專利名稱：基于顯微干涉技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)的測(cè)試裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于顯微干涉技術(shù)測(cè)試微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)中結(jié)構(gòu)的三維幾何參數(shù)和運(yùn)動(dòng)特性的裝置與方法。屬于面向微機(jī)電系統(tǒng)的光電非接觸法的幾何量和機(jī)械量測(cè)試技術(shù)。
背景技術(shù)：
測(cè)試技術(shù)在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)研發(fā)過(guò)程與產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前MEMS的測(cè)試手段主要是借助于傳統(tǒng)的IC測(cè)試工具和掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡等昂貴的微觀測(cè)試設(shè)備，但以上設(shè)備并不是針對(duì)MEMS測(cè)試的專用設(shè)備，無(wú)法實(shí)現(xiàn)MEMS結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試，同時(shí)這些設(shè)備價(jià)格昂貴，測(cè)試速度慢，測(cè)量范圍小，對(duì)測(cè)試環(huán)境要求苛刻。近年來(lái)，隨著MEMS從研究階段逐漸步入產(chǎn)業(yè)化階段，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的需求更為迫切。由于通過(guò)幾何尺寸和運(yùn)動(dòng)特性的測(cè)量，可間接反映出MEMS器件的基本性能，如MEMS微結(jié)構(gòu)三維微運(yùn)動(dòng)情況、材料屬性及機(jī)械力學(xué)參數(shù)、MEMS可靠性與器件失效模式、失效機(jī)理等，因此MEMS動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的重要性更為突出。
MEMS結(jié)構(gòu)的測(cè)試分為以下幾個(gè)部分一是結(jié)構(gòu)平面尺寸的測(cè)量；二是結(jié)構(gòu)平面運(yùn)動(dòng)的測(cè)量；三是結(jié)構(gòu)縱向尺寸的測(cè)量；四是結(jié)構(gòu)縱向運(yùn)動(dòng)的測(cè)量。由于MEMS結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性決定了MEMS的基本性能，因此動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)在MEMS研發(fā)過(guò)程中具有重要的意義。
近年來(lái)，對(duì)微尺度下MEMS器件動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試方法已經(jīng)進(jìn)行了很多有益的探索，并取得了一些有實(shí)用價(jià)值的研究成果，如應(yīng)用頻閃成像技術(shù)采集周期性高速運(yùn)動(dòng)的MEMS活動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)圖像，利用數(shù)字圖象處理技術(shù)分析其動(dòng)態(tài)特性；通過(guò)激光精密測(cè)量中的相移干涉技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的亞像元分析技術(shù)等來(lái)提高測(cè)量精度；利用激光多普勒測(cè)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)MEMS器件瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)測(cè)量等。
在實(shí)現(xiàn)MEMS縱向尺寸和周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的測(cè)量時(shí)，目前主要有兩種方法，一是數(shù)字圖像的焦平面測(cè)量法；一種是顯微干涉測(cè)量法。由于第一種測(cè)量方法的精度較低，因此目前的關(guān)注點(diǎn)主要是顯微干涉測(cè)量法。
國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)，如美國(guó)麻省理工大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校和圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了一些關(guān)于利用顯微干涉技術(shù)進(jìn)行MEMS動(dòng)態(tài)測(cè)試樣機(jī)的情況，具有以下特點(diǎn)(1)所采用的干涉儀主要為邁克爾遜Michelson干涉儀和Linik；(2)采用頻閃照明技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)瞬間的捕獲；(3)采用單波長(zhǎng)光源(發(fā)光二極管LED或半導(dǎo)體激光LD)作為光源。
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的綜合分析和比較，目前所報(bào)道的技術(shù)方案主要存在以下幾方面的問(wèn)題第一、Michelson干涉顯微鏡的放大倍數(shù)不能超過(guò)5×，且測(cè)量視場(chǎng)小，Linik干涉顯微鏡難以完全達(dá)到對(duì)兩個(gè)物鏡特性完全相同的要求，容易受到外界的干擾；第二、對(duì)通過(guò)顯微干涉技術(shù)所得到的幾何量參數(shù)缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法；第三、在評(píng)價(jià)三維耦合運(yùn)動(dòng)時(shí)，缺乏有效的測(cè)量點(diǎn)跟蹤手段；第四、一般只采用單個(gè)波長(zhǎng)的光進(jìn)行干涉測(cè)量，系統(tǒng)的抗干擾性較差；第五、測(cè)量裝置系統(tǒng)性不強(qiáng)，擴(kuò)展能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于顯微干涉測(cè)試微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)幾何參數(shù)和動(dòng)態(tài)特性的裝置與方法，它具有抗干擾性強(qiáng)、測(cè)量范圍寬、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。
本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的?；陲@微干涉技術(shù)，進(jìn)行微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)幾何參數(shù)和動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的裝置，該裝置包括由三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)、光學(xué)顯微鏡、Mirau干涉儀、相移控制器、頻閃照明驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)信號(hào)切換開關(guān)、LED陣列、MEMS結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)裝置、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、數(shù)據(jù)處理和控制計(jì)算機(jī)組成，其特征在于，光源為多波長(zhǎng)光源，采用包括由白、紅、黃、綠發(fā)光二極管組成的陣列，并且每個(gè)子光源均設(shè)有獨(dú)立的準(zhǔn)直器；顯微干涉測(cè)量采用分光路Mirau干涉顯微鏡并與相移控制器集成一體。
上述的發(fā)光二極管陣列按照等邊三角形相互交叉的方式均勻布置。
上述的顯微干涉部分，主要由Mirau干涉顯微鏡和相移控制器組成。
采用上述裝置，基于顯微干涉技術(shù)進(jìn)行微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)幾何量參數(shù)和動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試方法，其過(guò)程包括頻閃與驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同步控制、干涉顯微鏡的相移控制、不同相移下干涉圖像的采集、干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離、對(duì)不同相移下干涉圖像的相移和相位展開計(jì)算得到三維表面形貌圖、三維表面形貌圖的傾斜修正、三維表面形貌圖的歸一化分析、測(cè)量點(diǎn)的跟蹤，其特征在于，在對(duì)靜止MEMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何參數(shù)測(cè)量時(shí)
(1)將照明裝置設(shè)置為連續(xù)照明方式，對(duì)MEMS器件進(jìn)行照明；將被測(cè)的MEMS器件固定在三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)；(2)利用標(biāo)準(zhǔn)PAL制CCD攝像機(jī)，獲得MEMS的被測(cè)結(jié)構(gòu)靜止?fàn)顟B(tài)的干涉圖像；調(diào)整相移控制器的輸出，使得產(chǎn)生等間距的5個(gè)呈臺(tái)階變化的相移，在每一相移臺(tái)階采集當(dāng)時(shí)的干涉圖像，共5幅干涉圖像；(3)依據(jù)干涉條紋所出現(xiàn)的邊緣對(duì)干涉圖像進(jìn)行邊緣特征提取，將邊緣所包含，且無(wú)干涉條紋的區(qū)域作為形貌突變區(qū)域，并將該區(qū)域每一像素的灰度值賦為0，以實(shí)現(xiàn)形貌突變區(qū)域的隔離；(4)利用5步Hariharan相移算法對(duì)上述處理得到的5幅干涉圖像進(jìn)行綜合分析，得到反映三維形貌的1幅相位圖；利用最小二乘相位展開算法分析該相位圖，得到包含表面形貌信息的三維圖像；(5)對(duì)三維形貌圖進(jìn)行傾斜修正，先以整幅圖像或圖像中人為選擇的局部區(qū)域計(jì)算出它們的最小二乘平面，并以該最小二乘平面的斜率對(duì)整幅圖像進(jìn)行傾斜修正；(6)對(duì)三維圖像進(jìn)行歸一化評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)幾何參數(shù)測(cè)量；歸一化評(píng)價(jià)幾何參數(shù)準(zhǔn)則是兩個(gè)平面的平行度為兩表面的最小二乘平面的平行度；立面的垂直度是以它的底面和該立面的最小二乘平面的夾角來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)的；平面結(jié)構(gòu)的輪廓線是對(duì)各橫截面利用曲線擬合技術(shù)得到亞像元精度的邊緣點(diǎn)的連線；輪廓線的包絡(luò)中心線是評(píng)價(jià)平面結(jié)構(gòu)的尺寸、平行度和垂直度的測(cè)量線。
在對(duì)運(yùn)動(dòng)MEMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性測(cè)試時(shí)(1)將被測(cè)的MEMS器件固定在三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)，并將MEMS器件中運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的激勵(lì)輸入端與三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)的電極引腳相連；將照明裝置設(shè)置為頻閃照明方式，對(duì)MEMS器件進(jìn)行頻閃照明，頻閃信號(hào)的周期與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的周期相同，且保持固定的延遲時(shí)間，因此MEMS結(jié)構(gòu)的周期運(yùn)動(dòng)在頻閃照明下基本屬于“凍結(jié)”狀態(tài)；(2)設(shè)置同一相位頻閃的次數(shù)，使標(biāo)準(zhǔn)PAL制CCD攝像機(jī)進(jìn)行多次曝光，進(jìn)行曝光的積分效應(yīng)，獲得MEMS的被測(cè)結(jié)構(gòu)靜止?fàn)顟B(tài)的干涉圖像，調(diào)整相移控制器的輸出，使得產(chǎn)生等間距的5個(gè)呈臺(tái)階變化的相移，在每一相移臺(tái)階采集當(dāng)時(shí)的干涉圖像，共5幅干涉圖像，通過(guò)干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離，并進(jìn)行5步Hariharan相移算法和最小二乘相位展開算法的計(jì)算，可得到MEMS被測(cè)結(jié)構(gòu)的在上述運(yùn)動(dòng)周期所對(duì)應(yīng)的固定時(shí)刻下，即周期運(yùn)動(dòng)相位的表面形貌的三維圖像；(3)調(diào)整頻閃信號(hào)與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的延遲時(shí)間，即調(diào)整所“凍結(jié)”的周期運(yùn)動(dòng)相位，重復(fù)步驟(2)，即可得到MEMS被測(cè)結(jié)構(gòu)在不同周期運(yùn)動(dòng)相位的表面形貌的三維圖像；延遲時(shí)間與一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中所采集三維圖像的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，通過(guò)不斷調(diào)整延遲時(shí)間，可得到反映MEMS結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的三維圖像序列；(4)通過(guò)結(jié)合干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離結(jié)果，對(duì)不同周期運(yùn)動(dòng)相位下表面形貌的三維圖像序列進(jìn)行空間域分析和評(píng)價(jià)，可得到一定驅(qū)動(dòng)頻率下MEMS結(jié)構(gòu)的三維周期運(yùn)動(dòng)狀況；其評(píng)價(jià)準(zhǔn)則為當(dāng)圖像中形貌突變區(qū)域不影響運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)三維圖像的重構(gòu)時(shí)，依據(jù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的三維圖像提取出結(jié)構(gòu)平面特征輪廓線，通過(guò)圖像匹配確定該輪廓線在整幅圖像中的相對(duì)位置，從而得到結(jié)構(gòu)的平面運(yùn)動(dòng)位移，同時(shí)依據(jù)結(jié)構(gòu)平面特征輪廓線建立相對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系，得到所選定的測(cè)量點(diǎn)在每幅圖像中所處的相對(duì)位置，比較三維圖像序列中測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)各相對(duì)位置像素的高度信息，得到結(jié)構(gòu)的離面(垂直方向)運(yùn)動(dòng)位移；當(dāng)圖像中形貌突變區(qū)域使得運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)三維圖像不能完全重構(gòu)時(shí)，依據(jù)干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離結(jié)果提取出結(jié)構(gòu)平面特征輪廓線，通過(guò)圖像匹配確定該輪廓線在整幅圖像中的相對(duì)位置，從而得到結(jié)構(gòu)的平面運(yùn)動(dòng)位移，同時(shí)依據(jù)結(jié)構(gòu)平面特征輪廓線建立相對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系，得到所選定的測(cè)量點(diǎn)在每幅圖像中所處的相對(duì)位置，比較所重構(gòu)的局部三維圖像序列中測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)各相對(duì)位置像素的高度信息，得到結(jié)構(gòu)的離面(垂直方向)運(yùn)動(dòng)位移；(5)以一定的步距調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，使得MEMS結(jié)構(gòu)以不同的頻率進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，重復(fù)步驟(2)(3)和(4)，可得到結(jié)構(gòu)在一系列驅(qū)動(dòng)頻率下的三維運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)特征，通過(guò)綜合分析不僅可得到結(jié)構(gòu)的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)，還可得到結(jié)構(gòu)的三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)全過(guò)程。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用虛擬儀器的方式組建內(nèi)部的功能模塊，便于系統(tǒng)的功能調(diào)整和擴(kuò)展；在連續(xù)光照明方式下，采用分光路Mirau干涉顯微鏡和相移器件實(shí)現(xiàn)精度高、抗干擾能力強(qiáng)的表面形貌檢測(cè)，并采用歸一化的方法進(jìn)行幾何量參數(shù)的評(píng)定；在頻閃照明的方式下，利用標(biāo)準(zhǔn)PAL制CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)MEMS中高速周期運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的瞬間圖像的采集，并輔以相移算法、相位解包裹算法及空間域分析，以解析的表面輪廓建立參考測(cè)量系，得到結(jié)構(gòu)的三維運(yùn)動(dòng)特性；采用快速的光源切換，實(shí)現(xiàn)靈活的多波長(zhǎng)干涉，提高測(cè)量的范圍。


圖1利用頻閃照明實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的基本原理示意圖；圖2基于顯微干涉技術(shù)的MEMS動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置系統(tǒng)框圖；圖3納米級(jí)三角形臺(tái)階的干涉圖像；圖4包含納米級(jí)三角形臺(tái)階三維形貌特征的相位圖；圖5納米級(jí)三角形臺(tái)階的表面形貌重構(gòu)的局部三維圖像；圖6傾斜度修正后三角形臺(tái)階的局部三維形貌圖；圖7為實(shí)現(xiàn)亞像元精度對(duì)三角形臺(tái)階邊緣進(jìn)行曲線擬合的示意圖；圖8 MEMS諧振器在運(yùn)動(dòng)相位30°下零相移的干涉圖像；圖9 MEMS諧振器在運(yùn)動(dòng)相位30°下λ/8相移的干涉圖像；圖10 MEMS諧振器在運(yùn)動(dòng)相位120°下零相移的干涉圖像；圖11 MEMS諧振器在垂直方向的運(yùn)動(dòng)曲線圖；圖12頻閃光源中發(fā)光二極管LED陣列圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例主要關(guān)注在連續(xù)照明條件下，利用相移顯微干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)MEMS結(jié)構(gòu)三維幾何尺寸和形位誤差等幾何量參數(shù)的測(cè)試。
測(cè)量與控制計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB控制卡，控制任意波形發(fā)生器輸出一直流電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得頻閃照明裝置工作在連續(xù)照明狀態(tài)下，MEMS結(jié)構(gòu)放置在光學(xué)顯微鏡下的三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)上。
利用相移控制器控制Mirau干涉儀的物距，調(diào)整的間距為λ/8，λ為干涉光源的波長(zhǎng)，等間距調(diào)整4次，包括初始點(diǎn)，可依次得到等間距的5個(gè)相移，分別為0、π/2、π、3π/2、2π，在每個(gè)相移差利用計(jì)算機(jī)控制圖像采集卡采集CCD攝像機(jī)獲取的MEMS器件的干涉圖像，共5幅圖像。如圖3所示為納米三角形臺(tái)階在0相移下的顯微干涉圖像，其它4幅干涉圖像與圖3基本相似，只是干涉條紋有一定的錯(cuò)位。利用5步Hariharan相移算法對(duì)5幅干涉圖像進(jìn)行相位提取，得到如圖4所示的包含納米三角形臺(tái)階三維形貌的相位圖。在5步Hariharan相移算法中，計(jì)算相位采用的公式為＝arctan[(2I1-2I3)/(-I0+2I2-I4)]，I0至I4分別為5幅干涉圖像中對(duì)應(yīng)位置的光強(qiáng)。
利用基于快速離散余弦變換的最小二乘相位展開算法，尋找已展開的相鄰像素點(diǎn)間相位差值與該相鄰像素點(diǎn)間未展開相位差值之差的最小二乘解，得到MEMS器件靜止?fàn)顟B(tài)下表面形貌，重構(gòu)得到納米三角形臺(tái)階的三維圖形，如圖5所示。由于工作臺(tái)和被測(cè)對(duì)象的傾斜是不可避免的，從圖5可明顯看出，為了真實(shí)反映表面形貌的變化，運(yùn)用傾斜修正算法，對(duì)圖5進(jìn)行傾斜修正處理，圖6所示為傾斜度修正后的納米三角形臺(tái)階三維形貌的局部圖。
傾斜修正算法有兩種實(shí)現(xiàn)方式(1)在缺省情況下，對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行分析，先計(jì)算出圖像中每一行的斜率，然后計(jì)算出每一列的斜率，最終計(jì)算出整個(gè)視場(chǎng)表面形貌的最小二乘平面，依據(jù)該平面的斜率來(lái)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的修正；(2)在圖像上人為地選擇特定的區(qū)域，針對(duì)該選定區(qū)域的表面形貌以與(1)相同的方法的計(jì)算出最小二乘平面的斜率，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)修正，這將有助于建立相應(yīng)的測(cè)量基準(zhǔn)面，實(shí)現(xiàn)三維幾何量的歸一化測(cè)量。圖6為對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行傾斜度修正的結(jié)果，三角形納米臺(tái)階的標(biāo)準(zhǔn)高度為44nm，測(cè)量結(jié)果為43.56nm。
為了實(shí)現(xiàn)MEMS結(jié)構(gòu)幾何量測(cè)量的歸一化，具體實(shí)施中具有以下特點(diǎn)(1)兩個(gè)表面的平行度的評(píng)價(jià)來(lái)自于兩表面的最小二乘平面的平行度，如圖6所示的納米臺(tái)階的上下表面；(2)側(cè)壁的垂直度由底面和側(cè)壁的最小二乘平面的夾角來(lái)評(píng)價(jià)，如圖6所示的納米臺(tái)階下表面與向上表面過(guò)渡的側(cè)面；(3)逐行得到三維圖像的截面，如圖7所示，針對(duì)相應(yīng)橫截面上輪廓線利用三次曲線擬合技術(shù)得到亞像元精度的邊緣點(diǎn)，連接各截面的邊緣點(diǎn)，確定表面平面結(jié)構(gòu)的輪廓線；(4)對(duì)MEMS結(jié)構(gòu)平面幾何量參數(shù)的評(píng)價(jià)都是在步驟(3)所得到的亞像元精度的輪廓線的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即計(jì)算出輪廓線的包絡(luò)中心線，并將其作為評(píng)價(jià)平面尺寸、平行度、垂直度等幾何量參數(shù)的基準(zhǔn)線。
實(shí)施例2本實(shí)施例主要關(guān)注在頻閃照明條件下，綜合利用相移顯微干涉技術(shù)、圖像空間域分析及基于表面輪廓特征的測(cè)量相對(duì)參考坐標(biāo)系建立，實(shí)現(xiàn)MEMS結(jié)構(gòu)三維運(yùn)動(dòng)特性的測(cè)量。
MEMS結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)并啟動(dòng)周期性正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)，頻率為10kHz，偏置電壓為20V，峰峰值為160V，驅(qū)動(dòng)MEMS諧振器產(chǎn)生周期平面運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在垂直方向上產(chǎn)生一定的耦合運(yùn)動(dòng)。
利用相移控制器控制Mirau干涉儀處于初始物距狀態(tài)，初始時(shí)輸出與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)同步的頻閃照明控制信號(hào)，即頻閃脈沖的上升沿為正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)的0°相位上，頻閃信號(hào)的脈沖寬度為1.5μs，在1500個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的每一0°相位上進(jìn)行1次頻閃曝光，頻閃照明結(jié)束后計(jì)算機(jī)采集這一階段的干涉圖像；然后調(diào)整相移控制器，使得干涉儀的物距以λ/8的步距變化一步，即產(chǎn)生π/2固定的相移，繼續(xù)輸出與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)同步的頻閃照明控制信號(hào)，1500次頻閃照明結(jié)束后計(jì)算機(jī)采集這一階段的干涉圖像；繼續(xù)以λ/8等步距地調(diào)整干涉儀的物距，并同步輸出頻閃信號(hào)，次數(shù)為3次，每次得到一幅干涉圖像，包括上2步的干涉圖像，共得到5幅干涉圖像，對(duì)5幅干涉圖像進(jìn)行5步Hariharan相移算法的相位提取和最小二乘相位展開，可得到MEMS結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)在初始相位下(0°)時(shí)表面形貌的三維圖。最后利用相移控制器控制Mirau干涉儀重新回到初始物距狀態(tài)。
以一定增量30°增加頻閃照明控制信號(hào)與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的延遲相位，并在每一次兩信號(hào)的延遲相位調(diào)整后重復(fù)以上所述的干涉儀的相移控制，并得到每一相移的5幅干涉圖像。圖8為MEMS諧振器在同一運(yùn)動(dòng)相位下(0°)零相移的干涉圖像，圖9為MEMS諧振器在同一運(yùn)動(dòng)相位下(0°)λ/8相移的干涉圖像，可看出因相移的變化(調(diào)整物距)引起的干涉條紋位置變化，而不存在平面運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)5步Hariharan相位提取和基于快速離散余弦變換的最小二乘相位展開處理后的表面形貌的三維圖像。頻閃照明控制信號(hào)與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的相位差達(dá)到一個(gè)周期后，就得到了MEMS結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)在不同相位下(0-360°)時(shí)表面形貌的三維圖像，共12幅。圖11為MEMS諧振器上1點(diǎn)的周期垂直運(yùn)動(dòng)情況。
頻閃照明控制信號(hào)與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的相位延遲增量可以是等間距的，如上述情況，也可以是非等間距的，其大小也可以進(jìn)行靈活的調(diào)整。相位延遲增量越小，將在一個(gè)周期內(nèi)能夠在更多的運(yùn)動(dòng)相位下得到MEMS結(jié)構(gòu)的表面形貌的三維圖像。如果相位延遲增量設(shè)定為10°，將對(duì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期等間距采集36幅圖像，更能反映出MEMS的動(dòng)態(tài)特性。
對(duì)MEMS結(jié)構(gòu)表面形貌的三維圖像序列等效為灰度值反映高度信息的平面圖像，通過(guò)相位相關(guān)和二次曲面擬合比較平面特征在各幅圖像中的相對(duì)位置，可得到結(jié)構(gòu)的平面運(yùn)動(dòng)情況；另外，依據(jù)所提取的平面的特征邊緣，可建立相對(duì)的測(cè)量坐標(biāo)系，得到所選定的測(cè)量點(diǎn)在每幅圖像中所處的相對(duì)位置，比較三維圖像序列中測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)各相對(duì)位置像素的高度信息，得到結(jié)構(gòu)的離面(垂直方向)運(yùn)動(dòng)位移。
下式為相位相關(guān)運(yùn)算的基本公式。
F1(ξ,η)·F2*(ξ,η)|F1(ξ,η)·F2*(ξ,η)|ej2π(ξx0+ηy0)...(1)]]>其中，F(xiàn)1和F2分別為兩幅圖像(不同運(yùn)動(dòng)相位所采集的圖像)的傅立葉變換的結(jié)果。由(1)式及傅立葉變換的理論可知，該相位譜包含了兩幅圖像的位置平移信息，而且它是一個(gè)頻譜幅度在全頻域內(nèi)為1的功率譜。對(duì)(1)式進(jìn)行逆傅立葉變換可知，相位相關(guān)函數(shù)是一個(gè)位于兩圖位置偏移(x0，y0)處的δ脈沖函數(shù)，也稱之為相關(guān)峰。當(dāng)兩幅圖像完全相似時(shí)，其值為1，反之為0。因此，在本發(fā)明中利用兩幅圖像的相位相關(guān)運(yùn)算結(jié)果確定圖像的位移偏移量，以此來(lái)確定運(yùn)動(dòng)狀況。
本發(fā)明采用二次曲面擬合進(jìn)行亞像元的分析。曲面擬合法的思想是以像元級(jí)上的最佳匹配點(diǎn)為中心，按相似性度量進(jìn)行曲面擬合，然后通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法計(jì)算得到極值點(diǎn)的精確位置。本發(fā)明采用相位相關(guān)的相關(guān)系數(shù)作為相似性度量特征，選擇二次曲面作為擬合函數(shù)，在計(jì)算中采用多變量最小二乘回歸法確定極值點(diǎn)的精確位置。
二次曲面擬合函數(shù)采用公式為PC(x，y)＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f其中，PC(x，y)為對(duì)應(yīng)于位置(x，y)的相位相關(guān)值。上述函數(shù)可以寫成如下形式AX＝B式中，A=x02y02x0y0x0y01x12y12x1y1x1y11..................x82y82x8y8x8y81]]>X=abcdef]]>B=PC0PC1...PC8]]>本發(fā)明在擬合計(jì)算中采用多變量最小二乘回歸法，使得計(jì)算簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。在計(jì)算過(guò)程中，將向量X作為回歸系數(shù)，并假設(shè)隨機(jī)變量B的取值依賴于矩陣A中的自變量，回歸系數(shù)的求取即為擬合函數(shù)的系數(shù)。在求得擬合函數(shù)的系數(shù)之后，可以利用下式求得亞像元精度的圖像偏移的精確位置。
x=2db-cec2-4ab]]>y=2ae-dcc2-4ab]]>
在以上情況下，通過(guò)測(cè)量被測(cè)表面引起的位相來(lái)測(cè)量表面形貌的。由于光波振動(dòng)的周期性，干涉光強(qiáng)中被位相調(diào)制的干涉項(xiàng)是被測(cè)位相的周期性函數(shù)，因此在一般情況下只能得到被測(cè)位相關(guān)于π的模，被測(cè)位相的測(cè)量范圍被限制在π范圍內(nèi)，相移干涉法可將位相測(cè)量范圍擴(kuò)大一倍，相應(yīng)地表面形貌深度測(cè)量范圍也擴(kuò)大了一倍，但深度測(cè)量范圍仍然是相當(dāng)狹窄的。如果表面形貌是連續(xù)變化的，那么通過(guò)相位展開處理，仍然能夠得到幾微米的深度測(cè)量范圍，這只與干涉儀中光源的相干長(zhǎng)度是相關(guān)的，但是如果表面形貌在高度上存在突變，整個(gè)視場(chǎng)的三維圖像不能正確解析出，那么就不能得到整個(gè)視場(chǎng)的表面形貌。當(dāng)高度上的突變達(dá)到一定時(shí)，在突變區(qū)域?qū)⒉荒芡瑫r(shí)觀察到干涉條紋的存在，如圖8中所示的底面就不能觀察到干涉條紋，該區(qū)域?qū)⑹沟孟辔惶崛『驼归_算法不能正確執(zhí)行。因此可依據(jù)干涉條紋所出現(xiàn)的邊緣對(duì)干涉圖像進(jìn)行邊緣特征提取，將邊緣所包含，且無(wú)干涉條紋的區(qū)域作為形貌突變區(qū)域，并將該區(qū)域每一像素的灰度值賦為0，該區(qū)域不參與相位提取和展開計(jì)算，即實(shí)現(xiàn)形貌突變區(qū)域的隔離，那么可得到除了高度突變區(qū)域的表面三維形貌。當(dāng)所重構(gòu)的區(qū)域表面三維形貌能夠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)平面結(jié)構(gòu)的輪廓提取時(shí)，通過(guò)以上步驟就完全能夠得到MEMS結(jié)構(gòu)的三維運(yùn)動(dòng)特性。然而，當(dāng)所重構(gòu)的區(qū)域表面三維形貌不足以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)平面結(jié)構(gòu)的輪廓提取時(shí)，如圖8所示，由于底面沒(méi)有干涉條紋，就不能得到諧振器中運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)底面的高度，三維圖像序列不能得到運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)底面的橫截面，即不能提取出平面運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的輪廓線。即使如此，可以直接從干涉條紋的在整個(gè)圖像的分布情況對(duì)高度突變的特征提取出相應(yīng)的表面輪廓線。如圖10所示為MEMS諧振器在運(yùn)動(dòng)相位120°下零相移的干涉圖像，與圖8和圖9相比，可從圖10中所示間距的變化分辨出平面運(yùn)動(dòng)的存在，但是由于中間結(jié)構(gòu)相對(duì)邊緣的高度差較大，因此只能先直接對(duì)干涉圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)的邊緣提取，然后通過(guò)比較其他運(yùn)動(dòng)相位的干涉圖像來(lái)檢測(cè)邊緣的移動(dòng)位置，此時(shí)由于干涉條紋的存在，邊緣計(jì)算的誤差較大。在這種情況下，從干涉條紋直接提取出的表面輪廓線同樣可用于建立測(cè)量相對(duì)坐標(biāo)系，如圖10中所表示的兩條輪廓線，得到所選定的測(cè)量點(diǎn)在每幅圖像中所處的相對(duì)位置，比較局部重構(gòu)三維圖像序列中測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)各相對(duì)位置像素的高度信息，得到結(jié)構(gòu)的離面(垂直方向)運(yùn)動(dòng)位移。
下面解釋利用平面輪廓特征建立測(cè)量相對(duì)坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)選定測(cè)量點(diǎn)的跟蹤，最終完成離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量。在依據(jù)三維圖像序列高度的變化來(lái)進(jìn)行垂直方向運(yùn)動(dòng)測(cè)量時(shí)，即使被測(cè)的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)只有垂直方向的運(yùn)動(dòng)，但是由于x、y、z三個(gè)坐標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)的相互耦合，實(shí)際情況下被測(cè)結(jié)構(gòu)的測(cè)量點(diǎn)在垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，或多或少都在xy平面上存在一定的耦合運(yùn)動(dòng)。而且在大多數(shù)情況下，被測(cè)結(jié)構(gòu)一般在x、y、z三個(gè)坐標(biāo)方向都存在較大幅度的運(yùn)動(dòng)，如圖8、圖9和圖10所示就是被測(cè)結(jié)構(gòu)在xy平面的運(yùn)動(dòng)幅度達(dá)到幾微米，z方向存在幾十納米的耦合運(yùn)動(dòng)。在以上情況下，如果不考慮平面運(yùn)動(dòng)的存在，那么垂直方向運(yùn)動(dòng)測(cè)量是對(duì)三維圖像上與圖像邊緣位置固定點(diǎn)的灰度值，由于圖像邊緣位置固定點(diǎn)不能對(duì)應(yīng)到實(shí)際測(cè)量點(diǎn)，這樣就不能正確得到所選擇測(cè)量點(diǎn)在垂直方向的真實(shí)運(yùn)動(dòng)特性。
為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明在前面所述的三維圖像序列的平面邊緣特征提取和干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離結(jié)果的基礎(chǔ)上，依據(jù)所提取的邊緣建立測(cè)量點(diǎn)跟蹤的參考坐標(biāo)系，對(duì)初始選擇的測(cè)量點(diǎn)先計(jì)算出與邊緣構(gòu)成參考坐標(biāo)系的相對(duì)位置，然后在對(duì)三維圖像序列進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)特性的空間域提取時(shí)，評(píng)價(jià)點(diǎn)都是選擇與參考坐標(biāo)系的相對(duì)位置固定的測(cè)量點(diǎn)，這樣就保證了測(cè)量點(diǎn)的跟蹤。
實(shí)施例3由于發(fā)光二極管LED所發(fā)出光的相干長(zhǎng)度小，為了擴(kuò)大測(cè)量范圍，提高測(cè)量的適應(yīng)范圍，本發(fā)明提出的基于顯微干涉技術(shù)的MEMS動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置可完成多波長(zhǎng)和白光的干涉測(cè)量。
為了實(shí)現(xiàn)以上所述目標(biāo)，在裝置中包括兩個(gè)部分驅(qū)動(dòng)信號(hào)切換開關(guān)和發(fā)光二極管LED陣列。在以上硬件部分的支持下，各種波長(zhǎng)的LED(包括白光LED)的發(fā)光狀態(tài)可通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)切換開關(guān)靈活控制，而且光源部分在切換時(shí)不存在機(jī)械移動(dòng)部件，保證了反復(fù)光源切換的位置一致性，實(shí)現(xiàn)了更高的測(cè)量重復(fù)性。在圖12所示的LED陣列中，紅色、綠色、黃色和白色的LED各三個(gè)，通過(guò)一定的位置排布保證光學(xué)顯微鏡視場(chǎng)內(nèi)照明的均勻性，通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)切換開關(guān)可分別將不同顏色的LED點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)的干涉和白光干涉。
為了進(jìn)一步提高光學(xué)顯微鏡視場(chǎng)的照明的均勻性，每個(gè)LED所發(fā)出的光在進(jìn)入照明光路中都進(jìn)行了各自的準(zhǔn)直處理。LED所發(fā)出的光為發(fā)散的，考慮到LED的尺寸較小和陣列的具體排布，對(duì)每個(gè)LED都采用單獨(dú)簡(jiǎn)單的準(zhǔn)直處理，即采用球面反射鏡，LED的發(fā)光點(diǎn)調(diào)整到球面的中心點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種基于顯微干涉技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)的測(cè)試裝置，該裝置包括由三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)、光學(xué)顯微鏡、Mirau干涉儀、相移控制器、頻閃照明驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)信號(hào)切換開關(guān)、LED陣列、MEMS結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)裝置、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、數(shù)據(jù)處理和控制計(jì)算機(jī)組成，其特征在于光源為多波長(zhǎng)光源，采用包括由白、紅、黃、綠發(fā)光二極管組成的陣列，并且每個(gè)子光源均設(shè)有獨(dú)立的準(zhǔn)直器；顯微干涉測(cè)量采用分光路Mirau干涉顯微鏡并與相移控制器集成一體。
2.按權(quán)利要求1所述的基于顯微干涉技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)的測(cè)試裝置，其特征在于發(fā)光二極管陣列按照等邊三角形相互交叉的方式均勻布置。
3.按權(quán)利要求1所述的基于顯微干涉技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)的測(cè)試裝置，其特征在于顯微干涉部分，主要由Mirau干涉顯微鏡和相移控制器組成。
4.采用按權(quán)利要求1所述的基于顯微干涉技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)的測(cè)試裝置，進(jìn)行測(cè)試的方法，其過(guò)程包括頻閃與驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同步控制、干涉顯微鏡的相移控制、不同相移下干涉圖像的采集、干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離、對(duì)不同相移下干涉圖像的相移和相位展開計(jì)算得到三維表面形貌圖、三維表面形貌圖的傾斜修正、三維表面形貌圖的歸一化分析、測(cè)量點(diǎn)的跟蹤，其特征在于在對(duì)靜止MEMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何參數(shù)測(cè)量時(shí)(1)將照明裝置設(shè)置為連續(xù)照明方式，對(duì)MEMS器件進(jìn)行照明；將被測(cè)的MEMS器件固定在三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)；(2)利用標(biāo)準(zhǔn)PAL制CCD攝像機(jī)，獲得MEMS的被測(cè)結(jié)構(gòu)靜止?fàn)顟B(tài)的干涉圖像；調(diào)整相移控制器的輸出，使得產(chǎn)生等間距的5個(gè)呈臺(tái)階變化的相移，在每一相移臺(tái)階采集當(dāng)時(shí)的干涉圖像，共5幅干涉圖像；(3)依據(jù)干涉條紋所出現(xiàn)的邊緣對(duì)干涉圖像進(jìn)行邊緣特征提取，將邊緣所包含，且無(wú)干涉條紋的區(qū)域作為形貌突變區(qū)域，并將該區(qū)域每一像素的灰度值賦為0，以實(shí)現(xiàn)形貌突變區(qū)域的隔離；(4)利用5步Hariharan相移算法對(duì)上述處理得到的5幅干涉圖像進(jìn)行綜合分析，得到反映三維形貌的1幅相位圖；利用最小二乘相位展開算法分析該相位圖，得到包含表面形貌信息的三維圖像；(5)對(duì)三維形貌圖進(jìn)行傾斜修正，先以整幅圖像或圖像中人為選擇的局部區(qū)域計(jì)算出它們的最小二乘平面，并以該最小二乘平面的斜率對(duì)整幅圖像進(jìn)行傾斜修正；(6)對(duì)三維圖像進(jìn)行歸一化評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)幾何參數(shù)測(cè)量；歸一化評(píng)價(jià)幾何參數(shù)準(zhǔn)則是兩個(gè)平面的平行度為兩表面的最小二乘平面的平行度；立面的垂直度是以它的底面和該立面的最小二乘平面的夾角來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)的；平面結(jié)構(gòu)的輪廓線是對(duì)各橫截面利用曲線擬合技術(shù)得到亞像元精度的邊緣點(diǎn)的連線；輪廓線的包絡(luò)中心線是評(píng)價(jià)平面結(jié)構(gòu)的尺寸、平行度和垂直度的測(cè)量線；在對(duì)運(yùn)動(dòng)MEMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性測(cè)試時(shí)(1)將被測(cè)的MEMS器件固定在三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)，并將MEMS器件中運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的激勵(lì)輸入端與三維微動(dòng)測(cè)試臺(tái)的電極引腳相連；將照明裝置設(shè)置為頻閃照明方式，對(duì)MEMS器件進(jìn)行頻閃照明，頻閃信號(hào)的周期與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的周期相同，且保持固定的延遲時(shí)間，因此MEMS結(jié)構(gòu)的周期運(yùn)動(dòng)在頻閃照明下基本屬于“凍結(jié)”狀態(tài)；(2)設(shè)置同一相位頻閃的次數(shù)，使標(biāo)準(zhǔn)PAL制CCD攝像機(jī)進(jìn)行多次曝光，進(jìn)行曝光的積分效應(yīng)，獲得MEMS的被測(cè)結(jié)構(gòu)靜止?fàn)顟B(tài)的干涉圖像，調(diào)整相移控制器的輸出，使得產(chǎn)生等間距的5個(gè)呈臺(tái)階變化的相移，在每一相移臺(tái)階采集當(dāng)時(shí)的干涉圖像，共5幅干涉圖像，通過(guò)干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離，并進(jìn)行5步Hariharan相移算法和最小二乘相位展開算法的計(jì)算，可得到MEMS被測(cè)結(jié)構(gòu)的在上述運(yùn)動(dòng)周期所對(duì)應(yīng)的固定時(shí)刻下，即周期運(yùn)動(dòng)相位的表面形貌的三維圖像；(3)調(diào)整頻閃信號(hào)與運(yùn)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的延遲時(shí)間，即調(diào)整所“凍結(jié)”的周期運(yùn)動(dòng)相位，重復(fù)步驟(2)，即可得到MEMS被測(cè)結(jié)構(gòu)在不同周期運(yùn)動(dòng)相位的表面形貌的三維圖像；延遲時(shí)間與一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中所采集三維圖像的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，通過(guò)不斷調(diào)整延遲時(shí)間，可得到反映MEMS結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的三維圖像序列；(4)通過(guò)結(jié)合干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離結(jié)果，對(duì)不同周期運(yùn)動(dòng)相位下表面形貌的三維圖像序列進(jìn)行空間域分析和評(píng)價(jià)，可得到一定驅(qū)動(dòng)頻率下MEMS結(jié)構(gòu)的三維周期運(yùn)動(dòng)狀況；其評(píng)價(jià)準(zhǔn)則為當(dāng)圖像中形貌突變區(qū)域不影響運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)三維圖像的重構(gòu)時(shí)，依據(jù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的三維圖像提取出結(jié)構(gòu)平面特征輪廓線，通過(guò)圖像匹配確定該輪廓線在整幅圖像中的相對(duì)位置，從而得到結(jié)構(gòu)的平面運(yùn)動(dòng)位移，同時(shí)依據(jù)結(jié)構(gòu)平面特征輪廓線建立相對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系，得到所選定的測(cè)量點(diǎn)在每幅圖像中所處的相對(duì)位置，比較三維圖像序列中測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)各相對(duì)位置像素的高度信息，得到結(jié)構(gòu)的離面(垂直方向)運(yùn)動(dòng)位移；當(dāng)圖像中形貌突變區(qū)域使得運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)三維圖像不能完全重構(gòu)時(shí)，依據(jù)干涉圖像中形貌突變區(qū)域的隔離結(jié)果提取出結(jié)構(gòu)平面特征輪廓線，通過(guò)圖像匹配確定該輪廓線在整幅圖像中的相對(duì)位置，從而得到結(jié)構(gòu)的平面運(yùn)動(dòng)位移，同時(shí)依據(jù)結(jié)構(gòu)平面特征輪廓線建立相對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系，得到所選定的測(cè)量點(diǎn)在每幅圖像中所處的相對(duì)位置，比較所重構(gòu)的局部三維圖像序列中測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)各相對(duì)位置像素的高度信息，得到結(jié)構(gòu)的離面(垂直方向)運(yùn)動(dòng)位移；(5)以一定的步距調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，使得MEMS結(jié)構(gòu)以不同的頻率進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，重復(fù)步驟(2)(3)和(4)，可得到結(jié)構(gòu)在一系列驅(qū)動(dòng)頻率下的三維運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)特征，通過(guò)綜合分析不僅可得到結(jié)構(gòu)的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)，還可得到結(jié)構(gòu)的三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)全過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于顯微干涉技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)的測(cè)試裝置與方法。所述的裝置主要包括由光學(xué)顯微鏡、Mirau干涉儀、相移控制器、頻閃照明驅(qū)動(dòng)裝置、LED陣列、MEMS結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)激勵(lì)裝置組成，其特征在于光源采用二極管陣列，且每個(gè)子光源均有獨(dú)立的準(zhǔn)直器；顯微干涉采用分光路Mirau干涉顯微鏡并與相移控制器集成一體。所述的測(cè)試方法，其過(guò)程包括頻閃與驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同步控制、干涉圖像中突變區(qū)域的隔離、三維表面形貌圖的重構(gòu)與傾斜修正、三維表面形貌圖的歸一化分析、測(cè)量點(diǎn)的跟蹤。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用虛擬儀器的方式以便于系統(tǒng)的功能調(diào)整和擴(kuò)展；在連續(xù)光和頻閃照明方式下，采用分光路Mirau干涉顯微鏡和相移器件實(shí)現(xiàn)精度高、抗干擾能力強(qiáng)的三維運(yùn)動(dòng)特性的測(cè)試。
文檔編號(hào)G01B9/02GK1546943SQ20031010713
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者胡小唐, 馮亞林, 胡曉東, 靳世久, 傅星, 郝一龍 申請(qǐng)人:天津大學(xué)