测量被测面表面形貌的平移法原理

平移法的测量原理如图5.5所示，激光器发出光线，经会聚透镜聚焦后入射到被测物体表面上，光束经过被测面反射后，再经与激光入射光束成45°放置的分束镜，反射到线阵CCD 上。由CCD 上光斑的位置偏移距离和CCD 与被测面的距离即可计算得出激光照射处被测面的斜率β。向同一方向水平移动检测台，每次移动距离Δx，就可测得被测面上间隔Δx的各点处的斜率，通过计算得到被测表面的形貌。

图5.5　平移法测量原理图

设S 为光斑位置相对于零点的距离，a 为激光入射方向上被测点与分束镜的距离，b 为入射激光和分束镜的交点与CCD 光敏面的距离，2β为激光反射后的偏转角，则有

则被测点处的斜率为

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然后就可以根据被测面上各点的斜率，利用式（5.5）计算出被测面的表面形貌：

式中，y（x）为被测面上横坐标为x 处的点与被测面顶点的相对高度。

上述方法理论上可行，但是在实际测量中，a 是未知的，可以测得的是在激光入射方向上，被测面顶点与分束镜的距离a0，并且a（xi）=y（xi）+a0，a（xi）为xi 处激光入射方向上被测点与分束镜的距离。

所以在计算被测点的高度时，先用a（xi-1）代替式（5.4）中的a，并由式（5.5）计算出y1（xi）；再将y1（xi）代入到a（xi）=y（xi）+a0 中，得出一个a1（xi），再用a1（xi）代替式（5.4）中的a 重新计算tan β，并再次由式（5.5）计算出一个y2（xi）；如此反复迭代计算，逐渐逼近y（xi）的真值，直至先后两次计算得出的yk（xi）与yk+1（xi）之差小于某个值（比如小于10 nm）为止，则将yk+1（xi）作为计算出的y（xi）值。

这种方法适用于接近平面的被测面或相对孔径较小的表面。