三色组合光源光学轮廓仪研究

摘要

制件表面微观形貌和结构质量与其功能特性密切相关。表面形貌测量，对表面质量及其功能特性保证具有重要意义。白光干涉表面形貌测量方法具有非接触、高效率、高精度特点，尤其适用于MEMS、IC、微纳光学等功能表面的高精度测量。本文主要围绕现有白光干涉测量系统干涉信号对比度低、对垂直扫描采样频率要求高及测量自动化程度不高的缺点，对其光源、表面恢复和自动对焦定位等方面展开研究。主要工作内容如下： 1、设计构建了一套由RGB三色组合光源代替白光LED光源的照明系统，有效改善了光源光谱分布特性，从而大幅度提高了干涉信号对比度。 2、研究并实现了三色组合光照明下干涉信号的空间频域分析算法，其能在垂直扫描低采样频率的情况下，实现表面形貌的高精度恢复，极大提高了测量效率。 3、研究并比较了几种常用的对焦评价算子，选择出一种不受背景光强变化影响、对干涉条纹敏感的评价算子，进而基于自动对焦扫描算法，实现了轮廓仪快速、准确的自动对焦扫描功能。 4、将三色组合光源、干涉信号空间频率域分析与形貌恢复算法以及自动对焦算法应用于自主开发的光学轮廓仪，并进行实验测试，取得了良好结果。

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