[发明专利]利用波长作相移获取表面三维形貌的方法

说明书

【技术领域】：本发明属于先进光学制造与检测技术领域，特别涉及一种用于表面三 维形貌测量的方法。

【背景技术】：微表面形貌主要是由机械加工、化学加工、喷镀涂层等工艺过程形成 的。随着微细加工技术的发展逐步丰富和精细，微电路、微光学元件、微机械以及其它各 种微结构不断出现，对于微表面三维形貌测量系统的精度要求越来越高。

微表面三维形貌的测量方法可分为光学方法和非光学方法。非光学方法主要包括机械 探针式，扫描电子显微镜，扫描隧道显微镜和原子力显微镜这四种方法。其中机械探针式 测量是接触测量，易损伤被侧面。其它三种测量方法都是一种点扫描测量方式，在对整个 面形测量时，需要对大量测试点进行测试，花费时间比较多。光学方法主要有利用光波干 涉原理的干涉显微测量法。

利用光波干涉原理获取微表面的三维形貌主要分为两步：1.通过相移干涉测量法提取 相位，此时的相位值被截断在反正切函数的主值范围之内，其值域在与之间。2.为 了获得真实的相位分布，需要对这些被截断的相位进行解包裹处理。

传统相移干涉测量方法采用定步长标准相移算法，即每步的相移量均为特定的特殊值 (多为2π/K)。一些研究者将其推广到等步长相移算法，即相移量不一定取2π/K这种特 殊值，但每步相移量仍需严格相等。这两种算法对相移器的要求都特别苛刻。实践中由于 各种因素，相移器的实际相移量和其标称值或多或少都存在一定的偏差，而且这种偏差往 往是难以预测和控制的，它会给测量结果带来误差。为避开实际相移器的相移量难以精确 确定这个难题，研究者们提出了一系列未知相移量抽取算法。这种方法虽然减小了相移器 带来的误差，但是也要先提取相位，然后对被截断的相位做解包裹处理，才能得到真实的 相位分布，操作过程繁琐。

【发明内容】：本发明目的是解决传统微表面三维形貌测量方法需要进行相位提取和 解包裹的问题，提供一种利用波长作相移获取表面三维形貌的方法。该方法将上述两个过 程合并为一个，既可以解决相移器的实际相移量难以精确确定的难题，又不需要对相位值 解包裹，而是直接得到真实的相位分布。

本发明提供的利用波长作相移获取表面三维形貌的方法包括：

第1、使用两种不同波长的光源分别采集两幅待测物表面形貌的干涉图；

第2、通过两幅干涉图求出平均光强I₀

将干涉图中行像素的个数记为M，列像素的个数记为N，则M×N为一幅干涉图上的 总像素数，平均光强就是所有像素点上光强值的和与总像素数(M×N)的商，表达式如 下：

Iavr=1M×NΣi=1MΣj=1NI(i,j)---(8)]]>

平均光强I₀取两幅干涉图平均光强的平均值，即

I₀＝(I_avr1+I_avr2)/2            (9)

I_avr1是第一幅干涉图的平均光强，I_avr2是第二幅干涉图的平均光强；

第3、使用相位提取算法获得第一幅干涉图中(1，1)点的真实相位值，具体算法如下：

第3-1、首先估计相位φ大致区间的范围，