[发明专利]一种白光干涉仪快速准焦方法

说明书

本发明公开一种白光干涉仪快速准焦方法，包括：粗准焦，步进电机沿靠近样品的正方向按第一精度步长移动，每次移动采集一张图片，根据能量梯度函数算法计算每张图片的清晰度，并记录最大清晰度值；细准焦，步进电机沿正方向按第二精度步长移动，根据能量梯度函数算法和改进的EAV点锐度算法记录每张图片清晰度及其最大值对应的位置；精准焦，压电陶瓷驱动器沿反方向按第三精度步长移动，根据改进的EAV点锐度算法记录每张图片清晰度及其最大值，经判断后确定准焦位置。本发明利用步进电机和压电陶瓷驱动器实现分级准焦，并补偿步进电机回退的误差；用能量梯度函数和改进的EAV点锐度算法评价图像的清晰度，实现快速、高精度、大搜索范围的自动准焦。

技术领域

本发明涉及白光干涉领域，尤其涉及一种白光干涉仪快速准焦方法。

背景技术

白光干涉测量具有高精度、高分辨率、非接触的特点，主要用于测量表面形貌、台阶和沟槽等，在高精度测量领域具有广泛的应用。白光干涉仪的相干长度极短，只有在零光程差位置附近才会出现干涉条纹，此时光强有极大值，通过纵向扫描确定样品每个点极大值的高度可以测出样品的形貌。所以白光干涉仪在测量前必须寻找到干涉条纹，该过程成为“准焦”。一般白光LED光源光谱宽度在0.1um左右，其相干长度在几个微米左右，这使得要快速定位到能发生干涉的零光程差位置变得困难。

针对白光干涉仪的特点，目前有许多方法通过采集不同纵向位置的图片来计算图片清晰度或对比度，再选用合适的搜索算法来寻找条纹清晰度最大的纵向位置，以此实现自动对焦(Jingtao Dong etc，Automated determination of best focus andminimization of optical path difference in Linnik white light interferometry，Applied Optics，2011；吴志顺等，基于阈值判定法的白光干涉仪自动扫描技术研究，中国机械工程，2012；郭彤等，采用变速白光扫描干涉术测量大尺度台阶结构，光电子激光，2012；刘乾等，一种白光干涉仪自动对焦装置及方法，2020)。由于白光干涉相干长度短的特点，轴向移动的距离太大很容易错过准焦位置且精度低，太小又会耗时过长，降低效率。以上方法在一定程度上实现了自动准焦，但搜索范围和耗时还有相当大的改进空间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种白光干涉仪快速准焦方法，解决现有白光干涉自动准焦技术中速度慢、搜索范围小的问题，实现快速、大范围的自动准焦，最终让物镜直接定位到开始扫描的位置。

具体技术方案如下：

一种白光干涉仪快速准焦方法，该方法基于白光干涉光学系统来实现；所述白光干涉光学系统安装在步进电机上，包括白光光源、匀光片、照明物镜、分光镜、管镜、CCD相机、Mirau物镜；所述Mirau物镜还与一个压电陶瓷驱动器固连，由所述压电陶瓷驱动器带动所述Mirau物镜单独沿其光轴运动；所述白光干涉仪快速准焦方法包括以下步骤：

S1：开启所述白光光源，并将样品放置在Mirau物镜的视野正对处；

S2：粗准焦；所述步进电机沿靠近样品的正方向按第一精度步长移动，每移动一次CCD相机采集一张图片；根据能量梯度函数算法计算每张图片的清晰度S₁(i)，i＝1，2，3，...，并记录当前清晰度的最大值为S₁max；若S₁(i)-S₁(i-1)＞0.1，则开始下一步；反之，则重复步骤S2；