绘制表面轮廓制造技术

本发明专利技术涉及一种用于绘制物体表面的表面轮廓的设备，所述设备通过其产生斜率数据。所述设备的斜率数据可以包括根据本发明专利技术应当测量并予以校正的测量误差。本发明专利技术提出，采用计算实体针对所有测量值计算斜率数据的旋度，以确定测量值显示出了测量误差的表面位置。在第二步骤中，给出了能够采用其校正测量值的建议。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及三维(3D)物体的表面测量领域，更具体而言涉及经处理的和未经处理的晶片的纳米形貌、诸如后视镜或非球面透镜的光学元件的表面确定以及眼睛和光学产业中的自由形态(free-forms)。
技术介绍
传统上，通过机械探头获得对三维表面的真实测量和绘制。这些探头包括金钢石针或触针，其在与表面机械接触的同时在所述表面上以高精确度移动。将接连的触针扫描的测量轮廓缝合到一起，以形成3D形貌。但是，机械探头的速度非常慢，其更适于测量轮廓，而不是测量完整的三维形貌(topography)。此外，在很多应用中，不允许与物体进行机械接触。 通常已知的是将干涉测量法用于实现确定三维形貌的目的。但是，这种广泛使用的技术面临着一些基本的限制。其中一个问题在于测量高度范围有限，因为不允许边缘(fringe)密度过高。另一个缺点在于，横向分辨率限于传感器的分辨率，所述传感器在大多数情况下为CCD传感器。 另一种获得三维表面的真实测量和绘制的可能性是使用执行斜率测量，尤其是光学斜率测量的设备。这些设备将得到作为表面轮廓的斜率的物理数据。在下述说明中将这些数据称为斜率数据。通过数据函数表示表面轮廓，其中 表示物体表面上的位置。所述函数通常具有的形式，就笛卡儿坐标系而言，其变为x3或z分别是所要测量的量。之后，通过这些设备确定斜率或梯度 进而，执行数值积分，例如，线性积分，以获得表面形貌 斜率测量的一个基本问题在于，只有当原始数据(其指斜率数据)未显示出明显的误差时，才能成功地进行数值积分。因此，有缺陷的斜率测量值生成了错误的高度值，或者在采用简单的线积分的情况下试图继续传播或产生拖尾。本领域技术人员已知的更为先进的积分方法可以在一定程度上降低这一问题的影响。但是，仍然存在问题。例如，WO 2004/063666中公开了一种这样的方法，将其引入以供参考。
技术实现思路
本专利技术的目的在于确定由用于绘制(mapping)物体表面的表面形貌的设备获得的斜率数据是否包含不正确的斜率值。 本专利技术的另一目的在于在存在系统误差的情况下校正这些不正确的值。 通过独立权利要求的特征实现这一目的和其他目的。通过从属权利要求的特征描述了本专利技术的优选实施例。应当强调的是，权利要求中的任何附图标记均不应被视为是对本专利技术的范围的限制。 本专利技术的第一方面涉及绘制物体表面的表面轮廓的设备。这是一种包括传感器以用来测量所述表面上的预定测量位置 处的表面轮廓的梯度的设备。所述传感器是一种光学斜率传感器，其优选由透镜和处于其焦平面上的位置敏感器件构成。 是表面轮廓的真实或无误差梯度，而通过 表示这一真实梯度的测量值，其含有误差。所述设备还包括用于处理测量值 的计算实体。这一计算实体适于至少为表面的一部分计算测量值的旋度 执行这一操作的目的在于确定测量值显示出测量误差的表面位置(误差位置)，因为误差位置显示出了偏离零的 的值。换言之，通过基本非零的 的值确定误差位置。 根据本专利技术的计算实体的实用性的依据为，对于平滑函数 存在这样的矢量分析规则(方程1) 在没有测量误差的理想情况下，用于绘制表面的表面轮廓 的设备得到了测量值这意味着 (方程2) 但是，如果存在测量误差，那么 的值偏离零，从而显示存在测量误差。这一偏差超过某一阈值的所有位置都将被视为测量值不正确的位置。 所述设备沿两个方向测量表面位置的斜率。当这两个方向相互垂直时，它们代表两个轴，即x轴和y轴。在这种情况下，通过垂直于x和y轴的z轴的值给出指定位置处的表面轮廓的高度。如果由Sx表示沿x方向测量的斜率，由Sy表示沿y方向测量的斜率，那么就3D笛卡儿坐标系而言，意味着 (方程3) 因为 的前两个分量同样都为零。因此，所述计算实体针对所述平面上所有的测量位置计算方程3，并利用其值与零的偏差确定测量误差。 根据本专利技术的优选实施例，利用显示器使测量值的旋度可视化。如果应当检查或多或少的平坦表面，有可能定义上述笛卡儿坐标系。在这种情况下，可以沿与x和y相对的z轴绘制测量值的旋度(的分量)。在这种情况下，xy平面代表平坦表面区域。在下述说明中，将绘制了测量值的旋度的可视化表现称为旋度图(curl map)。旋度图对于确定当前斜率数据组中可能存在哪种类型的相关误差提供了视觉帮助。这一曲线图的特征将为本领域技术人员显示测量误差主要是随机误差还是系统误差。这一曲线图中的随机误差以峰或毛刺为特征，而系统误差则显示出更为连续和规则的图案。此外，测量值表现出了明显的测量误差的物体表面位置的识别使对测量值的校正成为了可能，在下文中将对这一点给出更为详细的说明。在这种情况下，校正之前和之后的旋度图的可视化将以可视的形式表明数据得到了改善，以及改善的程度。 根据本专利技术的另一实施例，所述计算实体适于采用测量值的旋度 进行自校准。在这种情况下，采用所述设备通过这样一种方式执行自校准，即，使作为校准参数的函数的测量值的旋度最小化。可以针对一部分表面执行这一操作，优选对这一物体的整个表面执行这一操作。在自校准(self-calibration)过程(也可以将其称为自校正，self-correction)中，修改设备参数，并且计算实体尝试通过搜索最佳的参数集使旋度图最小化。通过这种方式，能够改进对探测器旋转的校准，并且由于传感器各向异性的原因，能够扫描其非线性度或像素网格变化。在校准过程中有待优化的其他参数为y和y网格校准常数之间的比、x和y方向内斜率灵敏度常数之间的比、将测量电压转化为斜率值所需的参数或者有待测量的表面上的测量网格的参数。事实是，在自校准过程中优化的参数取决于所采用的设备类型，例如挠度计。但是，所有的这些参数都是本领域技术人员已知的，因而无需赘述。 可以相对于坐标系的轴，在倾斜的和/或横向偏移的位置，或者在不同的旋转取向下对同一物体重复这一自校准过程。事实是，可以将其与测量新的物体相结合。所有这些测量和参数变化的结果是具有最小化的平均平方旋度的旋度图，由此在整个表面上或者在一部分表面区域上执行求平均值的运算。此外，找到了最佳的设备参数集，并且仪器已为使用准备就绪。 在理想的情况下，在上面提及的校准过程中找到的最佳设备参数集在设备的整个寿命周期内是恒定的(如果设备稳定的话)。在实际情况下，在执行新的自校准时，这些参数将随着时间发生变化。可以采用由这些校准步骤导出的设备参数集监视设备的稳定性和正确性。 另一优选实施例由适于识别物体表面上的随机缺陷的计算实体构成。利用其测量值的旋度以及该旋度值与阈值的偏差识别物体表面上表现出了随机缺陷的位置。一种可能性是看测量值的旋度是否偏离了临近位置的对应旋度值。如果存在明显的偏差，例如，偏差超过了阈值，那么该偏差则表示随机误差。第二种可能性是将测量值的旋度与内插斜率值的旋度比较，所述内插是利用来自所述位置周围的斜率值执行的。同样，如果存在明显的偏差，例如，偏差超过了阈值，那么该偏差则表示随机误差。在两种情况下，可以将这一知识应用到重建3D形貌的积分步骤中，以获得更为精确的形貌。可以采用内插斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于绘制物体（２）的表面（１）的表面形貌ｇ（＊）＝０的设备，包括：ａ）传感器（３），其用于测量所述表面上的预定测量位置（４）＊处的表面形貌的梯度＊ｇ（＊），ｂ）计算实体（５），其用于处理来自多个测量位置的表面形貌的梯度的测量值＊（＊），ｃ）所述计算实体适于针对所述表面的至少一部分计算所述测量值的旋度＊＊＊，以确定所述测量值表现出了测量误差的表面位置（误差位置），所述误差位置的特征在于具有与零之间的偏差超过阈值的＊＊＊值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W波泽，WD范阿姆斯特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]