使用干涉測量法測量振蕩的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用干涉測量法測量振蕩的方法，并且更具體地涉及下述使用干涉測量法測量振蕩的方法:在該方法中，使用干涉儀測量影響物體的振蕩的特性。
【背景技術(shù)】
[0002]干涉儀指的是這樣的儀器:該儀器在將光發(fā)射到要測量的物體的表面和參考表面上之后，產(chǎn)生由經(jīng)反射或經(jīng)透射的兩束光引起的干涉條紋，并且通過測量和分析所述干涉條紋來獲得關(guān)于該物體的表面形狀的信息。
[0003]由于這樣的干涉儀易于測量物體的形狀，所以其已在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用。整個工業(yè)領(lǐng)域中技術(shù)的迅速發(fā)展最近已將顯微機(jī)械加工引入半導(dǎo)體、微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、平板顯示器、光學(xué)部件等領(lǐng)域中，并且顯微機(jī)械加工目前正進(jìn)入需要納米級超精密制造技術(shù)的階段。此外，要處理的物體的形狀也已經(jīng)從簡單形式變成復(fù)雜形式。因此，測量微形狀已經(jīng)變得越來越重要。
[0004]對于該干涉儀，移相干涉技術(shù)(PSI)已被廣泛使用，在該移相干涉技術(shù)(PSI)中，通過將相位在干涉圖形的一個波長內(nèi)移動盡可能適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)距離來獲得參考相位，并且將該參考相位轉(zhuǎn)換為高度。該干涉測量法主要用于測量具有靜態(tài)特性的物體的形狀，即靜止物體的形狀。
[0005]如果當(dāng)使用PSI測量物體的形狀時物體以預(yù)定周期振蕩，則存在不便，原因是必須安裝用于確定物體的振蕩特性的單獨(dú)的振蕩測量器。例如，已經(jīng)安裝了用于通過分析下述變化來測量物體的振蕩的振蕩測量器:在加速計直接接觸振蕩物體之后加速計的機(jī)械變化或電學(xué)變化，或者已經(jīng)安裝了用于向物體投射激光束并通過分析激光測量器中的激光束的變化來測量物體的振蕩的振蕩測量器。
[0006]這樣，用于測量物體的形狀的干涉儀包括單獨(dú)的振蕩測量器，因此，整個系統(tǒng)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。此外，由于從振蕩測量器輸出的所測量的振蕩數(shù)據(jù)與從干涉儀輸出的所測量的形狀數(shù)據(jù)不兼容，所以系統(tǒng)整體的吞吐量增加，因此整個系統(tǒng)的負(fù)載也增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，構(gòu)想出本發(fā)明以解決上述問題，并且本發(fā)明的一個方面是提供使用干涉測量法測量振蕩的方法，其中用于測量物體的形狀的干涉儀被用于確定以預(yù)定周期振蕩的物體的振蕩特性，從而簡化用于測量物體的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并且降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理負(fù)載。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中，提供了一種使用干涉測量法測量振蕩的方法，其中，干涉儀向物體發(fā)射光以形成干涉條紋，并且獲取干涉條紋的圖像以測量該物體，該方法包括:針對以預(yù)定周期振蕩的物體，每隔特定時間間隔順序地獲取物體的圖像；計算多個所獲取的圖像內(nèi)的莫爾圖案的左右移動寬度；基于莫爾圖案中的相鄰圖案之間的距離、發(fā)射到物體的光的波長以及莫爾圖案的左右移動寬度來計算物體的振幅；以及基于返回時間來計算物體的周期，其中在該返回時間期間，莫爾圖案在其左右移動寬度內(nèi)從初始位置開始并且返回到初始位置。
[0009]計算振幅可以包括通過以下表達(dá)式來計算物體的振幅:
[0010]X: λ /2 = y: 2Α
[0011]其中，X為莫爾圖案中的相鄰圖案之間的距離，λ為發(fā)射到物體的光的波長，y為莫爾圖案的左右移動寬度，以及A為物體的振幅。
[0012]計算周期可以包括基于在返回時間內(nèi)獲取的圖像的數(shù)目與用于獲取圖像的特定時間間隔之間的相乘結(jié)果來計算物體的周期。
【附圖說明】
[0013]結(jié)合附圖，根據(jù)示例性實(shí)施方式的以下描述，本發(fā)明的以上和/或其它方面將變得明顯并且更容易理解，在附圖中:
[0014]圖1是示意性地示出用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用干涉儀測量振蕩的方法的干涉測量法的視圖；
[0015]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用干涉儀測量振蕩的方法中使物體振蕩并獲得物體的圖像的步驟的視圖；以及
[0016]圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的使用干涉儀測量振蕩的方法中的計算振幅的步驟以及計算周期的步驟的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在下文中，將參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的使用干涉測量法測量振蕩的方法的示例性實(shí)施方式。
[0018]圖1是示意性地示出用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用干涉儀測量振蕩的方法的干涉測量法的視圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用干涉儀測量振蕩的方法中使物體振蕩并獲得物體的圖像的步驟的視圖；以及圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用干涉儀測量振蕩的方法中的計算振幅的步驟和計算周期的步驟的視圖。
[0019]參照圖1，用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用干涉儀測量振蕩的方法的干涉儀10包括光源11、測量頭12以及圖像獲取器14。
[0020]光源11可以包括用于產(chǎn)生白光的白色光源或者用于產(chǎn)生單色光的單色光源。例如，鹵素?zé)?、發(fā)光二極管(LED)等可以用作白色光源，而二極管激光器等可以用作單色光源。
[0021]測量頭12將來自光源的光對準(zhǔn)以預(yù)定周期振蕩的物體I和參考鏡23，并且基于從物體I反射的光和從參考鏡23反射的參考光產(chǎn)生干涉條紋。根據(jù)本實(shí)施方式，測量頭12包括聚合透鏡21、分束器22以及參考鏡23。
[0022]參照圖1，聚合透鏡21將光聚合到物體1，使得從光源11發(fā)射的光能夠通過聚合透鏡21向分束器22行進(jìn)。
[0023]分束器22對通過聚合透鏡21的光進(jìn)行反射或透射。從分束器22反射的光行進(jìn)至參考鏡23，而透射過分束器22的光行進(jìn)至物體I，然后再次從物體I反射。
[0024]參考鏡23產(chǎn)生與從物體I反射的光具有光程差的參考光。參考鏡23被布置在聚合透鏡21與分束器22之間，并且將從分束器22反射的入射光返射回分束器22。
[0025]從物體I反射的光和由參考鏡23產(chǎn)生的參考光形成干涉條紋，并且由圖像獲取器14來檢測干涉條紋。
[0026]圖像獲取器14獲取由測量頭12形成的干涉條紋的圖像，并且該圖像獲取器14被布置在以預(yù)定周期振蕩的物體I的上方。
[0027]—般地，圖像獲取器14采用具有適用于要測量的區(qū)域的若干像素的電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)。此外，聚合透鏡25可以被布置在圖像獲取器14的前方并且對從主分束器24行進(jìn)的干涉光進(jìn)行聚合。
[0028]將根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式來描述使用上述干涉儀10、基于干涉測量法測量振蕩的方法。
[0029]參照圖1至圖3，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用干涉測量法測量振蕩的方法通過干涉儀來測量影響物體的振蕩的特性，并且該方法包括獲取圖像的步驟、計算移動寬度的步驟，計算振幅的步驟以及計算周期的步驟。
[0030]在獲取圖像的步驟中，針對以預(yù)定周期振蕩的物體1，每隔規(guī)則時間間隔順序地獲取物體I的圖像。圖2示出了在物體I上下振蕩的同時順序地獲取的物體I的圖像。
[0031]參照圖2的(a)，當(dāng)物體I位于上限位置al時獲取物體I的圖像II。所獲取的物體I的圖像Il具有對應(yīng)于物體I的形狀的莫爾圖案。
[0032]參照圖2的(b)，當(dāng)物體物I向下移動并且位于中間位置a2時獲取物體I的圖像12。與圖2的(a)中所示的圖像相比，(b)中所獲取的物體I的圖像12內(nèi)的莫爾圖案的特定圖案31向右移動了預(yù)定距離。如果物體I向下移動并且因此測量頭12與物體I之間的相對距離增加，則在物體I的表面上形成的莫爾圖案被改變和反射，仿佛莫爾圖案的特定圖案31向右移動一樣。
[0033]參照圖2的(C)，當(dāng)物體I向下移動并且位于下限位置a3時獲取物體I的圖像13。與圖2的(b)中所示的圖像相比，(c)中所獲取的物體I的圖像13內(nèi)的莫爾圖案的特定圖案31進(jìn)一步向右移動了預(yù)定距離。也就是說，隨著物體I向下移動并且因此測量頭12與物體I之間的相對距離增加，莫爾圖案的特定圖案31進(jìn)一步向右移動。
[0034]參照圖2的(d)，當(dāng)物體物I向上移動并且再次位于中間位置a2時獲取物體I的圖像14。與圖2的(c)中所示的圖像相比，(d)中所獲取的物體I的圖像14內(nèi)的莫爾圖案的特定圖案31以相反的方向，即向左移動了預(yù)定距離。也就是說，隨著