用于推导物体表面的形貌的方法和设备技术

本文的实施例涉及一种用于推导物体表面(3)的形貌的方法。将线偏振光波(102a、103a)朝向物体表面(3)和参考表面(2)引导。对多个波长获得反射的线偏振光波(102b、103b)的图像。所述图像是针对多个波长中的每个对于至少四个偏振获得的。反射的线偏振光波(102b、103b)是朝向物体表面(3)和参考表面(2)引导的线偏振光波(102a、103a)的反射。基于获得的图像来推导物体表面(3)的形貌。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于推导物体表面的形貌的方法和设备
本文的实施例总体上涉及一种方法和装置。更具体地说，本文的实施例涉及推导物体表面的形貌。
技术介绍
表面改性(尤其是抛光)是许多工业生产领域中的必需过程。这些包括：·汽车，例如，用于塑料零件(比如箱盖、灯罩和镜头)的模具的抛光。·发动机零件，比如凸轮轴。·医学植入物，例如，人造髋关节的表面。·光学器件，比如用于安全玻璃和隐形眼镜的注塑模具。不同类型的物体上的这样的抛光表面可以是几个平方米大小，并且要求1微米或更小的表面精度。另外，包括抛光表面的物体可能是非常重的。如今，具有抛光表面的物体从抛光过程被移到实验室，在实验室里，在耗时的过程中一次性在小的区域处对表面进行测量。对表面进行抛光的目的是创建由预定义表面参数(例如，平滑度、表面形貌的均方根(RMS)、预定义深度处的沟和线的清晰度、锐度和指定高度处的峰、结构的方向等)限定的预定义结构。这样的参数必须通过工业过程达到，并且通常一起被定义为表面的“质量”。此外，抛光的大部分是手动进行的，其中手动抛光工通过查看物体来建立质量，而使用机器人或激光器的自动过程一般必须通过将物体从处理室取出而进行手动检查。
技术实现思路
本文的实施例的目的因此是消除上面的缺点中的至少一个并且提供物体表面的形貌的改进推导。根据第一方面，所述目的通过一种用于推导物体表面的形貌的方法来实现。将线偏振光波朝向物体表面和参考表面引导。对多个波长获得反射的线偏振光波的图像。所述图像是针对所述多个波长中的每个对于至少四个偏振获得的。反射的线偏振光波是朝向物体表面和参考表面引导的线偏振光波的反射。基于获得的图像来推导物体表面的形貌。根据第二方面，所述目的通过一种用于推导物体表面的形貌的设备来实现。所述设备适于将线偏振光波朝向物体表面和参考表面引导。所述设备适于对多个波长获得反射的线偏振光波的图像。所述图像是针对所述多个波长中的每个对于至少四个偏振获得的。反射的线偏振光波是朝向物体表面和参考表面引导的线偏振光波的反射。所述设备适于基于获得的图像来推导物体表面的形貌。因为所述图像是针对多个波长获得的，所以物体表面的形貌的推导得到改进。本文的实施例给予了许多优点，其例子的非详尽列表如下：本文的实施例对于在大面积上确定表面几何形貌是有用的。通过单波长干涉仪的精度以及宽带宽白光干涉仪的多值性，它们是鲁棒的且快速的。本文的实施例的工作距离长达10-50mm，该工作距离比目前使用的显微镜物镜系统长得多。上面使用的术语精度可以被解释为测量、计算或规格的结果符合正确的值或标准的程度。本文的实施例的工业用途的范围为关于自动、医学和光学工业工具、模具和产品的过程路线和抛光方法的决策。仅需要表面区域的大部分(在下面讨论的示例情况下为4×4mm)的4×波长数量的图像，因此与单点测量和干涉测量仪器相比，它是快速的而且对振动更不敏感。全部的表面区域于是还可以通过按步长(在下面讨论的示例性情况下，步长为2-4mm)在全部的区域上进行步进来测得。本文的实施例的一些进一步的优点可以是：本文的实施例提供长工作距离，因为所述设备可以被放置在离目标区域10-50mm处。通过本文的实施例，可以使用快速测量来同时推导大物体表面的形貌。另一个优点可以是，大的表面区域上的定量数据作为反馈提供给抛光过程。附图说明现在将参照附图来以举例的方式描述本文的实施例，其中：图1是例示说明设备的示意性框图。图2是例示说明相位和频率的曲线图。图3a是例示说明从白光干涉仪的光源发射的强度谱的曲线图。图3b是例示说明从图3a中的谱计算的功率延迟函数的曲线图。图4a是例示说明430、543、635、650和670nm处的五个谱线的强度谱的曲线图。图4b是例示说明图4a中的谱的所得功率延迟函数的曲线图。图5是例示说明具有下层表面和透明层的物体的示意性框图。图6是例示说明方法的实施例的流程图。图7是例示说明设备的实施例的示意性框图。具体实施方式图1描绘了根据一些实施例的设备100。所用坐标系在图1的底部用箭头示出。x轴是沿着纸从左到右的水平轴，y轴朝向纸内，z轴是沿着纸从下到上的垂直轴。检查中的物体包括具有表面形貌的物体表面3。物体表面3也可以被称为表面。形貌是指表面的物理几何3维属性(比如形状、高度和深度)的三维布置，即，包括其凸出特征及其特征的位置的表面的配置。从分离的单色光源经由纤维31、32、33用激光照射物体表面3，即，创建不同颜色的正弦信号(在图1中未示出)。纤维31、32、33连接到光纤开关21，光纤开关21适于在纤维31、32、33到准直仪22之间切换。准直仪22适于生成平坦的波前(即，在平坦表面上具有相同相位的波前)，该波前通过两个线偏振滤光器，即，第一线偏振滤光器23和第二线偏振滤光器24。第一线偏振滤光器23位于准直仪22的后面，第二线偏振滤光器24位于第一线偏振滤光器23的后面，即，第二线偏振滤光器24位于分束器1的前面。稍后将更详细地描述分束器1。作为准直仪22的输出的平坦的波前首先通过第一线偏振滤光器23，其次通过第二线偏振滤光器24。第一线偏振滤光器23适于使来自准直仪22的平坦的波前的光强度衰减。第二线偏振滤光器24适于将来自第一线偏振滤光器23的衰减后的平坦的波前变换为成特定偏振角度Δ的线偏振光波101。术语光可以在提到光波时被使用。现在将简要地解释上面使用的术语偏振。偏振是可以以多于一个的方位振荡的波的性质。在电磁波中，电场和磁场这二者都在振荡，但是是在不同的方向上。平面波形式的光作为横波传播，电场和磁场这二者都垂直于波的行进方向。这些场的振荡可以在单个方向上(线偏振)，或者场可以以光学频率旋转(圆或椭圆偏振)。在圆或椭圆偏振中，场的旋转的方向并由此指定的偏振可以要么是顺时针的、要么是逆时针的。分束器1是适于将线偏振光波101(即，第二线偏振滤光器24的输出)朝向参考表面2和物体表面3引导的器件。参考表面2是表面反射光波102b行进的路径距离的参考。该距离也可以被称为延迟。分束器1被定位为相对于线偏振光波101成45°角，以便使平面的表面引导光波102a和平面的参考引导光波103a以平面的方式碰撞物体表面3和参考表面2。参考表面2和表面物体3平行于彼此。表面引导光波102a和参考引导光波103a这二者都是线偏振光波。朝向参考表面2引导的线偏振光波101被称为参考引导光波103a，朝向物体表面3引导的线偏振光波101可以被称为表面引导光波102a。参考表面2(可以例如是线栅偏振器或任何其他合适的器件)因此可以被描述为适于传送沿着y轴偏振的一个线偏振(即，表面引导光波102a)并且反射沿着x轴偏振的垂直偏振分量(即，参考反射光波103b)的器件。参考反射光波103b和表面反射光波102b可以被称为线偏振分量。现在将简要地解释上面提及的术语线栅偏振器。偏振器可以被描述为使特定偏振的光通过并且阻挡其他偏振的波的滤光器。另外，偏振器可以将未定义的或混合的偏振的光束转换为具有明确定义的偏振的射束、偏振光。线栅偏振器是放置在垂直于入射光束的平面中的、包括平行导电导线的规则阵列的偏振器类型。其电场的分量平行于导线对齐的电磁波诱导电子沿着导线的长度移动。平行于导线的电场分量被反射，而垂直于导线的电场分量通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于推导物体表面(3)的形貌的方法，所述方法包括：将线偏振光波(102a、103a)朝向物体表面(3)和参考表面(2)引导(601)；针对多个波长获得(602)反射的线偏振光波(102b、103b)的图像，其中，所述图像是针对所述多个波长中的每个对于至少四个偏振获得的，并且其中，反射的线偏振光波(102b、103b)是朝向物体表面(3)和参考表面(2)引导的线偏振光波(102a、103a)的反射；以及基于获得的图像来推导(603)物体表面(3)的形貌。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于推导物体表面(3)的形貌的方法，所述方法包括：将线偏振光波(102a、103a)朝向物体表面(3)和参考表面(2)引导(601)；针对多个波长获得(602)反射的线偏振光波(102b、103b)的图像，其中，所述图像是针对所述多个波长中的每个对于至少四个偏振获得的，并且其中，反射的线偏振光波(102b、103b)是朝向物体表面(3)和参考表面(2)引导的线偏振光波(102a、103a)的反射；以及基于获得的图像来推导(603)物体表面(3)的形貌。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个波长包括至少三个波长。3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，反射的线偏振光波(102b、103b)包括表面反射光波(102b)和参考反射光波(103b)，其中，参考反射光波(103b)是已经在参考表面(2)处反射的垂直线偏振光波，以及其中，基于获得的图像来推导(603)物体表面(3)的形貌进一步包括：针对所述多个波长中的每个对于所述至少四个偏振中的每个获得(603a)光强度图像；基于获得的光强度图像，针对所述多个波长中的每个获得(603b)表面反射光波(102b)和参考反射光波(103b)之间的相位差；以及基于获得的相位差来获得(603c)参考表面(2)和表面(3)之间的距离。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，参考反射光波(103b)在参考表面(2)上的参考位置处，并且其中，通过减去针对所述多个波长中的每个的延迟来使所述参考位置移位。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，经由线偏振光波(102a、103a)通过四分之一波滤光器(11)和线偏振滤光器(12)来在至少四个偏振中获得所述图像。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述至少四个偏振是45°、135°、左圆偏振和右圆偏振。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，半透明表面(202)位于物体表面(3)的上方。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，将线偏振光波(102a、103a)既朝向物体表面(3)、位于物体表面(3)上方的半透明表面(202)又朝向参考表面(2)引导。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，反射的线偏振光波(102b、103b)是既朝向物体表面(3)、位于物体表面(3)上方的半透明表面(202)又朝向参考表面(2)引导的线偏振光波(102a、103a)的反射。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，线偏振光波(102a、103a)垂直地或以小于6度的角度朝向物体表面(3)引导。11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，参考表面(2)是线栅偏振器。12.一种用于推导物体表面(3)的形貌的设备(100)，其中，所述设备(100)包括：光引导模块(701)，所述光引导模块(701)适于将线偏振光波(102a、103a)朝向物体表面(3)和参考表面(2)引导；图像获得模块(703)，所述图像获得模块(703)适于针对多个波长获得反射的线偏振光波(102b、103b)的图像，其中，所述图像是针对所述多个波长中的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·博特，
申请(专利权)人：QSO干涉系统股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE