本發(fā)明屬于高精密三維形貌測(cè)量領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于大尺寸表面形貌測(cè)量的干涉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

表面三維微觀形貌測(cè)量方法可分為兩類：接觸式和非接觸式。接觸式測(cè)量方法的代表產(chǎn)品是觸針式輪廓儀。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x器是用一個(gè)尖端半徑很小的觸針壓在被測(cè)表面上作橫移掃描，觸針跟隨表面微觀輪廓的形狀作垂直位移，可以說是最大可能地再現(xiàn)了工件的表面狀況。然而這種測(cè)量方法有很大的缺陷，測(cè)量精度較低、容易劃傷被測(cè)表面，測(cè)量速度慢、實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)困難。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)具有快速、非破壞性、可在線測(cè)量特征的非接觸式檢測(cè)技術(shù)的研究十分活躍，主要依靠光學(xué)、電磁波和圖像處理等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)表面微觀輪廓的非接觸測(cè)量,非接觸式的表面三維微觀輪廓檢測(cè)技術(shù)有采用微波技術(shù)、超聲技術(shù)及電場(chǎng)技術(shù)的嘗試，但絕大部分是采用光學(xué)測(cè)量技術(shù),其最顯著的特點(diǎn)是將傳統(tǒng)光學(xué)計(jì)量技術(shù)與信息光學(xué)和信息處理技術(shù)相結(jié)合。目前，已經(jīng)研究出的表面三維微觀輪廓的光學(xué)測(cè)量技術(shù)主要有：光學(xué)外差干涉法、正弦相位調(diào)制干涉法、共焦顯微法、相移干涉法，白光掃描法等。

與其他方法相比，光學(xué)測(cè)量方法有許多其它方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：精度高，達(dá)到幾納米；測(cè)量速度相對(duì)較快；測(cè)量范圍大，從10nm到100μm；可同時(shí)獲得成像面內(nèi)的所有數(shù)據(jù)；幾乎可用于所有材料的表面測(cè)量。

光學(xué)測(cè)量方法也有一些內(nèi)在的缺點(diǎn)。對(duì)所有的光學(xué)方法來說，縱向分率較高，但由于存在衍射受限和系統(tǒng)的橫向分辨率由物鏡孔徑?jīng)Q定的限制，橫向分辨率只能達(dá)到微米級(jí)，其評(píng)定出的表面參數(shù)常常和其它類型儀器的測(cè)量結(jié)果有一定差別。其次，現(xiàn)有的干涉顯微儀器測(cè)量表面形貌時(shí)受光學(xué)系統(tǒng)和相機(jī)靶面的視場(chǎng)限制，水平測(cè)量范圍很小，無法滿足大口徑尺寸表面形貌的測(cè)量。另外，高精度三維形貌測(cè)量系統(tǒng)操作相對(duì)復(fù)雜，自動(dòng)化程度不高，需要操作人員有良好的專業(yè)技能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于大范圍表面形貌測(cè)量的自動(dòng)干涉儀測(cè)量系統(tǒng)和算法。在原先常規(guī)干涉儀系統(tǒng)中，采用單色光和白光切換的方式實(shí)現(xiàn)單色光干涉和白光干涉，利用其各自的優(yōu)缺點(diǎn)來合理的選擇測(cè)量方案。同時(shí)，在檢測(cè)樣品部位添加兩維自動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)區(qū)域的自由切換和實(shí)時(shí)拼接等。本發(fā)明提出的自動(dòng)對(duì)焦，信號(hào)掃描和三維拼接等過程通過軟件控制，克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的同時(shí)還大大提高了測(cè)試效率和測(cè)試的便捷性，同時(shí)也具備結(jié)構(gòu)緊湊、高精度和低成本等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明，提供了一種適用于大口徑表面形貌測(cè)量的雙光源干涉儀，其特征在于，該干涉儀采用邁克爾遜干涉系統(tǒng)并搭配超長(zhǎng)工作距離的物鏡和相機(jī)。利用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)干涉信號(hào)自動(dòng)查找，壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)信號(hào)掃描，計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析并實(shí)現(xiàn)測(cè)量。單個(gè)視場(chǎng)測(cè)量完成后，系統(tǒng)控制x軸和y軸工作臺(tái)移動(dòng)，測(cè)量下一個(gè)視場(chǎng)，多個(gè)視場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果用三維拼接算法拼接，得到大口徑范圍的測(cè)量結(jié)果，其中：

所述雙光源干涉儀系統(tǒng)主要包括四大部分：1.自動(dòng)對(duì)焦干涉成像模塊部分，2.光源切換合成與其控制部分，3.信號(hào)掃描和視場(chǎng)切換等機(jī)械系統(tǒng)部分，4.圖像數(shù)據(jù)處理部分。其中干涉成像模塊部分通過參考平面鏡，分光棱鏡，長(zhǎng)工作距離物鏡和相機(jī)等部件的性能和參數(shù)決定各自的機(jī)械位置并實(shí)現(xiàn)成像功能。其中干涉成像模塊和光源切換模塊組成一個(gè)整體放置在滑臺(tái)上，通過滑臺(tái)前后移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)干涉信號(hào)查找，利用兩維滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)件的x和y方向的平移。被測(cè)樣品通過機(jī)械件固定在精密掃描器件上，利用計(jì)算機(jī)控制器件的精密位移實(shí)現(xiàn)信號(hào)掃面并實(shí)時(shí)記錄圖像，還原三維數(shù)據(jù)結(jié)果。

所述的干涉系統(tǒng)中，參考鏡，分光棱鏡，長(zhǎng)工作距離物鏡，相機(jī)之間的距離都保持固定，無論是被測(cè)件掃描過程，對(duì)焦過程，被測(cè)物移動(dòng)過程中，參考鏡這一光路相互位置都保持固定不動(dòng)，參考鏡始終處于清晰成像狀態(tài)。

所述的自動(dòng)對(duì)焦部分，通過精密滑臺(tái)，驅(qū)動(dòng)器，電路控制器和軟件算法實(shí)現(xiàn)功能?；_(tái)采用五相步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)微米量級(jí)的精密移動(dòng)。軟件通過實(shí)時(shí)采集當(dāng)前樣品的成像狀況，并分析當(dāng)前位置是否存在干涉信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)焦功能。

所述的光源切換合成部分，包含分光棱鏡，單色led光源，白光led光源及其電路驅(qū)動(dòng)和控制部分。led驅(qū)動(dòng)采用電流驅(qū)動(dòng)方式，利用精密的恒流設(shè)計(jì)和led的良好散熱來保證led的亮度穩(wěn)定?？刂齐娐房蓪?shí)現(xiàn)每個(gè)光源的單獨(dú)亮滅，在同一套光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)單色光干涉和白光干涉功能。針對(duì)連續(xù)變化的表面，可采用單色光干涉系統(tǒng)，對(duì)于臺(tái)階狀變化的表面，采用白光干涉系統(tǒng)。

所述的信號(hào)掃描系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的壓電陶瓷位移臺(tái)，該器件可實(shí)現(xiàn)100um以上的掃描范圍，掃描精度可達(dá)1nm，壓電陶瓷的精密控制是保證計(jì)算精度的首要前提。通過電壓的控制，推動(dòng)被測(cè)件在成像方向的連續(xù)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)掃描。根據(jù)不同使用環(huán)境，采用不同的掃描方式。在單色光干涉系統(tǒng)中，采用相移干涉法；在白光干涉系統(tǒng)中，采用連續(xù)掃描干涉法。

所述的三維形貌還原算法包含兩個(gè)部分，在單色光干涉中控制壓電陶瓷移相并由相機(jī)記錄當(dāng)前的信號(hào)圖像，通過采集到的若干幅干涉信號(hào)圖來計(jì)算被測(cè)物體各個(gè)像素的相位值，然后利用相位解纏還原得到三維圖像。在白光干涉系統(tǒng)中，采用壓電陶瓷掃描方式，連續(xù)采集上百幅圖像，通過空間頻域算法計(jì)算出三維形貌。在三維計(jì)算過程中，需要保證采集到的圖像包含有效的干涉信號(hào)，可通過圖像直接計(jì)算出各像素點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度值，并控制有效像素在整個(gè)視場(chǎng)的比例是否滿足計(jì)算需求。

所述的三維拼接算法，包含了兩個(gè)過程。首先選取需要拼接的圖像可能重疊部分，通過相似度算法計(jì)算出拼接點(diǎn)的每一行每一列坐標(biāo)值，并在平面方向完成拼接。然后提取出真正重疊區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，計(jì)算重疊部分各個(gè)點(diǎn)的高度差值，通過最小二乘法計(jì)算兩組三維數(shù)據(jù)的“最佳”高度落差，并將這個(gè)差值補(bǔ)償?shù)狡渲幸唤M三維數(shù)據(jù)中。為使得該算法順利實(shí)施，需要控制兩維移動(dòng)平臺(tái)每次的移動(dòng)量，保證移動(dòng)前后采集到的圖像有一定的重疊部分，重疊量可通過相機(jī)的實(shí)際視場(chǎng)和滑臺(tái)的移動(dòng)量來控制，誤差可控制在幾個(gè)微米。

所述的三維拼接中，高度差值計(jì)算過程中，應(yīng)該剔除信號(hào)強(qiáng)度小于設(shè)定閾值的像素點(diǎn)。在單色光干涉或白光干涉三維形貌還原算法中，信號(hào)強(qiáng)度較小或無信號(hào)點(diǎn)被視為“壞點(diǎn)”。往往“壞點(diǎn)”的高度信息值是錯(cuò)誤的，因此在三維高度差計(jì)算中，不應(yīng)該考慮在內(nèi)。

所述的白光干涉三維還原算法中，因?yàn)槊總€(gè)像素點(diǎn)的信號(hào)是完全獨(dú)立的，因此可采用并行運(yùn)算算法。目前可選opencl或cuda利用計(jì)算機(jī)的獨(dú)立顯卡來實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算加速。該算法可大大提到計(jì)算速度，從原本的幾十秒減少到1秒左右。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，整個(gè)系統(tǒng)放置在光學(xué)隔震平臺(tái)上，可以杜絕外接震動(dòng)對(duì)整個(gè)光路系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)連接處，都用合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)緊密固定，保證這個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和剛性。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述的長(zhǎng)工作距離物鏡，需適用于單色光干涉和白光干涉系統(tǒng)，應(yīng)選復(fù)消色差物鏡。物鏡前方需放置分光棱鏡，為避免安裝零件的沖突，此物鏡的工作距離因保證在20mm以上。根據(jù)測(cè)量面型的需求，市面上可選的物鏡有2x，5x，10x，20x等。分光棱鏡采用50%:50%均分，四個(gè)表面鍍波長(zhǎng)為400nm-700nm介質(zhì)增透膜，以通用白光和單色光。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述單色光干涉系統(tǒng)中的單色光源，可采用波長(zhǎng)為635nm的紅光光源，白光干涉光學(xué)系統(tǒng)中，采用中心波長(zhǎng)為560nm的暖白光源。為減小曝光時(shí)間，選用功率為3w的led燈珠，并將燈珠固定在鋁基板上加裝散熱片。在燈珠的前方，安裝聚光透鏡，減小光源的發(fā)散性，使其出現(xiàn)平行光效果。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述掃描方式，移相掃描采用五步移相方式，該方式既兼顧測(cè)量精度又提高了測(cè)量的效率；在白光掃描中，采用步長(zhǎng)為70nm（八分之一波長(zhǎng)）進(jìn)行掃描。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，選用的相機(jī)可采用usb3.0或千兆網(wǎng)接口，提高圖像的采集幀率。圖像采集模式采用軟觸發(fā)模式，確保采集到的圖像是當(dāng)前狀態(tài)的實(shí)時(shí)圖像，而不存在任何的延時(shí)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的實(shí)物示意圖；

圖2為本發(fā)明的光源部分的局部放大圖；

圖3為本發(fā)明的干涉成像部分的局部圖；

圖4為本發(fā)明的軟件操控流程框架圖；

圖5為三維拼接流程圖；

圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中，1-光學(xué)抗震平臺(tái)、2-左右移動(dòng)滑臺(tái)、3-掃描平臺(tái)、4-豎直移動(dòng)平臺(tái)、5-樣品固定座、6-被測(cè)樣品、7-單色光源、8-白光光源、9-分光棱鏡a、10-分光棱鏡b、11-控制器、12-物鏡、13-參考平面鏡、14-三維鏡架、15-鏡座、16-相機(jī)、17-載物板、18-對(duì)焦滑臺(tái)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明的實(shí)例涉及大范圍表面形貌測(cè)量的自動(dòng)干涉儀測(cè)量系統(tǒng)和算法，尤其涉及可實(shí)現(xiàn)大范圍、高速測(cè)量、精密表面形貌恢復(fù)的雙光源干涉儀。圖1為按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的大口徑表面形貌測(cè)量干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)三維線框圖。如圖1所示，該干涉儀系統(tǒng)整體安放在光學(xué)抗震平臺(tái)1之上，儀器的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要包括自動(dòng)對(duì)焦干涉成像模塊部分，光源切換合成與其控制部分，信號(hào)掃描和視場(chǎng)切換等機(jī)械系統(tǒng)部分，圖像數(shù)據(jù)處理部分。

具體而言，所述自動(dòng)對(duì)焦干涉成像模塊和光源切換合成模塊所有零件放置在載物板17上，載物板17固定在對(duì)焦滑臺(tái)18上實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)。如圖3所示，干涉成像模塊包括三維調(diào)整鏡架14，參考平面鏡13，物鏡12，鏡座15和相機(jī)16等。其中參考平面鏡13通過膠水黏貼在三維鏡架14上，物鏡12和相機(jī)16通過其各自的螺紋連接在鏡座15的前后。為保證參考平面鏡13能夠清晰成像，參考平面鏡13到物鏡12的距離應(yīng)恰好等于其工作距離。參考平面鏡13到物鏡12的距離和傾斜角度可以通過三維鏡架14實(shí)現(xiàn)精密調(diào)整，調(diào)整完之后，干涉成像模塊內(nèi)的零件通過螺絲固定，各自的相對(duì)位置不在發(fā)生改變，只隨載物板17整體前后移動(dòng)。因此，對(duì)焦滑臺(tái)18工作時(shí)，參考平面鏡13始終在相機(jī)16上清晰成像。

所述的光源切換合成模塊包含單色光源7，白光光源8，分光棱鏡a9和分光棱鏡b10。如圖2所示，其中分光鏡a9用于光源的合成，無論是單色光7點(diǎn)亮還是白光8點(diǎn)亮，都能將光照射到分光棱鏡b10的左側(cè)表面上。雖然該光源合成模塊損失了一半的光強(qiáng)，但是是最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)單的方式。分光棱鏡b10中出射的光一半照射到被測(cè)樣品6上，一半照射到參考平面鏡13上。當(dāng)被測(cè)樣品6和參考平面鏡13到物鏡12的光程小于光源的相干長(zhǎng)度后，兩表面的反光就會(huì)形成干涉信號(hào)成像在相機(jī)16靶面上。

所述的視場(chǎng)切換部分和掃描器件組成整體通過連接板固定在光學(xué)平臺(tái)上。該模塊包含豎直移動(dòng)滑臺(tái)4，左右移動(dòng)滑臺(tái)2，掃描平臺(tái)3，樣品固定座5和被測(cè)樣品6。被測(cè)樣品6通過螺母壓緊在樣品固定座5上，樣品固定座5放置在掃描平臺(tái)3上方。掃描平臺(tái)3選用壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)分辨率為1nm的精密移動(dòng)。豎直移動(dòng)滑臺(tái)4和左右移動(dòng)滑臺(tái)2用于控制被測(cè)物品的上下和左右移動(dòng)。兩處的滑臺(tái)均采用五相步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)精度1um以下的移動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)完一個(gè)表面后，啟動(dòng)豎直移動(dòng)滑臺(tái)4和左右移動(dòng)滑臺(tái)2，將被測(cè)表面移動(dòng)到下一個(gè)檢測(cè)區(qū)域。

圖4是按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的大口徑干涉系統(tǒng)的軟件控制框架圖。使用常規(guī)的計(jì)算機(jī)搭配專業(yè)軟件，并利用相應(yīng)的控制器11就能完成所有的功能。本發(fā)明基于拼接的干涉檢測(cè)系統(tǒng)和算法，系統(tǒng)正常安裝好后，樣品測(cè)試包括以下步驟：

步驟1、系統(tǒng)初始化：被測(cè)樣品6安裝到樣品固定座5上后，用三側(cè)的螺釘夾緊被測(cè)樣品6。根據(jù)當(dāng)前光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率和分辨率，設(shè)置相機(jī)圖像的長(zhǎng)度和寬度尺寸，計(jì)算左右方向和豎直方向需要移動(dòng)的次數(shù)。然后將通過左右移動(dòng)滑臺(tái)2和豎直移動(dòng)滑臺(tái)4將樣品移動(dòng)到起始位置，掃描平臺(tái)3移動(dòng)到掃描起始位置。

步驟2、信號(hào)查找：?jiǎn)?dòng)對(duì)焦平臺(tái)18，開始前后移動(dòng)，并用軟件觸發(fā)取圖。本系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)中，當(dāng)被測(cè)樣品6表面清晰成像時(shí)剛好出現(xiàn)干涉信號(hào)，所以可以利用圖像梯度值來判斷對(duì)焦滑臺(tái)移動(dòng)的方向。當(dāng)圖像梯度逐漸變大時(shí)，說明移動(dòng)方向正確，當(dāng)圖像梯度變小時(shí)，說明移動(dòng)方向相反。在單色光干涉系統(tǒng)中，可以利用捕捉到圖像的灰度均方差值來判斷干涉信號(hào)的有無。當(dāng)圖像無干涉信號(hào)時(shí)，該均方差值基本不變；當(dāng)圖像出現(xiàn)干涉信號(hào)時(shí)，均方差值明顯變大。圖像均方差最大的位置，即干涉信號(hào)最強(qiáng)的位置。在白光干涉系統(tǒng)中，可以利用移動(dòng)前后的兩幅圖各個(gè)像素點(diǎn)偏差值來分析當(dāng)前是否存在干涉信號(hào)。若當(dāng)前無干涉信號(hào)，在對(duì)焦滑臺(tái)移動(dòng)前后，圖像不會(huì)有明顯變化；若當(dāng)前存在干涉信號(hào)，則對(duì)焦滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)，干涉信號(hào)出現(xiàn)的區(qū)域就會(huì)有變化，兩幅圖就出現(xiàn)了明顯的不同。

步驟3、干涉掃描：查找到干涉信號(hào)后，啟動(dòng)掃描平臺(tái)開始掃描。在單色光干涉系統(tǒng)中，使用五步移相，每次步進(jìn)八分之一波長(zhǎng)，然后軟觸發(fā)取圖。在白光干涉中，使用連續(xù)掃描方式，直至無干涉信號(hào)為止。

步驟4、三維還原：在單色光干涉系統(tǒng)中，利用采集到的五幅圖像，計(jì)算出每一個(gè)點(diǎn)的相位值。然后使用相位解纏還原出三維形貌。在白光干涉系統(tǒng)中，利用空間頻域算法處理采集到的一系列圖像，計(jì)算出每個(gè)像素點(diǎn)的高度信息值。在計(jì)算過程中，因?yàn)槊總€(gè)像素點(diǎn)是獨(dú)立的，在軟件計(jì)算過程中可以使用并行處理，采用目前新興的cuda或opencl基于顯卡的并行加速方式，可以很快的得到計(jì)算結(jié)果。在三維還原時(shí)，我們還應(yīng)該記錄每個(gè)像素點(diǎn)的干涉信號(hào)強(qiáng)度值，該值有利于判斷三維還原的準(zhǔn)確性，對(duì)后續(xù)的三維拼接也有重要作用。

步驟5、判斷是否需要拼接：如果初始化時(shí)左右滑臺(tái)移動(dòng)或豎直滑臺(tái)移動(dòng)次數(shù)大于1，則需要進(jìn)行拼接處理。按照實(shí)際需求，控制滑臺(tái)移動(dòng)，然后重復(fù)步驟2、3、4。直到所有表面計(jì)算完成。

步驟6、三維拼接：利用計(jì)算得到的測(cè)量表面的獨(dú)立三維形貌數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維拼接，具體步驟如圖5所示。先選取待拼接的兩幅圖，并提取出可能重疊區(qū)域。在單色光干涉系統(tǒng)中，為防止干涉信號(hào)影響拼接準(zhǔn)確性，可以使用信號(hào)振幅的歸一化圖作為待拼接圖像進(jìn)行拼接。利用相似度算法，查找出最佳匹配坐標(biāo)。然后根據(jù)最佳匹配坐標(biāo)提取出待拼接三維數(shù)據(jù)真正重疊區(qū)域，并對(duì)重疊區(qū)域各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行高度差計(jì)算，將高度差用最小二乘法擬合成平面并計(jì)算出歸一化高度差，然后將這個(gè)最佳差值補(bǔ)償?shù)狡渲幸唤M三維原始數(shù)據(jù)中，完成三維融合。

步驟7、完成測(cè)試：將拼接得到的三維數(shù)據(jù)以三維彩圖的形式顯示在軟件中，用戶還可以導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)，便于后續(xù)的分析。

所述的三維形貌還原算法，通過光源切換合成模塊，自動(dòng)對(duì)焦干涉成像模塊和掃描器件配合完成。當(dāng)被測(cè)樣品表面是連續(xù)變化的表面時(shí)，為了提高測(cè)試效率，我們可以選用單色光干涉模式進(jìn)行測(cè)量。將光源切換到單色光源點(diǎn)亮，查找到干涉信號(hào)后使用五步移相法進(jìn)行掃描。利用采集到的五幅連續(xù)干涉圖，計(jì)算出每個(gè)像素點(diǎn)的相位，并利用相位解纏還原三維表面。當(dāng)被測(cè)表面是非連續(xù)變化表面或臺(tái)階表面時(shí)，應(yīng)選用白光干涉模式進(jìn)行測(cè)量。將光源切換到白光光源點(diǎn)亮，查找到干涉信號(hào)并自動(dòng)調(diào)整到掃描起始位置后，開始控制掃描平臺(tái)開始掃描。掃描完成后，使用空間頻域算法進(jìn)行三維表面還原。

所述的三維拼接算法，具體流程分以下兩步:(1)首先選取需要拼接的圖像可能重疊部分，通過相似度算法計(jì)算出拼接點(diǎn)的每一行每一列坐標(biāo)值，并在平面方向完成拼接。為使得該算法順利實(shí)施，需要控制兩維移動(dòng)平臺(tái)每次的移動(dòng)量，保證移動(dòng)前后采集到的圖像有一定的重疊部分，重疊量可通過相機(jī)的實(shí)際視場(chǎng)和滑臺(tái)的移動(dòng)量來控制，誤差可控制在幾個(gè)微米。（2）提取出真正重疊區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，計(jì)算重疊各個(gè)點(diǎn)的高度差值，通過最小二乘法計(jì)算兩組三維數(shù)據(jù)的“最佳”高度落差，并將這個(gè)差值補(bǔ)償?shù)狡渲幸唤M三維數(shù)據(jù)中。高度差值計(jì)算過程中，應(yīng)該剔除信號(hào)強(qiáng)度小于設(shè)定閾值的像素點(diǎn)。在單色光干涉或白光干涉三維形貌還原算法中，干涉信號(hào)強(qiáng)度較小或無信號(hào)點(diǎn)被視為“壞點(diǎn)”。往往“壞點(diǎn)”的高度信息值是錯(cuò)誤的，因此在三維高度差計(jì)算中，不應(yīng)該考慮在內(nèi)。

綜上，按照本發(fā)明的大口徑表面干涉系統(tǒng)能夠高效的測(cè)量樣品表面的三維形貌，并利用得到的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)參數(shù)的評(píng)定。該干涉系統(tǒng)兼具激光干涉和白光干涉的優(yōu)勢(shì)，具有精度高、范圍大、效率高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。該系統(tǒng)橫向分辨率最高可達(dá)0.5um，垂直測(cè)量范圍可達(dá)到10mm，垂直分辨率0.1nm，垂直測(cè)量效率大約10um/s。測(cè)試表明其滿足大范圍高速的表面形貌測(cè)量要求，使得毫米級(jí)樣件的測(cè)量時(shí)間在幾分鐘以內(nèi)，精度達(dá)到納米級(jí)。