本发明专利技术公开了一种精密面型测量装置，该装置包括光源、投影光栅、第一双远心系统、第二双远心系统、检测光栅组件、空间分光系统、第一探测器、第二探测器、处理单元。其中，该装置利用检测光栅组件将一个光栅莫尔条纹分裂为两个位相差恒定的莫尔条纹，并利用空间分光系统将该两个莫尔条纹从空间上完全分开，成像到一对探测器上，并根据第一莫尔条纹光强I1和第二莫尔条纹光强I2获得所述被测量物体表面高度。该装置对测量光强变化不敏感，提高了测量系统对被测量表面材料和工艺的适应性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量
，尤其涉及一种精密面型测量装置。
技术介绍
在精密面型测量领域，光学测量方法具有精度高、非接触、测量面积大等优势，发 挥着越来越重要的作用。其中主要的两种光学测量方法是光学干涉技术和光栅计量技术。 光学干涉技术包括F-P干涉仪、外差干涉仪、偏振干涉仪、半导体激光调频干涉仪等多种技 术，其测量精度可达纳米级。但干涉测量一般对温度、气流、振动等敏感，对测量环境提出很 高要求。随着光栅刻制技术的发展和莫尔条纹细分技术的完善，光栅计量技术也可以获得 纳米级的测量精度。光栅计量技术对测量环境较不敏感，因此具有更广阔的应用范围。 但本申请人在实现本申请实施例中专利技术技术方案的过程中，发现以上光栅计量技 术测量面型高度存在如下问题： 由于被测量表面材料和工艺具有随机性和不可预见性，材料和/或工艺的不同会 导致测量光强发生变化，而测量光强的变化容易造成测量高度误差，导致对被测量表面的 材料和工艺的适应性较差。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种精密面型测量装置，用于解决现有技术中由于测量表面材 料和工艺不同导致的光强变化而引起测量误差的技术问题，提高光栅计量技术的实用性和 适应性。 -种精密面型测量装置，用于对待测物体表面进行形貌测量，所述待测物体放置 在位移台上，其中，所述装置包括:光源，所述光源用于提供所述测量装置所需的照明光;投 影光栅，所述投影光栅接收所述照明光后形成投影光栅像;第一双远心系统，所述第一双远 心系统用于将所述投影光栅成像于所述待测物体表面上;第二双远心系统，所述第二双远 心系统用于接收来自所述待测物体表面镜面反射后的所述投影光栅像;检测光栅组件，所 述检测光栅组件用于接收来自所述第二双远心系统的所述投影光栅像，并将所述投影光栅 像分裂为第一投影光栅像和第二投影光栅像;其中所述第一投影光栅像与检测光栅形成第 一莫尔条纹，所述第二投影光栅像与检测光栅形成第二莫尔条纹，其中所述第一莫尔条纹 和所述第二莫尔条纹为两个位相差恒定的莫尔条纹;空间分光系统，所述空间分光系统用 于接收所述第一莫尔条纹和所述第二莫尔条纹，并将所述第一莫尔条纹和所述第二莫尔条 纹在空间上分开;第一探测器，所述第一探测器用于接收第一莫尔条纹，并获得所述第一莫 尔条纹的莫尔条纹光强h ;第二探测器，所述第二探测器用于接收第二莫尔条纹，并获得所 述第二莫尔条纹的莫尔条纹光强12;处理单元，所述处理单元用于根据所述莫尔条纹光强h 和所述莫尔条纹光强12获得所述被测量物体表面高度。 进一步的，所述根据所述莫尔条纹光强I4P莫尔条纹光强12获得所述被测量物体 表面高度，还包括:根据归一化差分处理获得所述被测量物体表面高度。 进一步的，所述根据归一化差分处理获得所述被测量物体表面高度，包括:根据公 另·获得所述被测量物体表面高度，其中G为比例系数。 进一步的，所述装置还包括:数据采集单元，所述数据采集单元的一端分别与所述 第一探测器、所述第二探测器连接，用于获得所述第一莫尔条纹和所述第二莫尔条纹的信 号信息;所述数据采集单元的另一端与所述处理单元连接，用于将所述放大和转换后的信 号信息发送给处理单元。 进一步的，所述装置还包括:光源监控单元，所述光源监控单元与所述光源连接， 用于检测所述光源的状态和控制所述光源的发光强度。 进一步的，所述检测光栅组件还包括:偏振片，所述偏振片用于将从所述第二双远 心系统发出的所述投影光栅像转化为线偏振光;分光晶体，所述分光晶体位于所述偏振片 之后，用于将所述线偏振光分裂为两个偏振态相互垂直的所述第一投影光栅像和所述第二 投影光栅像，并产生一定量的空间错位;检测光栅，所述检测光栅与所述两个偏振态相互垂 直的所述第一投影光栅像和所述第二投影光栅像干涉分别形成第一莫尔条纹和第二莫尔 条纹。 进一步的，所述空间分光系统包括:第一成像系统，所述第一成像系统位于所述检 测光栅组件之后，用于将从所述莫尔条纹每个点发出的光转化为平行光，并使所述平行光 的主光线会聚到所述第一成像系统的后焦面上;偏振分光镜，所述偏振分光镜位于所述第 一成像系统的后焦面上，用于将所述第一莫尔条纹和所述第二莫尔条纹从空间上分开;第 二成像系统，所述第二成像系统位于所述偏振分光镜之后，用于将空间上分开的所述第一 莫尔条纹成像到所述第一探测器上，所述第二莫尔条纹成像到所述第二探测器上。 进一步的，所述第一探测器和第二探测器对称放置。 进一步的，所述第一探测器和所述第二探测器具有相同的几何尺寸和光学特性参 数。 进一步的，所述位移台具有调节单元，所述调节单元用于根据所述待测物体表面 的形貌实时调节高度和/或倾斜角度。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下： 本专利技术提供一种精密面型测量装置，该装置利用检测光栅组件将一个光栅莫尔条 纹分裂为两个位相差恒定的莫尔条纹，并利用空间分光系统将该两个莫尔条纹从空间上完 全分开，成像到一对探测器上，并根据莫尔条纹光强I:和所述莫尔条纹光强1 2获得所述被测 量物体表面高度。该装置计算被测量物体表面高度时将莫尔条纹光强ldPI2进行差分归一 化处理，从而使该装置对测量光强变化不敏感，提高了测量系统对被测量表面材料和工艺 的适应性。【附图说明】 图1为本专利技术一实施例中一种精密面型测量装置的结构示意图；图2为本专利技术一实施例中一种空间分光系统的结构不意图； 图3为本专利技术一实施例中一种检测光栅组件的结构示意图； 图4为本专利技术一实施例中第一探测器和第二探测器的位置结构示意图。【具体实施方式】本专利技术一实施例中提供一种精密面型测量装置，该装置包括光源、投影光栅、第一 双远心系统、第二双远心系统、检测光栅组件、空间分光系统、第一探测器、第二探测器、处 理单元。其中，该装置利用检测光栅组件将一个光栅莫尔条纹分裂为两个位相差恒定的莫 尔条纹，并利用空间分光系统将该两个莫尔条纹从空间上完全分开，成像到一对探测器上， 并根据第一莫尔条纹光强h和第二莫尔条纹光强1 2获得所述被测量物体表面高度。该装置 计算被测量物体表面高度时将莫尔条纹光强I#PI2进行差分归一化处理，从而使对测量光 强变化不敏感，提高了测量系统对被测量表面材料和工艺的适应性。为使本领域技术人员能够更详细了解本专利技术，以下结合附图对本专利技术进行详细描 述。 如图1所述，图1为本专利技术一实施例中一种精密面型测量装置的结构示意图。其中， 所述装置用于对待测物体5表面形貌进行测量，所述待测物体5设置在一位移台16上，所述 待测物体5的上表面6为被测量区域，可以提供镜面反射;所述装置包括:光源1、投影光栅2、 第一双远心系统3、第二双远心系统8、检测光栅组件9、空间分光系统10、第一探测器11和第 二探测器12、处理单元15,其中， 光源1，所述光源1用于提供所述测量装置所需的照明光;其中所述照明光为均匀 的照明光； 投影光栅2,所述投影光栅2接收所述照明光后形成投影光栅像； 第一双远心系统3,所述第一双远心系统3用于将所述投影光栅成像于所述待测物 体表面6上； 第二双远心系统8,所述第二双远心系统8用于接收来自所述待测物体表面6镜面 反射后的所述投影光栅像； 检测光栅组件9,所述检测光栅组件9用于接收来自所述第二双远心系统8的所述 投影光栅像本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种精密面型测量装置，用于对待测物体表面进行形貌测量，其特征在于，所述待测物体放置在位移台上，其中，所述装置包括：光源，所述光源用于提供所述测量装置所需的照明光；投影光栅，所述投影光栅接收所述照明光后形成投影光栅像；第一双远心系统，所述第一双远心系统用于将所述投影光栅成像于所述待测物体表面上；第二双远心系统，所述第二双远心系统用于接收来自所述待测物体表面镜面反射后的所述投影光栅像；检测光栅组件，所述检测光栅组件用于接收来自所述第二双远心系统的所述投影光栅像，并将所述投影光栅像分裂为第一投影光栅像和第二投影光栅像；其中所述第一投影光栅像与检测光栅形成第一莫尔条纹，所述第二投影光栅像与检测光栅形成第二莫尔条纹，其中所述第一莫尔条纹和所述第二莫尔条纹为两个位相差恒定的莫尔条纹；空间分光系统，所述空间分光系统用于接收所述第一莫尔条纹和所述第二莫尔条纹，并将所述第一莫尔条纹和所述第二莫尔条纹在空间上分开；第一探测器，所述第一探测器用于接收第一莫尔条纹，并获得所述第一莫尔条纹的莫尔条纹光强I1；第二探测器，所述第二探测器用于接收第二莫尔条纹，并获得所述第二莫尔条纹的莫尔条纹光强I2；处理单元，所述处理单元用于根据所述莫尔条纹光强I1和所述莫尔条纹光强I2获得所述被测量物体表面高度。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宗明成，孙裕文，李世光，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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