[发明专利]一种基于混合干涉条纹的白光显微干涉形貌重建方法

说明书

本发明是一种基于混合干涉条纹的白光显微干涉形貌重建方法，利用Mirau型白光干涉光学系统，通过压电陶瓷移动台精密控制干涉物镜纵向扫描移动，将采集得到的一系列白光显微干涉图进行保存。首先，将所采集到的干涉灰度图转换为光强图，通过频域滤波以及基频信号提取算法，获得单帧干涉图像对应的归一化调制度图，针对每个独立纵向扫描位置，利用同一像素点光强值与对应调制度数值的乘积获取一帧混合干涉图像。最后通过纵向扫描获取得到一系列混合干涉图像，通过寻找混合干涉极值及其相应扫描位移来获取被测物体每个像素点的高度信息，从而实现物体三维形貌重建。本方法具有测量精度高，抗干扰能力强，系统简单等特点，适用于微纳结构三维形貌检测。

技术领域

本发明属于光学检测领域，具体涉及一种基于混合干涉条纹的白光显微干涉形貌重建方法。

背景技术

微纳结构是指特征尺寸在微米至纳米量级的功能性结构，在微电子，航天航空，化学制药，生物技术等领域广泛应用，对推动信息时代技术、经济和社会发展有着重要的意义。随着微纳器件应用范围的不断拓展，对其进行高精度三维形貌检测也成为微纳检测技术的重要发展目标。目前，测量手段主要分为非光学、光学两类。在非光学检测中，主要有台阶仪，原子力显微镜，扫描电子显微镜(SEM)等手段，大多采用接触式测量形式，精度高，但测量速度慢，设备昂贵。在光学检测领域中，主要有共聚焦扫描显微镜，平面干涉仪和白光干涉法等手段，大多采用非接触式测量，具有测量速度快、精度高等优点。其中，白光显微干涉技术，利用宽光谱低相干性，实现对微纳器件三维形貌的高精度检测，具有高分辨力、测量范围大等优势，在微纳器件检测领域中广泛运用。

Dong Chen and Joanna Schmit等人通过添加额外的干涉镜来实现光强极值点寻找，通过实时算法分析来减少外接振动，光源不稳定因素的影响，虽然有一定的效果，但不仅处理速度较慢，而且增加了系统的复杂性和检测费用。U.Paul Kumar团队提出了一种基于三波长绝对相位分析方法，通过相位确定零级干涉条纹，该方法在物体结构连续时能有效完成检测，但由于其含有2π相位模糊，从而无法广泛使用。总之，在目前的一些方法中，都存在干涉图的光强不稳定，受外界扰动影响大等问题，从而导致三维形貌测量误差。

由于国内外目前在微纳结构三维形貌恢复方法中，测量稳定性不足，受外界干扰严重。寻找一种系统简单，精度高，稳定性强的微纳结构三维形貌检测手段，对于现在的微纳结构器件有很重要的作用。要实现稳定性强，测量精度高的微纳结构三维形貌检测方法仍然是目前国内外需要继续解决的问题。

发明内容

为了解决上述难题，本发明设计了所述的一种基于混合干涉条纹的白光显微干涉形貌重建方法，可以实现高精度测量的同时光源光强不稳定，外界无序扰动等的影响，纵向分辨率可以达到纳米量级。

本发明采用的技术方案为：一种基于混合干涉条纹的白光显微干涉形貌重建方法，测量过程中，通过宽光谱光源入射到光学成像系统，利用Mirau型白光干涉光学系统，通过压电陶瓷移动台精密控制干涉物镜纵向扫描移动，将采集得到的一系列白光显微干涉图进行保存。首先，将所采集到的干涉灰度图转换为光强图，通过频域滤波以及基频信号提取算法，获得单帧干涉图像对应的归一化调制度图，针对每个独立纵向扫描位置，利用同一像素点光强值与对应调制度数值的乘积获取一帧混合干涉图像。最后通过纵向扫描获取得到一系列混合干涉图像，通过寻找混合干涉极值及其相应扫描位移来获取被测物体每个像素点的高度信息，从而实现物体三维形貌重建。

其中，宽光谱光源入射到光学成像系统，透过Mirau干涉物镜使光线分为两束，一束反射到参考镜面，另一束透射到被测物体表面，当两束光再次返回时则发生干涉，利用压电陶瓷控制干涉物镜纵向扫描移动，将CCD采集得到的一系列干涉图进行保存。

其中，将所采集到的干涉灰度图转换为光强图，通过频域滤波以及基频信号提取算法，获得单帧干涉图像对应的归一化调制度图，针对每个独立纵向扫描位置，利用同一像素点光强值与对应调制度数值的乘积获取一帧混合干涉图像。