测阈值范围内时，确定所述状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于正常工作状态。
6.如权利要求5所述的形貌测量设备，其特征在于，任一个所述光电检测单元包括：电流电压转换电路和模数转换电路；所述光电转换单元依次通过所述电流电压转换电路和所述模数转换电路与所述处理单元连接；
所述状态监测数据包括：幅值；所述处理单元进一步用于：在确定所述幅值未处于所述监测阈值范围内时，确定所述幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于异常工作状态；以及，在确定所述幅值处于所述监测阈值范围内时，确定所述幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于正常工作状态。
7.如权利要求5或6所述的形貌测量设备，其特征在于，所述状态监测数据包括：相位；
所述处理单元进一步用于：在确定所述相位未处于所述监测阈值范围内时，确定所述相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于异常工作状态；以及，在确定所述相位处于所述监测阈值范围内时，确定所述相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于正常工作状态。
8.如权利要求5-7任一项所述的形貌测量设备，其特征在于，所述处理单元进一步用于：
根据所述多个状态监测数据，确定平均值和标准差；
根据所述平均值和所述标准差，将[μ-k*σ，μ+k*σ]，确定为所述监测阈值范围；
其中，μ代表所述平均值，σ代表所述标准差，k为大于0的整数。
9.如权利要求8所述的形貌测量设备，其特征在于，以两个光电转换单元为一组，将所述多个光电转换单元划分为N个单元组；所述N个单元组中的每一个单元组包括第一光电转换单元和第二光电转换单元；
所述处理单元进一步用于：采用如下公式，确定所述平均值μ；
其中，Qa_n代表所述N个单元组中第n个单元组内的第一光电转换单元连接的光电检测单元对应的状态监测数据，Qb_n代表所述第n个单元组内的第二光电转换单元连接的光电检测单元对应的状态监测数据，N为大于0的整数，1≤n≤N。
10.如权利要求8或9所述的形貌测量设备，其特征在于，所述处理单元进一步用于：采用如下公式，确定所述标准差σ；
11.如权利要求1-10任一项所述的形貌测量设备，其特征在于，以两个光电转换单元为一组，将所述多个光电转换单元划分为N个单元组；所述N个单元组中的每一个单元组包括第一光电转换单元和第二光电转换单元；
所述处理单元进一步用于：根据采集到的目标电压信号，计算每一个所述单元组对应的中间电信号；根据每一个所述单元组对应的中间电信号，确定每一个所述单元组对应的初始测量数据；根据每一个所述单元组对应的初始测量数据，确定所述形貌测量数据。
12.一种形貌测量装置，其特征在于，包括：反射棱镜、光栅阵列、以及如权利要求1-11任一项所述的形貌测量设备；其中，所述光栅阵列包括多个三角光栅；
所述反射棱镜用于：将被测物体的待测量表面反射的光信号，反射到所述三角光栅中；
所述三角光栅用于：将入射的光信号分成两个不同方向的光信号，并使所述两个不同方向的光信号分别入射到不同的光电转换单元中。
13.一种基于形貌测量设备的测量方法，其特征在于，包括：
采集每一个所述形貌测量设备中的每一个光电检测单元对应的所述目标电压信号；
根据采集到的每一个所述光电检测单元对应的目标电压信号，确定待测量表面的形貌测量数据，以及确定每一个所述光电检测单元所在支路的工作状态。
14.如权利要求13所述的测量方法，其特征在于，所述采集每一个所述形貌测量设备中的每一个光电检测单元对应的所述目标电压信号，包括：
多次采集每一个所述光电检测单元输出的所述目标电压信号，得到每一个所述光电检测单元对应的多个采样数据；
所述确定每一个所述光电检测单元所在支路的工作状态，包括：
将每一个所述光电检测单元对应的多个采样数据进行快速傅里叶变换，得到每一个所述光电检测单元对应所述第一频率的状态监测数据；
在确定所述状态监测数据未处于监测阈值范围内时，确定所述状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于正常工作状态；
在确定所述状态监测数据处于监测阈值范围内时，确定所述状态监测数据对应的光电检测单元所在支路处于异常工作状态。
15.如权利要求14所述的测量方法，其特征在于，还包括：
根据所述多个状态监测数据，确定平均值和标准差；
根据所述平均值和所述标准差，将[μ-k*σ，μ+k*σ]，确定为所述监测阈值范围；
其中，μ代表所述平均值，σ代表所述标准差，k为大于0的整数。
16.如权利要求14或15所述的测量方法，其特征在于，所述状态监测数据包括：幅值；
在确定所述幅值未处于所述监测阈值范围内时，确定所述幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于异常工作状态：
在确定所述幅值处于所述监测阈值范围内时，确定所述幅值对应的光电检测单元中的电流电压转换电路处于正常工作状态。
17.如权利要求13-16任一项所述的测量方法，其特征在于，所述状态监测数据包括：
相位；
在确定所述相位未处于所述监测阈值范围内时，确定所述相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于异常工作状态；
在确定所述相位处于所述监测阈值范围内时，确定所述相位对应的光电检测单元连接的光电转换单元处于正常工作状态。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211504458.1A CN118089582A (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 形貌测量设备、形貌测量装置及测量方法 |
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| CN202211504458.1A Pending CN118089582A (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 形貌测量设备、形貌测量装置及测量方法 |
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2022
- 2022-11-28 CN CN202211504458.1A patent/CN118089582A/zh active Pending
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