振動測量的方法以及干涉儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及根據權利要求1的前序部分所述的振動測量的方法。
[0002]本發明還涉及根據權利要求17的前序部分所述的干涉儀。
[0003]尤其是，本發明涉及測量兩個或三個方向上的振動的方法，并且描述了用于本申請的干涉儀。
【背景技術】
[0004]目前，有多種用于測量幾何大小(諸如距離)、表面形式、維度、運動和振動的光學干涉測量技術和儀器。
[0005]挪威專利314323及其專利族是描述使用干涉儀并且使用所謂的時間平均記錄來測量小結構中的振動的硬件和算法的一個示例。這是具有針對測量的單個敏感方向的二維解決方案。
[0006]三維振動記錄和用于三維測量的系統在現有技術中是已知的。
[0007]三維測量的主要問題是測量和找尋不同方向之間的振動相位關系。如果物體以具有恒定頻率和振幅的穩態振動進行振動，則可以一次測量一個方向(例如，首先X方向，然后Y方向，最后Z方向)上的振動。但是，找尋不同方向和不同測量值之間的相位關系會是困難的。
[0008]解決這個問題的一種方式是在同一時間在不同方向上同時執行測量，并且獲得不同測量值之間的時間關系(temporal relat1n)。
[0009]如果從特定方向對被研宄物體進行成像，則大部分干涉測量系統測量這個觀察方向上的振動，例如，如申請人的挪威專利314323中描述的。用激光束或者用另一個(部分)相干光源進行的物體照射將隨后與觀察方向對齊(in-line)。對于敏感度方向與觀察方向垂直或至少帶有與觀察方向垂直的分量的平面內測量，當使用干涉測量方法時，照射一般源于不同于觀察方向的其它方向。具有與觀察方向垂直的敏感度方向的平面內測量的典型設置由來自各側的兩個照射光束組成，如圖1中所示。在這種情況下，在干涉儀中不需要內部參考光束，因為干涉和干涉測量敏感度是通過兩個照射光束之間的干涉來實現的。
[0010]利用圖1中的設置，可在一個平面內方向上進行測量。正常過程將是隨后用兩個其它光源從其它方向照射物體，以實現其它平面內方向上的敏感度。兩個第一光源也可移動到新位置以進行這樣的第二次記錄。在兩個方向上執行平面內測量的這種方式的缺點是，需要被研宄物體周圍有用于不同方向上的照射源的空間。
[0011]現有技術的解決方案還有如下缺點:在被研宄物體一側的可用空閑空間少并且用戶難以接近(access)物體。
[0012]如果使用四個照射光源(一次使用兩個，或者可供選擇地，同時使用所有這四個)用于在兩個方向上的平面內測量，則找尋兩個平面內方向上的測量之間的相位關系也會是復雜的。
[0013]還有一些基于頻閃照射或頻閃成像原理的平面內測量的系統。這些系統在高頻率測量方面具有問題，并且還具有有限的振幅分辨率的問題。
[0014]因此，需要可用于小顯微物體的振動的二維記錄和全三維記錄兩者的方法和干涉儀。
[0015]因此，需要能夠執行平面內測量和平面外測量兩者的方法和干涉儀。
【發明內容】
[0016]本發明的主要目的是提供解決了現有技術的上述問題的方法和干涉儀。
[0017]本發明的一個目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀被布置用于提供測量物體中兩個或三個方向上的振動。
[0018]本發明的另一個目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀提供兩個平面內方向之間的振動相位關系。
[0019]本發明的又一目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀還提供兩個平面內方向和第三個平面外方向之間的振動相位關系。
[0020]本發明的再一目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀在被研宄物體的一側提供空閑空間以使用戶更容易接近物體。
[0021]本發明的一個目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀測量具有兩個或更多個敏感方向(一次一個方向)的物體，其中，一次用一個或多個相干照射光束來照射物體。
[0022]本發明的一個目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀能夠執行平面內測量和平面外測量兩者。
[0023]本發明的其它目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀使用三個照射光束進行平面內測量，其中，這三個照射光束中的一個公共用于兩個方向上的平面內測量。
[0024]本發明的一個目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀被布置用于使用兩個照射光束在平面外方向上進行測量，且其中該兩個照射光束中的一個被用作參考光束。
[0025]本發明的其它目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀被布置用于對平面外測量的照射光或參考光束進行相位調節。
[0026]本發明的一個目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀被布置用于在照射光束路徑上平移和/或旋轉漫射器以提供散斑圖案(speckle pattern)變化。
[0027]本發明的其它目的是提供方法和干涉儀，該方法和干涉儀提供尤其是小且顯微的物體中振動的全三維記錄，其也可應用于較大的結構。
[0028]本發明的又一目的是使用相位調節和時間平均記錄，以能夠以高頻在所有方向(平面內和平面外)上進行測量。
[0029]發明
[0030]在權利要求1中描述了測量物體在兩個或三個方向上的振動的方法。在權利要求2至16中描述了所述方法的優選特征。
[0031]在權利要求17中描述了測量物體在兩個或三個方向上的振動的干涉儀。在權利要求18至24中描述了干涉儀的優選特征。
[0032]本發明提供了測量被研宄物體在兩個或三個方向上的振動的方法和干涉儀。
[0033]尤其是，本發明提供了涉及在干涉測量構造中使用成像系統的方法和干涉儀，其中，依次從不同方向照射物體，以獲得在三個方向(優選地，坐標系中的X、Y和Z方向)上具有敏感度的測量。
[0034]這樣將提供被研宄物體的全三維矢量振動位移。
[0035]根據本發明，物體可被成像到探測器陣列(例如，可以是CCD陣列)上。
[0036]根據本發明，物體一次以一個頻率振動，物體振動激勵被布置成可由控制單元控制，控制單元被布置到干涉儀。
[0037]根據本發明，物體以恒定頻率和恒定振幅在特定時間段內振動。測量發生在這個時間段內，且可持續不足一秒直至數分鐘。
[0038]本發明被布置用于使用所謂的時間平均記錄，在時間平均記錄中，探測器陣列在一個或許多振動時間段內曝光，但本發明還可以使用記錄原理，該記錄原理涉及相比于振動時間段的短曝光時間。
[0039]根據本發明，以兩個或更多個敏感方向(一次一個方向)來測量物體，其中，一次用一個或多個相干照射光束來照射物體。在XYZ坐標系內，優選地依次在X、Y和Z方向上執行測量。如果XY平面代表物體的平面內方向，Z方向代表平面外方向，則通過用單個照射光并且還另外通過使用參考光束照射物體，來執行Z測量，參考光束被擴展以直接照射探測器陣列。
[0040]對于平面內測量，兩個照射光用于X方向，且兩個照射光束用于Y方向，其中，一個照射光束公共用于這兩個方向。
[0041]根據本發明，干涉儀優選地包括調節器和控制單元。控