干涉測量中的掃描同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及干涉測量中的掃描同步方法，并且更具體地涉及用于準(zhǔn)確地測量具有動態(tài)特性的物體的形狀的干涉測量中的掃描同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002]干涉儀是一種工具，其制造在光發(fā)射到要測量的物體的參考表面和表面上之后、由反射或透射的兩束光所引起的干涉條紋，并且通過測量和分析干涉條紋來獲取關(guān)于物體的表面形狀的信息。
[0003]由于易于測量物體的形狀，這樣的干涉儀在工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。近來，遍及整個工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)的快速發(fā)展帶來了在半導(dǎo)體、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、平板顯示器、光學(xué)元件等領(lǐng)域中的微加工，并且目前正在進(jìn)入要求納米級超精細(xì)加工技術(shù)的階段。進(jìn)一步，要處理的物體的形狀也已經(jīng)從簡單的形式變成復(fù)雜的形式。因此，測量微形狀已經(jīng)變得越來越重要。
[0004]使用這種干涉儀，已經(jīng)存在廣泛使用的移相干涉測量(PSI)，其中通過移動與干涉圖的一個波長內(nèi)的適當(dāng)驅(qū)動距離一樣多的相位來獲得參考相位并且轉(zhuǎn)換成高度。干涉測量主要用于測量具有靜止特性的物體的形狀，即靜止物體的形狀。
[0005]順便提及，如果在測量具有動態(tài)特性的物體的形狀(例如以預(yù)定周期振蕩的物體的形狀)中使用典型的移相干涉測量，則存在準(zhǔn)確地獲取物體的圖像的問題。因為物體和產(chǎn)生干涉條紋的測量頭之間的距離是實時地依賴于物體的振蕩而變化，所以即使移動與用于驅(qū)動測量頭的距離一樣多的相位，也不可能獲得參考相位。
[0006]因此，頻閃干涉測量通常用于測量具有動態(tài)特性的物體的形狀。傳統(tǒng)的頻閃干涉測量主要控制從光源射出的光，以測量物體的形狀。作為控制光的方法，存在以下方法:一種使用激光源的方法，該激光源發(fā)出以預(yù)定頻率脈動的激光束來作為光源；一種使用光學(xué)快門以使光閃爍的方法；一種使用聲光調(diào)制器(AOM)以使光閃爍的方法等等。
[0007]然而，問題在于:如果使用激光源，則增加了制造干涉儀的成本；如果使用光學(xué)快門，則反應(yīng)速度變慢；以及如果使用Α0Μ，則難以校準(zhǔn)光并且光量下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，對本發(fā)明進(jìn)行構(gòu)思以解決上述問題，并且本發(fā)明的一個方面為提供干涉測量中的掃描同步方法，其中產(chǎn)生觸發(fā)信號，用于基于物體的振蕩信號來獲取物體的圖像，從而使得可以測量具有動態(tài)屬性的物體的形狀，并且提高測量準(zhǔn)確度。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供有干涉測量中的掃描同步方法，其用于干涉儀，所述干涉儀包括:光源；測量頭，其將從光源發(fā)出的光引導(dǎo)至物體和參考鏡，以便可以通過從物體反射的光和來自參考鏡的參考光來形成干涉條紋；圖像獲取器，其用于獲取由測量頭形成的干涉條紋的圖像；以及振蕩發(fā)生器，其使物體振蕩。所述方法包括:產(chǎn)生具有用于使物體振蕩的預(yù)定周期的第一振蕩信號，并且產(chǎn)生具有與第一振蕩信號同步的脈沖波形的第二振蕩信號；產(chǎn)生第三振蕩信號，其在第二振蕩信號的周期的每整數(shù)倍時被延遲預(yù)定相位；通過第一振蕩信號使物體振蕩；通過在被延遲預(yù)定相位的第三振蕩信號的每個脈沖處對第三振蕩信號進(jìn)行采樣來產(chǎn)生圖像觸發(fā)信號；以及向獲取器施加圖像觸發(fā)信號，以便獲取物體的圖像，其中當(dāng)物體振蕩時，在不同相位處獲取物體的圖像。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供有干涉測量中的掃描同步方法，其用于干涉儀，所述干涉儀包括:光源；測量頭，其將從光源發(fā)出的光引導(dǎo)至物體和參考鏡，以便可以通過從物體反射的光和來自參考鏡的參考光來形成干涉條紋；以及圖像獲取器，其用于獲取由測量頭形成的干涉條紋的圖像。所述方法包括:產(chǎn)生以預(yù)定周期振蕩的物體的第一振蕩信號，并且產(chǎn)生具有與第一振蕩信號同步的脈沖波形的第二振蕩信號；產(chǎn)生第三振蕩信號，其在第二振蕩信號的周期的每整數(shù)倍時被延遲預(yù)定相位；通過在被延遲預(yù)定相位的第三振蕩信號的每個脈沖處，對第三振蕩信號進(jìn)行采樣來產(chǎn)生圖像觸發(fā)信號；以及向圖像獲取器施加圖像觸發(fā)信號，以便獲取物體的圖像，其中當(dāng)物體振蕩時，在不同相位處獲取物體的圖像。
[0011]干涉測量中的掃描同步方法可以進(jìn)一步包括:在產(chǎn)生圖像觸發(fā)信號之前產(chǎn)生具有上升時間的切換觸發(fā)信號，所述上升時間早于被延遲預(yù)定相位的第三振蕩信號的脈沖的上升時間，其中，在通過切換觸發(fā)信號對第三振蕩信號進(jìn)行采樣時，產(chǎn)生所述圖像觸發(fā)信號。
[0012]在產(chǎn)生第三振蕩信號中被延遲的相位可以包括第二振蕩信號的周期的1/4。
【附圖說明】
[0013]結(jié)合附圖，從示例性實施例的以下描述中，本發(fā)明的上述和/或其它方面將變得清楚和更易于理解，在附圖中:
[0014]圖1是示意性示出用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法的干涉儀的示圖；
[0015]圖2是示意性示出用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法的系統(tǒng)的示圖；
[0016]圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法的示圖。
【具體實施方式】
[0017]在下文中，將參考附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的干涉測量中的掃描同步方法的示例性實施例。
[0018]圖1是示意性示出用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法的干涉儀的示圖，圖2是示意性示出用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法的系統(tǒng)的示圖，以及圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法的示圖。
[0019]參考圖1，用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法的干涉儀10包括光源11、測量頭12、圖像獲取器14以及振蕩發(fā)生器15。
[0020]光源11可以包括用于產(chǎn)生白光的白光源或者用于產(chǎn)生單色光的單色光源。例如，鹵鎢燈、發(fā)光二極管(LED)等可以用作白光源，并且二極管激光器等可以用作單色光源。
[0021]測量頭12將光從光源引導(dǎo)至物體I和參考鏡23，并且基于從物體I反射的光和來自參考鏡23的參考光而產(chǎn)生干涉條紋。根據(jù)本實施例，測量頭12包括聚光透鏡21、分束器22和參考鏡23。
[0022]參考圖1，聚光透鏡21將光匯聚到物體1，以便從光源11發(fā)出的光可以穿過聚光透鏡21射向分束器22。
[0023]分束器22反射或者透射穿過聚光透鏡21的光。從分束器22反射的光射向參考鏡23，而透射過分束器22的光射向物體I并且然后再次被物體I反射。
[0024]參考鏡23要使參考光具有與從物體I反射的光不同的光路徑。參考鏡23布置在聚光透鏡21與分束器22之間，并且將從分束器22反射的入射光返回到分束器22。
[0025]從物體I反射的光和由參考鏡23所產(chǎn)生的參考光形成干涉條紋，并且由圖像獲取器14檢測干涉條紋。
[0026]測量頭驅(qū)動器13驅(qū)動測量頭12，以移動靠近或遠(yuǎn)離物體I。
[0027]圖像獲取器14獲取由測量頭12形成的干涉條紋的圖像，并且布置在物體I的上方。
[0028]通常，圖像獲取器14采用電荷耦合裝置(CCD)攝像機(jī)，其具有適合于要測量的面積的像素的數(shù)目。進(jìn)一步，聚光透鏡25可以布置在圖像獲取器14的前面，并且匯聚從主分束器24來的干涉光。
[0029]振蕩發(fā)生器15使物體I振蕩。由振蕩發(fā)生器15所產(chǎn)生的、并且具有預(yù)定周期的第一振蕩信號121使物體I振蕩，以便物體I可以具有動態(tài)屬性。
[0030]在這個實施例中，反射型干涉儀作為干涉儀10的示例來進(jìn)行描述，其中干涉儀10用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法，但是不限于上述。替代地，透射型干涉儀可以用作針對根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法的干涉儀。
[0031]下面，將描述使用前述的根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的干涉儀10的掃描同步方法。
[0032]參考圖1至圖3，根據(jù)本發(fā)明的實施例的干涉測量中的掃描同步方法(其要準(zhǔn)確地測量具有動態(tài)特性的物體的形狀)包括以下步驟:產(chǎn)生第一振蕩信號和第二振蕩信號；產(chǎn)生第三振蕩信號；使物體I振蕩；產(chǎn)生切換觸發(fā)信號；產(chǎn)生圖像觸發(fā)信號；以及施加圖像觸發(fā)信號。
[0033]在產(chǎn)生振蕩信號的步驟中，產(chǎn)生第一振蕩信號121和第二振蕩信號122，其中，第一振蕩信號121具有用于使物體I振蕩的預(yù)定周期，第二振蕩信號122具有與第一振蕩信號121同步的脈沖波形。第一振蕩信號121 (其由振蕩發(fā)生器15產(chǎn)生并且具有正弦波形)被施加到物體I，并且第二振蕩信號122 (其由振蕩發(fā)生器15產(chǎn)生并且具有脈沖波形)通過相位延遲器114等轉(zhuǎn)變成第三振蕩信號。
[0034]在產(chǎn)生第三振蕩信號的步驟中，產(chǎn)生第三振蕩信號126，其在第二振蕩信號122的周期的每整數(shù)倍時被延遲預(yù)定相位a。將被發(fā)送到相位延遲器114的第二振蕩信號通過相位延遲器114轉(zhuǎn)換成第三振蕩信號126，并且將第三振蕩信號126發(fā)送到開關(guān)112和控制器113。圖3圖示了產(chǎn)生第三振蕩信號的示例，第三振蕩信號126在每兩個第二振蕩信號122的周期時被延遲預(yù)定相位?？蛇x地，第三振蕩信號可以在第二振蕩信號122的每三個周期、每四個周期等時被延遲。
[0035]在產(chǎn)生第三振蕩信號的步驟中，延遲的相位a可以是第二振蕩信號122的周期的1/4。亦即，第三振蕩信號126可以在第二振蕩信號122的周期的每整數(shù)倍時被延遲31/2。另外，在產(chǎn)生第三振蕩信號的步驟中延遲的相位a可以包括31/3、/4等。<