[发明专利]一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及移相干涉测量中的位相信息提取方法。

背景技术

随着微纳米加工技术的不断发展，元器件表面形貌精度要求越来越高，对相应的检测手段也提出了更高的要求。移相干涉测量法以其高精度、高效率、非接触等优点，成为形貌检测领域较为理想的测量方法。(1)在移相干涉测量中，位相信息通过移相算法处理各帧干涉图获得，而线性移相误差普遍存在于各类干涉系统中，影响位相信息提取的精度。(2)在移相干涉测量中，传统的定步长移相算法虽然运算简单，但除五帧算法外均对线性移相误差较为敏感，而五帧算法仅对5％以内的线性误差具有良好的抑制能力，当线性误差超过5％时，位相提取误差急剧增大。(3)在移相干涉测量中，任意定步长移相算法虽然可以实现线性误差免疫，但公式繁琐，运算量大，包含乘方开方运算，易出现虚数位相解和超大误差点的奇异位相解情况。

发明内容

本发明的目的是为了解决(1)现有线性移相误差普遍存在于各类干涉系统中，影响位相信息提取精度；(2)现有线性误差超过5％时，位相提取误差急剧增大；(3)以及现有公式繁琐，运算量大，包含乘方开方运算，易出现虚数位相解和超大误差点的奇异位相解情况的问题。而提出了一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法，其特征在于：通过传统五帧算法与构造的五帧算法之间的误差互补，大幅降低线性移相误差对位相信息提取的影响，具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、传统五帧算法表达形式为：

其中，为待解的位相，I₁、I₂、I₃、I₄、I₅分别对应移相量取-π、-π/2、0、π/2、π时每一帧序的光强，得到传统五帧算提取到的位相信息；

步骤二、采用与传统五帧算法相同帧序的光强，代入构造的新五帧算法，得到新五帧算法提取到的位相信息，构造的五帧算法形式为：

步骤三、将传统的五帧算法和新的五帧算法两种算法解出的位相直接做均值运算，进行误差互补，得到误差修正后的位相。

发明效果

采用本发明的一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法，(1)本发明使用的误差互补修正算法降低线性移相误差对位相信息提取精度的影响，提取精度提高了二个数量级；(2)本发明使用的误差互补修正算法，将传统的五帧算法和新的五帧算法两种算法解出的位相直接做均值运算，误差便可互补修正，可避免线性误差超过5％时，位相提取误差急剧增大的问题，使位相提取误差降低15％；(3)本发明使用的误差互补修正算法基于误差互补修正原理，利用定步长移相算法对线性移相误差的响应特点，通过构造的新的五帧算法与传统五帧算法进行误差互补，运算简单快捷，无乘方开方运算，避免出现虚数位相解和超大误差点的奇异位相解情况的问题。

如表1所示，可以看出提出的误差互补五帧算法与Stoilov算法两者的测量结果PV值和RMS值都较为接近，而另外两种算法却相对较大。但采用Stoilov算法提取相位时，在全干涉场342065个数据点中出现了6437个虚数相位解，造成数据缺失，约占总数的1.9％。而提出的误差互补修正算法却不存在这一问题，且不包含开方运算，更为简洁快速，在位相信息提取方面具有自己独特的优势。

附图说明

图1为传统五帧算法的线性误差响应分布情况；

图2为构造的新的五帧算法的线性误差响应分布情况；

图3为提出的误差互补修正算法的线性误差响应分布情况；

图4(a)为实施例一传统五帧算法计算所得位相误差；

图4(b)为实施例一误差互补修正算法计算所得位相误差；

图4(c)为实施例一stoilov五帧算法计算所得位相误差；

图5为实施例二微球表面形貌移相衍射干涉测量图；

图6(a)为实施例二采集到的五帧干涉图中移相步长取-π时的干涉图；

图6(b)为实施例二采集到的五帧干涉图中移相步长取-π/2时的干涉图；

图6(c)为实施例二采集到的五帧干涉图中移相步长取0时的干涉图；

图6(d)为实施例二采集到的五帧干涉图中移相步长取π/2时的干涉图；

图6(e)为实施例二采集到的五帧干涉图中移相步长取π时的干涉图；