[发明专利]一种光学偏折显微表面测量装置及方法

说明书

本发明公开了光学偏折显微表面测量方法，所述方法包括：采用三坐标测量设备对所述光学偏折显微表面测量装置的结构位置参数S进行测量标定；根据测量标定的结构位置参数S，计算所述变形条纹光信号的相位分布，所述变形条纹光信号包括待测元件微观面形轮廓特征信息；根据所述相位分布，获取所述待测元件微观表面对应的实际光斑分布；将所述实际光斑分布与一预设的理想光斑分布进行比较，得到所述待测元件的微观面形轮廓。相应的，本发明还公开了光学偏折显微表面测量装置。通过本发明实现了高精度、低成本、空间分辨率高、测量速度快的显微测量技术方案。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种光学偏折显微表面测量装置及方法。

背景技术

近年来随着微纳米技术的发展，对元器件微形变的测量需求逐渐增大，测量精度和速度的要求也不断提高。现有技术中，通常通过光学干涉仪测量方法、扫描显微镜测量法等技术方案，来实现对反射性表面的显微测量。但是，光学干涉仪测量方法存在测量动态范围小、易受环境干扰、检测成本高等缺点。扫描显微镜测量法，比如投射电子显微镜(STEM)，虽然水平和垂直分辨率极高，但其测量范围很小、检测成本高，因此在工程表面测量中受到诸多限制。

中国专利申请公布号为CN107560564A的一种自由曲面检测方法及系统的发明专利，该专利采用传统的光学偏折测量装置，其采用投影屏、待测元件、CCD探测器组成逆向哈特曼光学检测系统，该系统虽可实现对元件表面的快速测量，但其空间分辨率低，无法实现精确的显微测量。一种有关光学偏折显微测量的装置(详见Gerd等，Microdeflectometry-a novel tool to acquire three-dimensional microtopographywith nanometer height resolution,Optics Letters 33(4),396-398)中实现了对反射面面形误差的检测，通过条纹相位与面形斜率的关系来求解面形误差，测量精度低，并且该装置的视场范围小，使测量范围受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学偏折显微表面测量装置及方法，实现了高精度、低成本、空间分辨率高、测量速度快的显微表面测量技术方案。

为实现上述目的，本发明提供了一种光学偏折显微表面测量装置，所述测量装置包括投影屏、分光棱镜、待测元件、显微物镜、成像透镜、CCD探测器和计算机，其中，所述待测元件置于所述分光棱镜的下方，所述投影屏设于所述分光棱镜的左侧并使二者平行，所述显微物镜、成像透镜和CCD探测器依次设于所述分光棱镜的上方，所述计算机产生一正弦条纹光信号，所述正弦条纹信号光经过所述分光棱镜投射至所述待测元件，经过所述待测元件的表面回返至所述分光棱镜，并经过所述显微物镜和成像透镜进行汇聚成一汇聚光束，所述汇聚光束在所述CCD探测器中呈现一变形条纹光信号，所述计算机对所述变形条纹光信号进行分析，获取所述待测元件的微观面形轮廓信息。

为实现上述目的，本发明提供了一种光学偏折显微表面测量方法，所述方法包括：

S1、采用三坐标测量设备对所述光学偏折显微表面测量装置的结构位置参数S进行测量标定；

S2、根据测量标定的结构位置参数S，计算所述变形条纹光信号的相位分布，所述变形条纹光信号包括待测元件微观面形轮廓特征信息；

S3、根据所述相位分布，获取所述待测元件微观表面对应的实际光斑分布；

S4、将所述实际光斑分布与一预设的理想光斑分布进行比较，得到所述待测元件的微观面形轮廓。