CN2020104432705一种白光扫描干涉测量蝠翼效应的形貌模拟和补偿方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号CN111473742A
(43)申请公布日2020.07.31
(21)申请号202010443270.5
(22)申请日2020.05.22
(71)申请人大连理工大学
地址116024辽宁省大连市高新园区凌工
路2号
(72)发明人闫英李萍周平赵林杰
(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任
公司21212
代理人王思宇李洪福
(51)Int.Cl.
G01B11/24(2006.01)
G01B11/30(2006.01)
G01B9/02(2006.01)
G06K9/00(2006.01)

权利要求书1页说明书5页附图5页
(54)发明名称
一种白光扫描干涉测量蝠翼效应的形貌模
拟和补偿方法
(57)摘要
本发明提供一种白光扫描干涉测量蝠翼效
应的形貌模拟和补偿方法，包括如下步骤：S1：给
定模拟形貌；S2：生成白光扫描干涉仪测量结果
的光强信号；S3：利用卷积定理获得新的干涉光
强信号；S4：采用峰值提取算法从步骤S3得到的
干涉光强信号提取位相并重构干涉仪测量形貌；
S5：蝠翼效应的形貌补偿，将步骤S4得到的含有
蝠翼效应的模拟形貌利用公式(1)生成模拟干涉
光强信号，然后利用反卷积定理得到补偿后的干
涉光强信号，对补偿后的干涉光强信号采用峰值
提取算法得到补偿后的高度信息，即可得到补偿
后的形貌。本发明解决了现有白光扫描干涉测量
技术受蝠翼效应误差的影响，限制白光干涉仪的
测量精度和准确度的问题。
CN111473742A
CN111473742A权利要求书1/1页

1.一种白光扫描干涉测量蝠翼效应的形貌模拟和补偿方法，其特征在于，包括如下步
骤：
S1：给定模拟形貌；
S2：生成白光扫描干涉仪测量结果的光强信号：
在忽略空间相干性时，假设光源光谱特性服从高斯分布，给定模拟形貌的白光干涉光
强信号如下式所示：

其中，h(x,y)为待测形貌高度值；lc为光源光谱的相干长度；λ为光源光谱的中心波长；

z0为h＝0时测量光路长度与参考光路长度之差为零的位置，在模拟时假定z0＝0；为干
涉信号在等光程长的相位角；Δz为连续两帧干涉图之间的扫描距离；通过模拟可以得到不

同扫描位置z＝n·Δz在白光照射下的干涉强度In(x,y)，n表示选取的扫描位置数量；
S3：利用卷积定理获得新的干涉光强信号；
S4：采用峰值提取算法从步骤S3得到的干涉光强信号提取位相并重构干涉仪测量形
貌：
采用峰值提取算法，从步骤S3得到的干涉光强信号中提取出高度信息，重构干涉仪测
量样品的形貌结果，得到含有蝠翼效应的模拟形貌；
S5：蝠翼效应的形貌补偿：
将步骤S4得到的含有蝠翼效应的模拟形貌利用公式(1)生成模拟干涉光强信号，然后
利用反卷积定理消除白光扫描干涉测量系统点源衍射的影响，得到补偿后的干涉光强信
号，对补偿后的干涉光强信号采用峰值提取算法得到补偿后的高度信息，即可得到补偿后
的形貌。
2.根据权利要求1所述的白光扫描干涉测量蝠翼效应的形貌模拟和补偿方法，其特征
在于，步骤S3具体包括：
对给定模拟形貌的白光干涉光强信号和点扩展函数分别进行傅里叶变换，得到频谱；
将干涉光强信号频谱与点扩展函数频谱相乘，得到新的光强频谱；
对新的光强频谱进行傅里叶逆变换得到新的干涉光强信号。
3.根据权利要求1所述的白光扫描干涉测量蝠翼效应的形貌模拟和补偿方法，其特征
在于，步骤S3和步骤S5所采用的峰值提取算法包络法、空间频域法和七步相移法。

2
CN111473742A说明书1/5页

一种白光扫描干涉测量蝠翼效应的形貌模拟和补偿方法

技术领域
[0001]本发明涉及白光扫描干涉测量领域，具体而言，尤其涉及一种白光扫描干涉测量
蝠翼效应的形貌模拟和补偿方法。

背景技术
[0002]光学测量法因非接触测量、操作过程简单、效率高等优点，是超精密加工技术形貌
检测计量的主要手段。其中，白光扫描干涉测量技术测量精度高至纳米级甚至亚纳米级、不
会损伤工件表面、可测三维形貌，测量范围从纳米级到毫米级，广泛应用于磨削抛光等各种
超精密加工表面的形貌测量中。
[0003]然而，由于它是对光学干涉条纹图像进行解析从中得到表面形貌信息，所以干涉
图像引入的误差对结果影响很大，如瑞利衍射极限、漫反射造成的光强损失、背景光噪声
等，从而引起各类测量误差如蝠翼效应、2π误差、色散色差、多重反射等。众多误差的存在限
制了白光干涉仪的测量精度和准确度。
[0004]在给定形貌的白光干涉测量时，干涉光强信号为：

[0005]

[0006]但上述公式是不考虑光衍射效应的影响。点源在经过任何光学系统后都会由于衍
射而形成扩大的像点，通过结合测量系统的点扩展函数能够准确