[发明专利]一维表面形貌测量系统及其测量方法

说明书

本发明提供一种一维表面形貌测量系统及其测量方法，其中的测量装置包括差动共焦测距模块和色散测角模块；在待测物的表面形貌的测量过程中：首先通过差动共焦测距模块将待测物表面的待测位置移动至预设测量位置；再通过色散测角模块对待测位置的峰值波长进行提取，最后通过倾斜角度θ与峰值波长λ的关系θ＝F(λ)确定待测位置的倾斜角度。本发明利用待测位置不同的倾斜角度，会对色散光束产生不同的水平偏移，光谱仪接收到的光谱信号会有不同的峰值波长，从而测算出待测位置的倾斜角度。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，特别涉及一种一维表面形貌测量系统及其测量方法。

背景技术

随着光学技术和机械加工能力的不断提升，制造技术向着大尺寸和高精度的方向不断发展，对生产器件进行高精度形貌测量的需求也越来越迫切。形貌测量主要是对待测件不同位置进行距离和角度测量，由于对测量的空间分辨率需求达到纳米量级，所以要求测量探针能够准确瞄准待测物表面。

目前，测量方式主要分为接触式测量和非接触式测量，其中非接触式测量应用更为广泛，包括激光共焦测距法、色散共焦法等：

1)接触式测量法：通过探头接触待测物表面，获得测量点的坐标信息。

2)激光共焦测距法：利用共焦成像的光斑大小计算采样点的距离信息。

3)色散共焦法：用白光做光源，利用不同波长光通过色散镜头聚焦位置不同的特点，用光谱仪测量待测物表面返回光的光谱，换算得到距离信息。

现有技术主要分为接触式测量和非接触式测量。其中，接触式测量容易损伤待测物表面，且接触探头会随着使用发生磨损。非接触式测量常采用光学测量的方式，具有高精度，高灵敏度的特点。

在传统的光学共聚焦显微镜中，通过采样待测物表面多个点的位置信息来恢复重建其表面形貌。目前，特别是在针对微小表面缺陷的识别中，测量待测面梯度信息，而不是距离信息，已经被证明为是一种更有效的方法。但是，由于梯度场通常是不可积的，利用梯度场进行表面重建仍然存在局限性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种一维表面形貌测量系统及其测量方法，兼具测距和测角功能的光学元件检测方法和系统，解决了现有检测方式在测量距离的同时无法测角的缺点。采用差动共焦技术，对待测位置距离进行测量。利用待测位置不同的倾斜角度，会对色散光产生不同的水平偏移，光谱仪接收到的光谱信号会有不同的峰值波长，从而测算出待测位置的倾斜角度。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

与现有的技术相比，本发明选择对待测物表面的位置信息和梯度信息进行联合测量。利用位置信息进行表面重建，利用梯度信息，有利于对微小表面缺陷进行识别。结合两种信息进行重建，可以提高精度。利用梯度信息，可以对测量点周围位置信息进行预测，允许传感器在进行扫描时，对扫描策略进行动态优化，提高采样效率。在光学形貌测量，尤其是对微小表面缺陷识别中精度更高。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一维表面形貌测量系统的结构示意图。

图2是根据本发明实施例提供的一维表面形貌测量系统中差动共焦测距部分的结构示意图。

图3是根据本发明实施例提供的一维表面形貌测量系统的差动共焦曲线示意图。

图4是根据本发明实施例提供的一维表面形貌测量系统中色散测角部分的结构示意图。

图5是根据本发明实施例提供的一维表面形貌测量系统中光谱仪数据示意图。

图6是根据本发明实施例提供的一维表面形貌测量方法的流程示意图。