CN1320334C - 表面成型设备和获得数据方法，数据处理设备及其相关器 - Google Patents

Abstract

沿采样路径(SP)朝向样品表面(7)并且沿参考路径(RP)朝向参考表(6)引导来自于宽带源的光线，如此使得样品表面区域反射的光线与参考表面反射的光线相干涉。移动器(11)在样品表面(7)和参考表面(6)之间沿扫描路径实现相对移动。检测器(10)以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值，其表示样品表面区域产生的干涉条纹。数据处理器具有当前处理部件(34a；340)，用于在测量操作期间当接收装置接收到强度值时对强度值执行处理，以便产生表明相干峰值位置的数据，以及后续处理部件(34b；350)，在完成测量操作之后，使用由并行部件产生的数据来获得表明表面区域高度的数据。其中一个处理部件具有相关器(44；440)，用于将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，以便提供相关数据来识别相干峰值的位置。所述后续处理部件具有表面形貌确定器(35；350)，用于根据相干峰值位置数据来确定样品表面区域的高度。

Description

表面成型设备和获得数据方法，数据处理设备及其相关器

本发明涉及一种表面成型设备，具体来讲涉及使用干涉测量技术来确定表面轮廓数据的表面成型设备。

如Byron S.Lee以及Timothy C Strand于1990年9月10日，刊登于Applied Optics Volume 29的第26期、第3784到3788页、题目为“Profilometry with a Coherence scanning Microscope”的论文中论述的那样，随着制造容许公差的降低，对用于改善横向以及垂直分辨率的光学计量技术需要进一步的提高。常规的单色干涉测量表面成型设备在纳米尺度范围提供优良的垂直分辨率，但是相位混淆使测量范围限制在少于2π的相位移位。已经提出了多种技术来扩展此测量范围，例如包括相位展开、外差干涉测量学以及多波长干涉测量学。然而，如果不允许出现相位混淆误差的话，那么相位展开通常需要平滑连续测量表面。外差干涉测量学涉及以两个独立频率的混合光束，并且使用作为结果产生的差频用于干涉测量学测量。外差干涉测量学具有基于差频波长的非模糊测距范围，因此该范围受制于所使用的两个频率所能接近的程度。多波长干涉测量学使用不同的波长产生至少两个不同的干涉测量轮廓，并且此外，非模糊测距范围也取决于所使用的至少两个波长之间的频率差值的波长。

正如Lee和Strand在论文中论述的那样，可以通过利用相干扫描或者宽带扫描干涉测量学来解决这些问题，其可以很容易提供好于几百微米的实际测量范围。

相干扫描或者宽带扫描干涉测量学使用诸如迈克尔逊干涉仪的标准干涉仪以及诸如石英卤灯的宽带立体非相干光源。通常，但并非必须，宽带光源采用白光光源。将待确定轮廓的样品表面之一以及干涉仪的参考镜相对于彼此移动，其中所述干涉仪的参考镜沿扫描路径相对于另一个移动，以便改变相对路径长度，并且诸如CCD摄像机的二维图像传感器用于感测由此形成的干涉图案，所述干涉图案随着样品表面和参考镜相向移动而改变。

每个传感元件或者图像象素传感器，感测相应区域的干涉图案部分、或者样品表面的表面象素，因为样品表面和参考镜相对于彼此移动，故而传感元素接收到的量或者光强将依照干涉条纹的变化而改变。从样品表面区域接收的光强，根据从参考镜到传感表面的光路之间的路径长度差依照振幅来增减，并且在零程差的位置处将具有相干峰值或者极值(最大或者最小振幅)。表面的不同区域具有不同相对高度，那么那些不同的区域沿所述扫描路径在不同的位置将具有相干峰值。据此，相干峰值的相对位置可用于提供表面轮廓数据，也就是表示样品表面不同区域的相对高度的数据。

在一方面中，本发明提供了一种表面成型设备，具有宽带扫描干涉仪和数据处理器，用于探头扫过时的样品表面区域生成的干涉条纹中定位相干峰值，当接收到那些区域时，将表示那些区域干涉条纹的至少一些信号集乘以相关函数，以便产生用于那些区域的一组相关信号，然后识别在那些区域的相关信号中具有最高峰值的那些区域的干涉条纹中的相干峰值。

在一方面中，本发明提供了一种表面成型设备，具有宽带扫描干涉仪和数据处理器，用于在样品表面区域生成的干涉条纹中定位相干峰值，当接收表示干涉条纹的信号时、确定探头扫过时可能包含相干峰值的信号子集，并且随后将相关函数应用于所述信号子集，以便产生一组相关信号，并且使用所述相关信号来识别相干峰值。

在一实施例中，所述相关函数包括两个参考波分组，它们均具有振幅和相位变化。在一个实施例中，将所述参考波分组表示为由余弦和正弦波调制的高斯包络线。

在一个实施例中，将两个参考波分组存为阵列对。

在一个实施例中，相关信号集中峰值的位置，代表该表面区域的表面高度。通过将高斯曲线拟合相关信号集，就可以找到峰值。

如上所述，相关信号集中峰值的位置，代表该表面区域的表面高度。在另一个实施例中或者另外地，相关信号中的相位数据、也就是相关相位，用于确定预定的相关相位的位置，例如零相关相位，其用于确定高度数据。

在另一方面中，本发明提供了一种表面成型设备，其包括宽带扫描干涉仪，具有控制装置，用于依照从移动装置获得的位置数据来控制干涉仪的传感装置的触发，所述移动装置作用于样品表面和干涉仪参考表面之间的相对移动，以便以依照位置数据确定的间隔来感测干涉图案。在该情况下，移动装置实现连续移动。作为选择，也可以实现阶跃移动。

在另一方面中，本发明提供了一种表面成型设备，具有宽带扫描干涉仪，具有传感装置，包括设置为从大于感兴趣的样品表面区域的区域接收光线的感测象素的2D阵列，以及包括控制装置，用于通过将两个或更多相邻象素感测的信号组合为至少一个来处理所述信号，并且只选择感测象素的子集来使用。在不需要变焦透镜或者提供额外透镜的情况下，这能够覆盖从最大视场到最大横向分辨率的范围，以便放大或者缩小所述图像。

在另一实施例中，本发明提供了一种表面成型设备，具有宽带扫描干涉仪和基准提供装置，用于将样品表面一个区域获得的高度和斜度数据与样品表面另一区域获得的高度和斜度相关，以便能够经由大于所述区域的样品表面区域来获得表面轮廓数据，其中所述区域可以通过干涉仪的传感装置合并从对样品表面不同区域的表面轮廓测量获得的表面轮廓数据来成像。

现在将参照附图、通过举例来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了使用相干扫描或者宽带扫描干涉仪的表面成型设备的示意性框图；

图2示出了相对于位置Z的亮度图表，以举例说明相干峰值或者干扰区周围的样品表面区域的干涉条纹；

图3示出了表面成型设备的功能框图；

图4示出了图3中所示但去除了控制设备的表面成型设备的简化的侧视图、局部剖面图；

图5示出了被配置为提供图3中所示控制设备的计算设备的功能框图；

图6示出了可以用于表面成型设备的干涉仪的一个例子的图表；

图6a示出了可以用于表面成型设备的干涉仪的另一例子的图表；

图6b示出了适合用于图6a的干涉仪系统的宽带源的示意性透视图；

图6c依照分解部分示出了图6b中所示宽带源的示意性透视图，以便举例说明其构成部件；

图7示出了图3中所示数据处理器的一个例子的功能框图；

图8示出了由干涉仪的图像传感器提供的数据帧的略图；

图9示出了由图7中所示鉴别器的一个例子执行的步骤的流程图；

图10a和10d示出了用于举例说明由图7中所示峰值探测器执行的步骤的流程图；

图11示出了用于举例说明由图7中所示的鉴别器进一步执行的流程图；

图12示出了由图7中所示相关器使用的相关函数的图解表示法；

图13示出了图7中所示相关器的功能框图；

图14示出了由图7中所示表面形貌确定器执行的步骤的流程图；

图15示出了用于举例说明由图7中所示的表面形貌确定器进一步执行的流程图；

图16示出了由图7中所示供数据处理器之用的鉴别器的另一例子执行的操作流程图；

图16a示出了举例说明使用参照图16描述的鉴别器获得的结果的图表；

图17a示出了图3中所示数据处理器的另一例子的功能框图；

图17b示出了用于解释图17a中所示相关缓冲器的结构的图表；

图18a到18f示出了用于解释图17a中所示相关器操作的相关缓冲器的部分的图表；

图18g示出了图17a中所示相关缓冲器状态存储器的一部分的图示；

图19a和19f示出了用于举例说明由图17a中所示峰值探测器执行的步骤的流程图；

图20a和20b示出了举例说明使用图7中所示数据处理器获得的结果的图表，以及图20a示出了确定相干峰值的Z位置，而图20b示出了确定零相关相位的Z位置；

图20c和20d示出了举例说明使用图17a和17b中所示数据处理器获得的结果的图表，并且20c示出了确定相干峰值的Z位置，而20d示出了确定零相关相位的Z位置；和

图20e和20f示出了表示100纳米光栅确定的表面图，其中图20e示出了将表面高度确定为相干峰值位置时获得的结果，而图20f示出了将表面高度确定为零相关相位位置时获得的结果。

现在参照附图，首先参照图1和2来描述使用宽带扫描或者相关扫描干涉测量技术(干涉测量学)的表面轮廓或者形貌确定的基本原理。

图1示出了表面成型设备1的简略框图，其具有宽带或者相干扫描干涉仪系统2以及数据处理和控制设备3。

所述宽带扫描干涉仪系统2是基于常规的干涉仪之上的，但是如同介绍时论述的那样，而不具有单色立体相干光源，所述宽带扫描干涉仪系统2具有宽带源4，其例如可以是白光光源，诸如与稳定直流电源耦合的石英卤灯，所述宽带源4具有以用户可旋转旋钮的形式提供的光强输出用户控制器400。

所述宽带源4提供宽带光L，所述宽带光L由分光镜(在图1中作为单光束分离棱镜示出)5分解为第一光束以及第二光束，所述第一光束沿参考路径RP朝向参考镜6，而第二光束沿采样路径SP朝向安装在样品支撑台9上的样品8的表面7。从参考镜6反射的光线沿参考路径RP返回到分光镜5，其中它干涉了沿采样路径SP从样品表面7反射回的光线。提供了聚焦元件10a来将干涉区域图像聚焦到检测器10上。

通常，干涉仪例如具有Mirau，Michelson或者Linnik结构。

依照此实施例，如图1所示，检测器10具有图像传感元素SE的2D(二维)阵列SA。所述阵列反映落于检测器10视场的样品表面7的区域。检测器10的2D传感阵列的每个传感元素检测落入该元件的接受光锥的干涉图案部分，并且由样品表面7区域的相应表面区域或者象素引起，其目的是将所述表面的成像区域视为表面区域或者象素的2D阵列。在此例子中，检测器10是CCD(电荷耦合器件)数字照相机，例如Vosskühler GmbH：CCD 1300 CCD数字照相机。

提供了运动控制器11来实现样品表面7和参考镜6之间的相对移动，以便改变从参考镜6反射的光线和从样品表面7反射的光线在行程长度方面的差值。如图1所示，将运动控制器11设置为沿参考路径RP移动参考镜6。这对应于在图1中所示的Z方向中沿扫描路径移动样品表面7。

将检测器10设置为当移动参考镜6时、以一定间隔获取或者感测光强(即干涉图案)。在此例子中，所述检测器对应于参考镜6的移动每隔75nm获取或者感测光强。检测器10在每个间隔处获得表示检测器10的视场区域的辐射图案的2D图像或者帧数据。

2D传感阵列的一个传感元件感测的光照亮度(也就是由从该传感元素上成像的样品表面7的相应区域或者表面象素反射的光线提供的部分干涉图案)，随参考镜6的移动而改变的路径长度差的改变而改变，由此产生了一系列条纹，其在沿对应于零路径长度差的扫描路径的位置处具有相干峰值。图2示出了相对于位置Z的光强图表，以便举例说明随着参考镜6和样品表面7的相对位置的改变，检测器10的2D传感阵列的传感元素感测到的光强方面的改变(以及由此产生的干涉条纹区域)。强度分布的包络线是宽带源中空间频率的光谱分布的傅里叶变换。

如表面测量学领域众所周知的那样，尽管表面7可以是名义上的平面，但是所述表面可以具有某些表面形式以及表面粗略度，以致表面的不同区域或者表面象素具有不同高度。在沿扫描路径的位置或者点处，相干峰值因为表面象素的不同高度而出现不同。据此，通过启动测量操作可以确定检测器10成像的表面区域的表面轮廓或者形貌，在所述测量操作期间，运动控制器11引发沿扫描路径的有效移动，检测器10以一定间隔获取图像，并且随后通过分析所述结果来为检测器10成像的每个表面区域或者象素确定相干峰值。通常，为了提供足够的数据进行分析，扫描路径将扩展到实际测量路径以外，也就是说所述扫描路径包括上升和下降区域，由此可以获得数据以供分析实际测量路径的数据之用。

所述数据处理和控制设备3具有控制设备30，用于控制干涉仪系统2的操作；数据处理器32，用于在控制设备30的控制下处理从干涉仪系统2接收的数据；以及用户接口，包括用户输入31以及用户输出36，以便能够使用户或者操作者控制所述控制设备的操作(并且由此控制表面成型设备)并且能够使用户或者操作者具有数据输出，所述数据输出表示数据处理器32对测量操作期间获得数据的处理的结果，并且其还能够使诸如错误消息的消息传达给用户。在图1所示的例子中，所述用户输入31包括键盘31a和诸如鼠标的指示装置31b，同时所述用户输出装置36包括显示器36a。

所述数据处理器32被设置为处理由检测器10提供的数据，以便确定检测器10成像的表面区域的表面轮廓或者表面排字式样，这是通过以下方式实现的，即：为检测器10成像的表面区域中的每个表面象素沿扫描路径确定一位置，在所述位置处，出现相干峰值或者与所述相干峰值具有预定关系的位置(例如从实际峰值下降一半的相干峰值曲线的位置)。

现在将参照图3到7b详细说明表面成型设备的一个例子，其中所述干涉仪具有Mirau结构，并且所参照的附图中，图3示出了表面成型设备的总体功能框图。图4示出了所述设备的简化侧面示意图。图5示出了适用于提供数据处理和控制设备3的计算设备的框图，图6示出了部分宽带扫描干涉仪系统2的更加详细的图，而图7a和7b示出了适用于干涉仪系统2的宽带光源的例子。

首先参照图3，宽带扫描干涉仪系统2的干涉仪I具有宽带源4，通常包括石英卤灯，其经由分光镜12将宽带光L引向物镜组件13，除物镜14之外，所述物镜组件13还包括分光镜5和参考镜6。所述分光镜5将分光镜12提供的光束分解为第一参考光束和第二采样光束，所述第一参考光束的方向沿参考路径HP，第二采样光束的方向沿采样路径SP从干涉仪I朝向安装在样品支撑台9上的样品8的表面7。

物镜组件13和参考镜6可以在控制设备30的伺服/驱动电路15e的控制下、由Z方向移动器15沿Z方向移动，在此例子中，所述Z方向移动器可以是压电移动器。样品支撑台9可以分别由X移动器16和Y移动器17沿X和Y轴方向移动，以便能够将样品表面7的不同领域纳入检测器10的视场。

图6示出了部分干涉仪系统的图表，以便举例说明宽带扫描干涉仪I的更详细的一个结构。在此例子中，宽带源4包括石英卤投射器灯泡4a(具有相关联的反射镜4′a)，其与光纤电缆4b光学耦合，其中光线从光纤电缆4b经由漫射器4c、可变滤波器4d、挡板4e、透镜4f、场阑4g和视准透镜4h透射，以便提供出射光束L。

滤波器4d可以是中性密度滤波器或者通带滤波器，被设计成能限制宽带源4发射的光线的波长范围，诸如设计成能通过具有氦氖激光器谱线波长的氦氖激光器线路滤波器。

通常，光纤电缆4b有几英尺长，在该情况下大约有4英尺(大约1200mm)，这允许投射器灯泡4a设置在独立的外壳4′中，以便必要时易于更换灯泡，并且更重要的是使灯泡4a提供的热源远离干涉仪剩余部分。

将从宽带光源出射的光束L提供给分光镜12，在该情况下，其包括与入射光束45设置的反光镜12a，以及包括分束棱镜12b，所述光线经由分束棱镜12b引向物镜组件13。反光镜12a可以由直角棱镜代替。分光镜把返回到分光镜12b的光线朝向检测器反射，并且由透镜10a聚焦到检测器10上。

将物镜组件13安装在物镜支架38上，所述物镜支架38由并行韧带39和40耦合到Z移动器外壳15上，所述Z移动器外壳15安装在干涉仪外壳2a上。在该情况下，所述Z移动器包括压电元件(PIEZO)15b，其经由联杆装置15c和支架15d耦合到其中一个并行韧带39，以致当伺服/驱动电路15e将电压施加到压电元件时，压电元件改变形状，令韧带15c和支架15d推动韧带39向上或者向下移动，以便令物镜组件13(以及参考镜6)沿扫描路径移动，同时由施加到压电元件15b的电压来确定移动程度。

如图3、4和6所示，宽带扫描干涉仪系统2的干涉仪I的部件的大多数I(除在前的光源部件以及包括光纤电缆4b之外)都安装在外壳2a内，所述外壳2a经由托架18安装到Z轴基准列19。通过示出从外壳2a投射的宽带源，在图3中示出了这样的实事，即在光纤电缆4b前的光源部件、包括光纤电缆4b置于外壳2a的外面。将托架18以可手动操作控制的形式、经由诸如滚珠螺杆或者导螺杆驱动机制的驱动机制(未示出)耦合到粗略的Z定位器20，在此例子中，所述驱动机制可以是直流电动机，其能够使托架18和干涉仪I沿Z方向在列19的上下移动，以便能够使干涉仪移到不同的扫描起始位置。

在外壳2a内提供了在光纤电缆4b后的宽带源部件，所述外壳2a经由托架18安装到Z轴基准列19。所述光纤电缆4b允许宽带源的其余部件提供于独立的光源组件4′中，如图4所示，其可以安装在邻近于其余设备的工作面WS上，以便使灯泡4a生成的热量远离干涉仪。

如图4所示，支架102包括X和Y移动器16和17，并且支撑样品支撑台9。在此例子中，所述X和Y移动器16和17包括直流电动机，所述直流电动机通过适当的常规驱动机制与样品支撑台9耦合，所述常规的驱动机制可以是诸如齿条齿轮或者滚珠螺杆驱动机制(未示出)。

如图3和4所示，每个Z、X和Y移动器与相应的位置传感器15a、16a和17a相关联，其中粗略的Z定位器20可以与粗略的Z定位器位置传感器20a相关联。所述控制设备30具有控制器21，用于控制干涉仪系统2的总体操作，并且与用户输入31、数据处理器32、用户输出31以及控制设备30的其他部件通信，在此例子中，所述控制设备30包括伺服驱动电路15e和x、y和z记录器22、23和24，其均用于接收相应位置传感器15a、16a的输出，并且包括触发脉冲发生器60，用于响应Z位置传感器15a的输出触发检测器10的操作以便以需要的间隔获取图像。如果提供的话，控制器21还接收来自于粗略的Z定位器位置传感器20a的输出。所述控制器21可以依照已知的方式进行编程，以便补偿因物镜组件13移动的轻微弧形属性而在Z位置中产生的任何误差。

在X或者Y移动器16或者17的情况下，其中移动器是电动机，相应的位置传感器可以是线性光栅编码器。图3中支撑台9与X和Y位置传感器16a和17a之间的虚线表明：位置传感器可以直接感测支撑台9的移动，而不是通过从相应电动机中获得的信号来感测。如果Z移动器15是压电移动器，那么所述位置传感器15a例如可以是干涉测量系统，诸如光栅系统，或者LVDT，其提供表示物镜组件13相对于干涉仪外壳2a的移动的信号。例如，物镜组件13外壳可以支撑衍射光栅，并且条纹检测干涉测量系统可以安装在外壳2a内，用于当物镜组件13相对于外壳2a移动时，向Z记录器24提供条纹的计数。作为另一个可能性，可以使用电容传感器。作为进一步的可能性，可以使用迈克尔逊干涉仪(具有附于外壳13的角隅棱镜)。

依照此实施例，分光镜5可以是薄膜分光镜，尤其是Herpin滤波器，或者是中性密度部分反射金属滤波器，将其设计成能具有(基于所需要的带宽和所期望的入射角)少于50％的反射率，目的是使反射光线所占的比例小于透射光。这可以有助于补偿这样的实事，因为表面粗略度或者Fresnel反射，样品表面7的反射率将通常少于参考镜6的反射率。就具有从大约1％到100％范围的反射率的表面的信噪比而言，这种具有大约20％反射率的部分反射滤光器应该提供优良的方案，所述方案能够使例如玻璃和金属表面的表面形貌得到分析。

图6a示出了部分干涉仪系统的图表，以便更详细地举例说明宽带扫描干涉仪I的另一个结构。与图6中所示结构的不同之处在于：投射器灯泡4a与强度控制器400a耦合，以便响应用户控制400的操作控制投射器灯泡4a的光强输出；并且投射器灯泡4a与光纤电缆4b光学耦合，其中光线经由非球面透镜4f1、“热反射镜”4i(也就是被设计以便朝向光源反射回红外辐射的薄膜电介质滤波器并且远离干涉仪的其余部件)、滤波器组件4d以及其他非球面透镜4f透射，其中所述滤波器组件4d稍后将参照图6b和6c作更详细地描述，所述滤波器组件4d包括一组可交换的滤波器，所述可交换的滤波器包括中性密度滤波器和一个或多个带通滤波器，将它们设计成能够限制宽带源发射的光线的波长范围。

从光纤电缆4b出射的光束L经由漫射器4c以及其他非球面透镜4h提供给分光镜12，在该情况下，分光镜12包括分束棱镜12b。

非球面透镜4f1、4f2和4h用于图6a中所示的例子，以提高视场。然而，如果没有特别的要求，所述透镜无须是非球面的。

在图6a中所示例子中，分束棱镜12b朝向物镜组件13反射光。将返回到分束棱镜12b的光线经由分束棱镜12b朝向检测器10，并且由透镜10a聚焦到检测器10上。

图6b和6c示出了举例说明光源组件4′的一个例子的图解透视图。所述光源组件4′具有外壳401，包含灯泡4a、相关联的反射镜4′a以及驱动电路(未示出)，用于依照用户对光源强度等级控制旋钮400的操作来控制灯泡4a的输出光强。

将支撑板403安装在光源外壳401的出口孔上。支撑板403具有安装套圈403a，用于接收透镜框架404的环形耦合部件404a，其中所述透镜框架404内安装有非球面透镜4f1。

滤波器组件4d具有背板405，借助于连接螺钉406来固定到透镜框架404的前端法兰404b，以致滤波器窗口或者背板405的孔407与光源4a的光轴共轴。将热反射镜4i安装在背板405背面中的钻孔洞中(图中不可见)。

从背板405的前表面405a沿轴向突出的圆凸408贯穿滤波器托盘或者转盘410的轴孔411。

滤波器托盘410具有圆柱突出部410b，在此例子中，用于在轴孔411附近以同样角度和间隔支撑四个滤波器410a，以便每个滤波器410a可以与滤波器孔或者窗口407对准并纳入其中。在此例子中，所述四个滤波器包括中性密度滤波器、40纳米带通滤波器、10纳米带通滤波器以及1纳米带通滤波器。在此例子中，所述滤波器是HeNe(氦氖，Helium Neon)滤波器，也就是说，通带的中心波长是633nm(纳米)。如将要在下文描述的那样，提供了后者非常有限的波长范围的滤波器，以便易于聚焦干涉仪系统2。

滤波器组件的前板413支撑透镜框架(未示出)，以便将透镜4f2安装在光轴上。将环形轴承412固定(例如胶合)到突出部410b的柱面上以及前板中的圆柱形洞(图6c中不可见)上。将滤波器组件的前板413通过螺钉409固定到背板，所述螺钉409穿过圆凸408到前板413中，并且所述环形轴承412允许滤波器托盘或者转盘410相对于前板和背板来旋转。

尽管在图6c中不可见，但是滤波器托盘410的背面支撑四个v形槽或者凹口，它们径向地与每个滤波器对准。通过螺帽431固定的弹簧偏压活塞430贯穿背板中的孔431，以便当与之对准时，偏压到与v形槽或者凹口啮合。所述滤波器托盘或者转盘410由此具有四个分度位置，所述索引位置由v形槽以及弹簧偏压活塞430限定。所述滤波器托盘或者转盘410因此能相对于滤波器组件4d的前后板手动旋转，以便使每个滤波器轮流与孔407对准。

为了帮助用户旋转滤波器托盘410以使滤波器与滤波器窗口或者孔407对准，滤波器托盘410的外环414具有相等角度间隔的切口部分416，用于在其间限定槽脊部分417(在此例子中是十二个)，其中每三个槽脊部分417a径向地与相应的滤波器410a对准，并且作为脊或者槽，以致用户可以通过触摸相应于滤波器的槽脊部分来确定。

与不同滤波器410a径向相邻的槽脊417a可以分别地加以区分，例如，不同的槽脊可以具有不同数量的脊或槽，以便用户可以凭感觉把不同的槽脊区分开，并且可以在不必查看滤波器组件的情况下选择特定的滤波器。作为另一个可能性或者其他，不同的槽脊可以在视觉上加以区分，也就是说它们具有不同颜色。

滤波器组件的前板413的正面支撑耦合构件419，所述耦合构件419具有耦合孔，用于接收光纤4b的耦合部分420以及配合的艾伦内六角螺栓432，并且所述耦合构件具有用于在适当的位置可靠地容纳光纤电缆耦合部分420的末端420a的孔。如图6b所示，滤波器组件可以承载一个或多个标志(图6b和6c中示出的是单个箭头421)，以便能够使用户在视觉上确定哪个滤波器目前与滤波器孔或者窗口对准。

如上所述的光源组件4以及滤波器组件4d尤其能够使用户快速并且容易地从一个滤波器改变为另一个，以便例如将中性密度滤波器用于正规的相干或者宽带扫描干涉测量法，而将40纳米以及10纳米带通滤波器用于子奈奎斯特(sub-Nyquist)扫描，并且将非常窄带宽的1纳米滤波器用于聚焦，正如下文将描述的那样，其中用户不必访问干涉仪系统的任何内部元件。此外，滤波器组件4d的外围表面能够使用户快速地在滤波器窗口或者孔407前面定位所需要的滤波器，而无须查看滤波器组件，因此用户可以一边全神贯注于正显示给他或者她的图像，一边调节滤波器组件4d。

控制设备30可以通过编程计算设备、例如个人计算机来实现。图5示出了这种计算设备的简化框图。如图所示，所述计算设备具有处理器25，与存储器26(ROM和/或RAM)、大容量存储装置27(诸如硬盘驱动器)、可移动式介质驱动器(RMD)28、输入和输出(I/O)控制器37、用户输入31以及用户输出36相关联，其中所述可移除的介质驱动器用于接收诸如软盘、只读光盘、DVD等等的可移动式介质(RM)29，所述输入和输出控制器用于连接将由控制设备控制的宽带扫描干涉仪系统的部件(例如Z、X和Y移动器15到17，粗略的Z定位器20以及检测器10)，以便使处理器25控制这些部件的操作，所述用户输入31在此例子中包括键盘31a和指示装置31b，所述用户输出36在此例子中包括诸如CRT或者LCD，显示器36a以及打印机36b。所述计算设备还可以包括通信接口(COMMS INT)199，诸如调制解调器或者网卡，用于使计算设备能经由网络与其他计算设备通信，所述网络诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)、内部网或者互联网。在此例子中，将数据接收器33作为专用帧获取电路板230而提供，并安装在计算设备内。

所述处理器25可以通过以下一种或多种方式编程为提供图3中所示的控制设备30，所述方式为：

1.通过在存储器26的非易失性部分中、或者在大容量存储装置27上预先安装程序指令以及所有关联数据；

2.通过下载来自可移动式介质29的程序的指令以及所有关联数据，其中所述可移动式介质29在可移动式介质驱动器28内接收；以及

3.通过作为经由通信接口199从另一台计算设备提供的信号SG而下载的程序指令以及所有关联数据。

当通过提供给控制设备30的程序指令进行编程时，计算设备能够依照用户接收的指令来控制测量操作，并且通过检测器10提供的作为结果产生的待分析的帧数据来确定在检测器10 2D阵列上成像的表面区域的表面轮廓或者形貌。

图7示出了数据处理器32的一个实施例的功能框图。

如图7所示，数据接收器33包括帧获取器33a以及帧缓冲器33b，它们均由专用帧获取电路板230(图5)提供。所述帧缓冲器33b存储从检测器10接收到的数据帧，并且在此例子中，其具有足够的容量来存储待相关确定器34处理的所有帧的帧数据。

在此例子中，所述数据处理器具有并行处理部件34a，用于对图像数据的帧的不同象素并行执行处理操作，以及具有后续处理部件34b，用于对图像数据帧的不同象素串行地或者顺序地执行处理操作。图7中的宽箭头表明并行处理，而单线宽箭头表明串行处理。

所述并行处理部件34a包括相关确定器部件，特别是鉴别器42以及峰值探测器43，用于当检测器10提供它们以便识别时，为每个表面象素并行监控或者检验数据的输入帧，该表面象素的强度数据部分很可能包含相干峰值。峰值探测器43为每个表面象素存储识别可能的相干峰值数据区域的数据。

所述后续处理部件包括相关确定器的其余部分，也就是具有相关处理器45以及相关缓冲器46的相关器44以及形貌确定器35。

一旦已经接收了测量操作的所有数据帧，将相关器44配置为当包括表面象素的可能相干峰值区域时、访问由峰值探测器43标志的强度数据，以便对那些数据实施如下所述的相关过程，以便确定该表面象素的相干峰值的位置，然后为检测器10成像的表面区域的其余表面象素中的每一个，重复所述处理。

将每个表面象素的相关过程结果提供给表面形貌或者轮廓确定器35，所述表面形貌或者轮廓确定器35用于使用相关器44获得的结果来确定表面轮廓或者形貌，并且向用户输出31输出表面形貌或者轮廓数据。

现在将解释在上文中参照图3和7描述的具有数据处理器32的表面成型设备的操作，假定所述表面成型设备已经通过对已知形式和/或粗略度的表面进行测量作了校准。

通常，操作者命令控制器21使宽带扫描干涉仪系统2依照用户选择的扫描路径长度以及检测器10的图像采集之间的扫描阶跃或者间隔，执行测量操作。当启动测量操作时，控制器21命令Z移动器15以规定速度沿扫描路径开始移动物镜组件13(以及参考镜6)，如预先编程的程序所确定的那样，并且当触发脉冲发生器60触发时，检测器10以预定间隔感测干涉图案，并且向数据接收器33提供作为结果产生的图像数据，以便沿扫描路径以所需间隔或者扫描阶跃由帧获取器33a获取干涉图案的图像或者帧，并且将其与识别相应扫描阶跃或者间隔的数据相关联，并依照Z位置传感器15a的输出、根据Z记录器24记录的信号，将其存储在帧缓冲器33b中，所述扫描阶跃或者间隔是由控制器21确定的。

现在将借助于图8到16更详细地描述图7中所示的数据处理器32的操作。

图8示出了数据接收器33提供的数据连续帧的略图。每个帧包括象素矩阵，其中每一象素对应于被测表面的特定的不同表面象素。为了便于说明并简化附图，示出了象素P1到P9的3×3矩阵。然而，应该理解的是，实际的象素数目将相当地大。通常，所述检测器10将具有传感元素阵列，用于使感兴趣区域(即数据处理器处理的样品表面)能包括256×256传感元素阵列、512×512或者1024×1024传感元素阵列。

图8中将第i个帧中的第k个象素的强度数据表示为I_iP_k，如图所示，因此帧1中的象素P1的强度值是I₁P₁，而在第N个帧中的象素P1的强度值是I_NP₁。

图9示出了举例说明鉴别器42操作的流程图。

如步骤S1所示，当接收了数据帧F1、F2、F3等等时，鉴别器42对检测器10成像的所有表面象素(图8中的P1到P9)的强度值数据执行并行处理操作。为了提高处理速度，当接收了帧时，所述鉴别器可以只审查每第N个帧。所述间隔取决于帧间隔(也就是图像获取之间间隔)以及平均波长，而在此例子中是2，因此当接收到帧时，鉴别器42每隔一帧进行审查，也就是说审查第一、第三、第五等等帧。

将对鉴别器执行单个表面象素的过程进行描述。对其他表面象素，采取并行处理相同的过程。

所述鉴别器读取每第N个帧的强度值(步骤S2)，和为了确定判别值D_n，在步骤S3，所述鉴别器确定一组强度值I_n-4、I_n-2、I_n、I_n+2、I_n+4的平均值，这些强度值包括最近读取的强度值以及四个在最近读取之前的强度值。然后在步骤S4，所述鉴别器计算该组强度值的偏差平方和，也就是：

D_n＝(I_n-4-M_n)²+(I_n-2-M_n)²+(I_n-M_n)²+(I_n+2-M_n)²+(I_n+4-M_n)²  (1)

并且将其作为判别值D_n传送到峰值探测器。然后，在步骤S5，鉴别器将此判别值添加到判别值总和，由此累加判别值。然后在步骤S5a，所述鉴别器检测是否已经处理了最后的帧，如果没有的话，每隔一强度值重复步骤S2到S5，以便确定下一组强度值、即强度值I_n-2、I_n、I_n+2、I_n+4、I_n+6的平均值，并且将那些强度值的偏差平方和提供给判别值D_n+2，并将其传送到峰值探测器。重复此操作，直到象素的所有强度值处理完毕为止。

现在将参照图10a到10d描述峰值探测器的操作。

峰值探测器具有包括当前状态在内的多个不同的状态，并且在按照判别值的变化在不同状态之间转换。

在此例子中，峰值探测器43存在初始状态，对应于第一判别值，当所述判别值低于阈值时，存在的低级状态，当判别值超过阈值时，存在已找到状态，如果亮度级过高并因此使判别值超出范围、也就是上述的最高可能性最大值时，存在饱和状态，以及当判别值下降到初始值之后时，存在任意早期状态。峰值探测器被配置为如果接收的判别值低于阈值，那么从初始状态移动到低级状态，如果判别值超过阈值，则从初始状态移动到早期状态，如果判别值高过阈值，那么从低级状态移动到已找到状态，如果判别值低于阈值，那么从早期状态移动到低级状态。

图10a示出了举例说明峰值探测器43执行的步骤的高级流程图。此外，如步骤S6所示，峰值探测器43对所有表面象素执行并行处理操作。

在步骤S7，当峰值探测器接收来自鉴别器的第一判别值时，在步骤S8，峰值探测器43将状态设置为初始，并且将当前判别值设置为最大值。在步骤S9，峰值探测器43比较当前判别值与阈值，并且如果判别值低于阈值，那么将状态设置为低级，而如果判别值等于或者大于阈值，则设置为早期。在步骤S10，峰值探测器继续依照设置的状态对接收到的判别值进行监控，直到检验完象素的所有判别值为止。

图10b到10d示出了举例说明峰值探测器分别在低级、已找到和早期状态中执行的操作的流程图。

在图10a中的步骤S9，如果峰值探测器进入低级状态，那么在图10b的步骤S11，当峰值探测器接收判别值时，在步骤S13，峰值探测器检验当前判别值是否大于存储的最大值，倘若如此，在步骤S14，存储当前值为最大值。在步骤S13之后(如果在步骤S13的回答为肯定，那么是步骤S14)，在步骤S16，峰值探测器检验判别值是否仍在阈值以下，倘若如此，返回到步骤S11。然而，如果判别值不再位于阈值以下，那么峰值探测器将状态设置为已找到状态，步骤S17。

图10c示出了峰值探测器在已找到状态中执行的操作。由此，在步骤S20，当峰值探测器在已找到状态中接收了判别值时，那么在步骤S23，峰值探测器检验当前判别值是否大于存储的最大值，倘若如此，那么在步骤S24，将当前值存储为新的最大值，并且存储新的最大值的Z位置，且返回到步骤S20。如果在步骤S23回答是否，那么峰值探测器返回到步骤S11，而不把当前值存储为新的最大值。

图10d示出了由峰值探测器在早期状态中执行的步骤。由此，在步骤S27，当峰值探测器接收此状态中的判别值时，那么它在步骤S28检验当前值是否大于最大值，倘若如此，那么在步骤S29存储当前值为最大值，并且返回到步骤S27。然而，如果在步骤S28回答是否，那么在步骤S30，峰值探测器检验判别值是否低于阈值，倘若如此，在步骤S31，将状态设置为低级。如果信号电平最初在阈值之上，那么早期状态阻止峰值的寻找，直到强度值低于阈值之后。

在图10a中的步骤S10，当已经接收了最后的判别值时，峰值探测器将峰值设置为当前存储的最大判别值，此外，通过将累加的判别值总数除以判别值数目来确定平均判别值。

然后，鉴别器对每个象素执行测试，以便确定峰值寻找过程的结果是否可靠，或者对于峰值寻找过程来说信噪比是否过小以至于不可靠。对象素的测试以图11中所示的流程图说明。

由此在步骤S32，鉴别器确定最大判别值是否大于或等于平均判别值，其中平均判别值乘以阈值k，在该情况下，所述阈值k是10。如果回答为是，然后在步骤S33，鉴别器42将相关器44将处理的强度值范围设置为强度值子集，并且在帧缓冲器中标记此数据，所述子集集中于，与最大判别值相对应的帧。通常，所述范围是相关器长度的三倍，不过这取决于扫描速度。然而，如果回答为否，也就是说鉴别器42没有找到足够的信号，那么在步骤S34，鉴别器42将相关器44待处理的强度值范围设置为该象素存储在帧缓冲器33b中的强度值的整个范围。由此，如果信噪比足够好，鉴别器就可以确保对于给定象素的峰值寻找过程的结果是完全可靠的，其中足够好的信噪比可以有把握地认为峰值寻找过程已经正确定位峰值。否则，将该象素的整体强度数据传送到相关器。

当完成测量操作后，所述后续处理部件34b可以对测量操作期间执行的鉴别和峰值寻找过程的结果进行处理。

现在将借助于图7、12和13来描述后续处理部件的相关器44执行的操作。

图12示出了振幅A相对于位置Z的图表，以便举例说明用于相关器44的相关函数。此相关函数包括两个参考波分组。所述参考波分组WP1和WP2分别具有正弦波和余弦波的函数形式，其波长均与宽带源平均波长相同，所述宽带源的波长由高斯包络线G(依照虚线示出)限制，以便使高斯包络线通过余弦和正弦波加以调制，并且相关函数具有长度LE。相关函数的形状等价于高斯分布宽带源的傅里叶变换。

图13示出了相关器44的功能框图。所述相关处理器45包括相关系数存储器45a，用于将所述相关函数存储为一对相关系数a_i、b_i阵列，其中a_i表示沿Z轴在点i的正弦波分组的振幅，而b_i表示沿Z轴在点i的余弦波分组的振幅。将图12中所示的参考波分组WP1和WP2数字化为多个系数对。系数的实际对数将随扫描间隔、平均波长和宽带源的传播或者带宽而变。通常，对于λ/4的扫描间隔来说(其中λ是宽带源的平均波长并且通常为0.6um(微米))，系数a_i、b_i的对数将是16，不过随着计算能力的提高，也可以采用更多的点数。

所述相关处理器45还包括乘法器45b，乘法器45b使用相关系数存储器45a中的系数执行相关过程。为了执行相关，所述相关器44经由鉴别器为象素设置的强度值范围、渐进地移动具有长度等于相关函数的相关系数的对数的窗口，并且在窗口的每个位置处，读取窗口内强度值I_i的连续值，并且将窗口内每个不同的强度值I_i乘以每个相应系数对a_i、b_i，然后将结果求和，以便获得该窗口位置的一对相关元素A_i、B_i，并且向相关缓冲器46输出作为结果产生的相关元素A_i、B_i，以便将其存储在分配给该窗口位置的存储区域或者位置中。依照此实施例，将所述窗口位置确定为窗口中心。

在此例子中，乘法器通过象素的强度值数据每次向窗口前进一个强度值，在每一步重复所述乘法过程，直到窗口到达该象素的强度值数据的末尾，那时，相关缓冲器将为该象素的每个强度值存储一对相关元素A_i、B_i，除对应于相关一半长度的末尾强度值以外，其中相关函数无法完全地应用于所述相关。在此阶段，相关器将产生相关元素对的阵列，并且将其存储在相关缓冲器46的相应存储区域中：

$A_i=\underset{j=0}{\overset{j=n-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{i-n/2+j}\mathrm{aj},B_i=\underset{j=0}{\overset{j=n-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{i-n/2+j}\mathrm{bj}---\left(2\right)$

其中I₀到I_n是强度值，其值属于相应强度值的窗口范围内，并且每一对与相应的扫描步骤、即相应的Z位置相关联。

如上所述，所述乘法器每次通过所述数据向窗口跳跃一个强度值。然而，所述乘法器可以通过使用大于一的步长来省略一些强度值。

图14举例说明了后续处理部件的表面形貌确定器35执行的步骤。由此当表面形貌确定器35得到相关器44的消息时，其中已经完成了象素设置范围值的相关过程，那么表面形貌确定器35确定余弦和正弦波分组相关元素A_i和B_i的平方和，以便获得二次方的振幅数据(步骤S40)。在步骤S40，所述表面形貌确定器35还可以累加和值，然后确定累加和的平均值，并且将所述平均值与阈值作比较，以便确定信噪比是否足够高。如果信噪比过低，那么表面形貌确定器将向操作者提供指示，表明测量操作因为信噪比过低而无法完成。

在步骤S41，二次方的振幅数据可以使用箱式滤波器进行平滑。然后得到平滑数据中的最高值并且选择最高值周围的一定范围的值(步骤S42)。

然后在步骤S43确定范围内每个值的平方根，在步骤S44，表面形貌确定器35通过采用自然对数、使用最小二乘法拟合过程来将高斯曲线拟合此数据，并且将二次方程式Ax²+Bx+C拟合log_e值，由此依照以下公式可以获得峰值的高度、宽度和位置，所述公式为：

$\mathrm{Height}=e^{(C-B^2/4A)}$

$\mathrm{Width}=\left(\sqrt{-\frac{1}{A}}\right)---\left(2\right)$

$\mathrm{Position}=-\frac{B}{2A}$

然后在步骤S45，表面形貌确定器35将与幅度峰值相关联的Z位置设置为该象素的表面高度。

当完成对象素的相关过程时，按照次序对检测器10成像的表面区域内的每一象素执行如上参照图14所述的过程。表面形貌确定器35由此根据相关元素对A_i、B_i获得数据，所述数据代表检测器成像的区域中不同表面象素的相对高度。由表面形貌确定器35将此数据提供给控制器21，其可以向操作者输出形貌数据，例如通过将其作为二维高度映像显示在显示器上和/或通过提供硬拷贝打印输出来实现。控制者和/或操作者还可以令作为结果生成的表面形貌数据作为信号经由通信接口提供给其它计算设备或者下载到可移动式介质上。还可以将表面形貌数据提供给分析软件，诸如Taylor Hobson的Talymap软件，其可以安装在控制设备或者其它计算设备上，其中将数据作为信号经由网络提供到所述设备上，或者从可移动式介质中下载。

除了使用振幅峰值位置(即相关振幅数据)作为该象素的表面高度，在步骤S45之后，可以进一步地处理相关器提供的数据，以便确定Z位置，在该位置，基于所述相关数据，所述相位是零(即相关相位是零)，并且使用零相关相位位置产生表面形貌表示。提供使用相关相位确定高度信息的设备，能够使操作者选择最适合于使用相关振幅数据以及使用相关相位数据测量的表面的表面形貌确定过程，所述相关振幅数据更加适合用于界定粗略度相对较高的表面的高度，而所述相关相位数据则更适合用界定于粗略度相对较低的表面的高度。

现在将参照图15描述表面形貌确定器35可以确定每个表面象素零相关相位的Z位置的方法。由此在执行了图14中所示的步骤S40到S44之后(步骤S50)，那么在步骤S51，表面形貌确定器35计算正弦和余弦波分组相关值的反正切，以便获得相关相位。

如光学干涉测量领域众所周知的那样，由于强度分布的正弦属性，所有相位量测技术向相位提供模数2π。由此丢失相位角的绝对值，并且所述相位在每出现2π时环绕。因此必须通过展开相关相位来恢复相位角的绝对值。为了做到这一点，在目前的情况下，在步骤S52，表面形貌确定器35确定最接近于所确定的振幅峰值(可以位于两个基准点之间)的基准点(余弦/正弦波分组相关值)，并且使用该基准点和根据扫描速度确定的相关相位斜度来估计零相关相位位置。然后在步骤S53，表面形貌确定器35通过使用相关相位斜度来展开相关相位，以便计算基准点的预期相关相位(余弦/正弦波分组相关值)，然后向基准点的相关相位加上或者减去2π，直到与预期相位的差值小于或等于π。

一旦展开相关相位，那么在步骤S54，表面形貌确定器35执行对展开的相关相位数据的线性拟合，并且在步骤S55根据线性拟合的跨零点确定实际的零相关相位。

然后在步骤S56，表面形貌确定器35在考虑之后、将表面象素的高度设置为所确定的零相关相位的Z位置。为帧数据中的每个象素依次执行此过程，以便表面形貌确定器35向控制器21提供二维零相关相位数据图，该图表示表面高度变化。所述控制器21可以向操作者输出数据，例如通过将其显示在显示器上，或者通过提供硬拷贝打印输出。控制者和/或操作者还可以令作为结果生成的表面形貌数据作为信号经由通信接口提供给其它计算设备或者下载到可移动式介质上。此外，还可以将表面形貌数据提供给分析软件，诸如Taylor Hobson的Talymap软件，其可以安装在控制设备或者其它计算设备上，其中将数据作为信号经由网络提供到所述设备上，或者从可移动式介质中下载。

现在将借助于图16中所示的流程图来描述可以用于图7中所示相关确定器34的鉴别器的另一个形式。

正如可以从图12中表示相关函数的图表看到的那样，表示正弦波分组振幅的每隔一个的相关系数a_i以及表示余弦波分组振幅的每隔一个的其他系数b_i接近零。将帧间隔选择为宽带源平均波长λ的精确整数除(即检测器获取图像之间的间隔)，能够令一些系数a_i、b_i成为零。依照此实施例，帧间隔是λ/4并且替代的系数a_i以及替代的系数b_i成为零。将同样的做法应用于帧间隔3/4λ、5/4λ等等。这些系数成为零的事实意味着鉴别器或者相关器无须对这些系数进行乘法运算，由此节省处理时间。

将参照图16描述的鉴别器具有简化相关器的形式，其包括两组四个系数c_i、d_i，分别表示单余弦波的一个周期和单正弦波的一个周期，其中单词“单”暗指没有边界包络线。由此，余弦系数将为+1、0、-1、0，而正弦系数将为0、+1、0、1。

将此鉴别器以类似于如上所述的相关器的方式应用于强度值。原则上，这往往意味着将每组的四个强度值i₀到i₃乘以对应的余弦系数，并且将结果求和，以便生成余弦鉴别元素，并且将每个强度值i₀到i₃乘以每个正弦系数，并且对这些结果求和，以便生成正弦鉴别元素。然而，因为辅助系数是零，而其余系数是+或者-1，因此，如在图16中的步骤S61所示，从来自象素的四个帧的一系列强度值的第一强度值i₀中减掉第三强度值i₂就可以简单地获得余弦鉴别元素，从第二强度值i₁中减掉第四强度值i₃可以简单地获得正弦鉴别元素。

然后，在步骤S62，将余弦鉴别元素的平方与正弦鉴别元素的平方相加，以生成四个强度值的二次方的幅值。在步骤S63，可以使用箱式滤波器来消除幅值平方的五个值，然后在步骤S64将平滑值作为判别值传送到峰值探测器。然后在步骤S65，将所述判别值添加到判别值总和，所述判别值总和如上文参照图9所述，并且重复步骤S61到S65，直到在步骤S66，鉴别器确定已经处理了最后的帧，在这种情况下，鉴别器将继续执行图11中所示的步骤。

在此鉴别器中，通过添加并且平方余弦鉴别元素、添加并且平方所述正弦鉴别元素、并且将这两项求和，可以简单地调整一对余弦和正弦鉴别元素以及鉴别器的长度(即可与图12中所示相关器的长度LE相比较的长度)。由此例如，鉴别器的长度可以通过生成值SA的二次方振幅从四个强度值提高到八个强度值，公式如下：

SA＝(cos₁+cos₂)²+(sin₁+sin₂)²

其中cos₁和cos₂是四个强度值的两个连续组的余弦鉴别元素，sin₁和sin₂是四个强度值的两个连续组的正弦鉴别元素。

由此，通过存储四个强度值组的余弦和正弦鉴别元素对，可以容易地计算更长的鉴别长度，以便提高所关心的鉴别频率。此外，根据需要可以容易地向箱式滤波器添加或减去这种数据对。为了节省所需要的存储空间，余弦和正弦鉴别元素对可以存储在鉴别器的循环缓冲器中，或者相关器的循环缓冲器中。

图16a示出了用于说明强度值I的信号S相对于位置Z的图表，以及示出此鉴别器生成的相应信号D，以便举例说明鉴别器可以依照低级信号电平数据识别相干峰值。

在图7所示的数据处理器中并且如上所述，运行时执行鉴别和峰值寻找过程，也就是说当进行测量操作之时执行，并且作为后续处理过程来执行相关，也就是说在已经完成测量操作之后执行。

图17a示出了数据处理器320的另一个例子的框图，其可以用于表面成型设备。从图7和17a比较可以看出，数据接收器33与图7中所示的相同，而相关确定器340还具有并行处理部件和后续处理部件。这些不同于图7中所示的部件。由此，在图17a中，并行处理部件包括相关器440。相关器440具有相关处理器450，所述相关处理器450具有乘法器450b和相关系数存储器450a。相关器440还包括相关缓冲器460和相关缓冲器状态寄存器461。所述并行处理部件340还包括峰值探测器430和复制缓冲器470，而后续处理部件只包括形貌确定器350。由此，在此例子中，省略了鉴别，而相关过程在运行时由自身执行。

相关器440依照与上述方式稍有不同的方式操作。由此，尽管相关器440再一次单步调试强度值数据，并且对强度数据执行相关过程以便确定每个强度值I_i的一对相关元素A_i、B_i，相关器440对不同象素并行执行相关过程，而不是按如上所述，顺序地执行，执行相关的方式稍微不同。现在将借助于图17b和18a到18g来描述。

图17b示出了相关缓冲器460的图示。如图17b所示，将相关缓冲器460按每个象素一个(示出了P1到P9)来分为多个部件。每个部件包括存储单元阵列M₀到M_N，每个存储单元均设置为存储相应的一对相关元素A_i、B_i。

为了减少需要提供给相关缓冲器460的存储量，其中使用了循环缓冲器，正如本领域已知的那样，一旦缓冲器写满，就覆盖日的条目。相关缓冲器460的尺寸经适当选择，以便在完成请求该数据的相关过程以前不应该被新的数据所覆盖，在此例子中，相关缓冲器向存储单元每象素提供了43对相关元素。每个象素的复制缓冲器可以是与相应相关缓冲器相邻的一部分存储器。

状态寄存器461表明循环相关缓冲器460内每个存储单元的状态。状态指示器的例子是：“E”为空，“F”为填充，“D”为当该存储单元存储相应的相关值对A_i，B_i时执行，而“W”为覆盖，以表明在已经完成请求该存储单元中的数据的相关过程以前已经覆盖了该数据。

图18a到18f示出了分配给一个象素的循环相关缓冲器460的一部分的部分图示，以便举例说明如何对象素执行相关过程。尽管一对相关系数的两个系数的处理是并行执行的，但是为简单起见，图18a到18f示出了每对两个系数的一个a_i的处理。此外，同样为简单起见，将示出的阵列部分作为从M_n/4-3向前编号的存储单元来表示，并且将正被处理的强度值向前表示为强度值I_n。

在此例子中，将相关系数作为四组存储在相关系数存储器450a(图17a)中：

Group 0：a₀，a₄，a₈，a₁₂；b₀，b₄，b₈，b₁₂

Group 1：a₁，a₅，a₉，a₁₃；b₁，b₅，b₉，b₁₃

Group 2：a₂，a₆，a₁₀，a₁₄；b₂，b₆，b₁₀，b₁₄

Group 3：a₃，a₇，a₁₁，a₁₅；b₃，b₇，b₁₁，b₁₅

如图18a所示，当强度值I_n由相关器接收到时，乘法器450b将其乘以Group0的每个系数a₀、a₄、a₈、a₁₂，并且将每个结果添加到相应的存储单元M_n/4-3、M_n/4-2、M_n/4-1、M_n/4。如图18b所示，当接收到下一个强度值I_n+1时，乘法器将其乘以Group 1的每个系数a₁、a₅、a₉、a₁₃，并且将每个结果累加或添加到相应的存储单元M_n/4-3、M_n/4-2、M_n/4-1、M_n/4中。

如图18c所示，当接收到下一个强度值I_n+2时，乘法器将其乘以Group 2的每个系数a₂、a₆、a₁₀、a₁₄，并且将每个结果累加或添加到相应的存储单元M_n/4-3、M_n/4-2、M_n/4-1、M_n/4中。如图18d所示，当接收到下一个强度值I_n+3时，乘法器将其乘以Group 3的每个系数a₃、a₇、a₁₁、a₁₅，并且将每个结果累加或添加到相应的存储单元M_n/4-3、M_n/4-2、M_n/4-1、M_n/4中。

然后，如图18e所示，相关器向前移动一个存储单元，将存储单元M_n/4+1的内容重置为零，并且当接收了下一个强度值I_n+4时，乘法器将其乘以Group 0的每个系数a₀、a₄、a₈、a₁₂并且将每个结果添加到相应的存储单元M_n/4+1到M_n/4-2。

尽管未示出，但是当接收了下一个强度值I_n+5时，乘法器450b将其乘以Group 1的每个系数a₁、a₅、a₉、a₁₃，并且将每个结果累加或者添加到相应的存储单元M_n/4+1到M_n/4-2，当接收了下一个强度值I_n+6时，乘法器将其乘以Group 2的每个系数a₂、a₆、a₁₀、a₁₄并且将每个结果累加或者添加到相应存储单元M_n/4+1到M_n/4-2，并且当接收了下一个强度值I_n+7时，乘法器将其乘以组3的每个系数a₃、a₇、a₁₁、a₁₅，并且将每个结果累加或者添加到相应存储单元M_n/4+1到M_n/4-2。

然后，如图18f所示，相关器向前移动一个存储单元，将存储单元M_n/4+2的内容重置为零，并且当接收了下一个强度值I_n+8时，乘法器450b将其乘以Group 0的每个系数a₀、a₄、a₈、a₁₂并且将每个结果添加到相应的存储单元M_n/4+2到M_n/4-1。

尽管以上只涉及了每对系数的一个系数，但是应该理解的是，对b₀到b₁₅的系数并行执行相同的乘法过程。

此过程继续，当接收到强度值之时，改变用于倍增的系数组，每次接收了新的强度值时(以便顺序使用Groups 0、1、2和3)，并且在接收了每四个强度值之后、将存储单元前进一个。当所述过程连续进行时，存储单元(忽视第一和最后八个存储单元(即在每个末尾将相关器长度减半))将装满相应的相关元素A_i、B_i，它们具有上文对每四个所接收的强度值I_n、I_n+4、I_n+8...的公式(2)中展示的表格集。由此只对每四个强度值实现相关。

当将一值乘以第一系数获得的值存储在该存储单元中时，相关缓冲器状态寄存器461中存储单元的状态从“E”(即：空)变化为“F”(即：填充)，当该存储单元存储相应的相关元素对A_i、B_i时，从“F”变化到“D”(即：执行)。图18g示出了18f之后相关缓冲器状态寄存器461中的条目。图18g示出了存储单元M_n/4-3、M_n/4-2是执行(“D”)，存储单元M_n/4-1、M_n/4、M_n/4+1、M_n/4+2正在填充(“F”)但是没有就绪，存储单元M_n/4+3是空(“E”)。当象素的存储单元变为填充时，那么该存储单元将具有状态“D”，即执行或者填充。

此相关过程有下列优点，即：因为所有需要特殊强度值的计算都是同时进行的，所以无需多次访问强度值，因此当接收了强度值时易于对其作相关处理，即运行的同时作相关处理。

依照相关缓冲器状态寄存器461中的状态执行(“D”)改变存储单元的状态，可以在峰值寻址过程中、使峰值探测器430将所述相关元素用于该存储单元，以便确定相干峰值，正如将参照图19a到19f描述的那样。

当该存储单元之前的几个存储单元已经完成相关过程时，在该情况下是2个，那么峰值探测器430对存储在特殊存储单元的相关元素对进行操作。由于具有多个状态，峰值探测器430以类似于上述峰值探测器43的方式操作。这些状态与峰值探测器43的状态稍微不同。

由此，峰值探测器430具有对于给定表面象素、对于由第一对相关元素获得的第一幅值而存在的初始状态；在所述幅值高过阈值以前存在的低级状态；当幅值上升时存在的上升状态；当幅值下降时存在的下降状态；幅值下降到最大值的几分之一之后存在的已找到状态；如果亮度级过高并因此使判别值超出范围、并且如果检测值的最大值超过允许的最高最大值时存在的饱和状态；以及如果幅值在阈值之上开始时存在的早期状态。此外，峰值探测器具有延迟状态，其中当相关缓冲器是循环缓冲器并且峰值数据已经覆盖时存在。

图19a示出了峰值探测器430的总体操作。如在步骤S70示出的，峰值探测器对每个表面象素的相关元素数据并行执行峰值寻找过程。步骤S71到S74示出了对于每个象素并行执行的步骤。在步骤S71，当峰值探测器430确定存储单元的状态是执行时，即已经计算了相关元素对时，那么峰值探测器确定相关元素的平方组合的和，以便获得幅值，并且在步骤S72，将状态设置为初始状态，并且将当前幅值设置为当前最大值。正如所能被认可的那样，此幅值实际上是二次方的幅值。

然后，在步骤S73，如果幅值低于阈值，那么峰值探测器430将状态设置为低级状态，或者如果幅值等于或者大于阈值，那么设置为早期状态。如步骤S74所示，每当存储单元的状态变为“执行”时，通过确定相关元素对的平方组合的和以获得幅值，峰值探测器继续依照状态检验振幅数据，并且依照设置的状态检验幅值，直到检验完象素的所有幅值。

图19b示出了当前状态是低级时，峰值探测器执行的步骤。由此在步骤S75，峰值探测器确定如图19a步骤S71所示的幅值。然后在步骤S76，峰值探测器检验当前值是否大于存储的最大值，并且如果不是的话，返回到步骤S75。如果在步骤S76回答为是，那么在步骤S77，峰值探测器存储当前值为最大值。然后在步骤S78峰值探测器检验当前值是否超过阈值，并且倘若如此，在步骤S78，将状态设置为上升。如果当前值没有高于阈值，那么峰值探测器返回到步骤S75。

图19c示出了当在图19b的步骤S81将状态设置为上升状态时，峰值探测器执行的步骤。

图19c中的步骤S82对应于图19b中的步骤S75。然而，在该情况下，在步骤S85峰值探测器检验当前值是否大于存储的最大值，如果回答为是，那么在步骤S86存储当前值作为最大值，并且返回到步骤S82。如果在步骤S85回答为否，那么在步骤S87，峰值探测器430将状态设置为下降。

图19d示出了当将状态设置为下降时、峰值探测器执行的步骤。步骤S90对应于图19b中的步骤S75。在该情况下，在步骤S93，峰值探测器检验当前值是否大于存储的最大值，并且倘若如此，那么在步骤S94存储当前值作为最大值，并且将状态设置为上升。如果在步骤S93回答为否，那么在步骤S95，峰值探测器检验当前振幅是否小于存储的最大值的四分之一。如果回答为否，那么峰值探测器430返回到步骤S90。然而，如果回答为是，那么向峰值探测器提供峰值触发器。由此，峰值探测器430确定已经找到峰值，在步骤S96，由Z记录器记录确定的Z位置，并且将包含确定的峰值位置的相关元素范围复制到复制缓冲器470的相应存储单元。峰值探测器430还将状态设置为已找到，步骤S96。

图19e示出了当将状态设置为已找到时、峰值探测器执行的步骤。步骤S100对应于图19b中的步骤S75。在步骤S103，峰值探测器430检验当前值是否大于存储的最大值，并且如果没有的话，返回到步骤S100。然而，如果回答为是，那么峰值探测器确定当前识别出的峰值也许不是正确的峰值，存储当前值作为最大值并且在步骤S104将状态设置为上升。

图19f示出了当在图19a的步骤S73将状态设置为早期时峰值探测器430执行的步骤。在步骤S105，峰值探测器430再次确定一对相关元素的幅值，然后步骤S106，检验当前值是否大于当前存储的最大值，倘若如此，存储所述当前值作为最大值，步骤S106。然后在步骤S107，峰值探测器检验当前幅值是否低于阈值，如果没有的话，返回到步骤S105。然而，如果在步骤S107回答为是，那么在步骤S108，峰值探测器430将状态设置为低级，并且当该象素的下一个相关元素对就绪时，返回到图19b中的步骤S75。

由此，如上文参照图19d所解释的，在此例子中，每次当前幅值下降到小于存储的最大值的四分之一时，峰值探测器确定已经找到峰值，并且将包括对应于峰值位置的相关元素的相关元素范围复制到复制缓冲器470中的相应存储单元。在此例子中，相关元素对的范围从之前的13扩展了对应于峰值触发器位置的相关元素对之后的两个(如上在图19d的步骤S95中所述)。在将相关元素复制到复制缓冲器之后，如果峰值探测器随后找到更高峰值，那么可以覆盖复制缓冲器中的数据。

尽管未示出，也将复制缓冲器470分为多个部件，每个对应于每个象素。每个部件还包括存储单元阵列对，提供了每对位置以便存储相应的相关元素对A_i、B_i，在该情况下，每个象素的存储单元的对数为相关函数长度的四倍(其为十六)。

在测量过程的末期，对于每个表面象素来说，复制缓冲器470应该包含包括相干峰值的相关元素的子范围。如下面将解释的那样，表面形貌确定器350因此能执行后续处理，以便依次处理每个象素的相关数据，获得表面轮廓或者形貌，并且将其提供给操作者或者其它软件，如上所述。

一旦峰值探测器已经完成峰值寻找过程，表面形貌确定器就可以执行后续处理。可以立即开始表面形貌确定过程或者存储用于后续处理的数据。依照此实施例，表面形貌确定器执行的步骤对应于如上参照图14所述的步骤S40到S45，或者对应于如上参照图15所述的步骤S50到S56。

图20a到20f是信号强度S相对于位置Z的图表，其中图表20a和20b示出使用图7中所示的数据处理器以及如参照图16的解释而操作的鉴别器获得的结果，图20a示出了峰值Z位置的确定过程，20b示出确定零相关相位的Z位置。

在图20a中，线200表示检测器提供的强度值，线201和202表示相关元素A_i、B_i的正弦和余弦波分组，虚线203表示根据相关元素确定的振幅，线204表示与振幅数据拟合的高斯曲线。在图20b中，线200、201和202也表示强度值、正弦和余弦波分组相关元素，但是虚线205表示展开的相关相位，线206表示在图15的步骤S54执行的线性拟合过程的结果，并且在Z轴上示出了作为跨零点的零相关相位的位置。

图20c和20d示出了使用图17a和17b中所示的数据处理器、依照示出了峰值Z位置的确定过程的图20c，以及示出了零相关相位位置的确定过程的图20获得的结果。在图20c中，线200a表示强度值，线201a和202a表示正弦和余弦波分组相关元素，虚线203表示由正弦和余弦波分组相关元素获得的幅值，线204a表示与幅值拟合的高斯曲线。在图20d中，线200a、201a和202a也表示强度值和正弦和余弦波分组相关元素，虚线205a表示展开的相关相位，线206a表示线性拟合过程的结果，所述过程在Z轴上示出了零相关相位的Z位置、即跨零点的确定过程。

图20e和20f示出了穿过100纳米光栅执行如上文参照图17a到19f所述处理(即并行相关)的结果，其中图20e和20f中的X轴表示垂直于光栅刻线的方向。图20e示出了将表面高度设置为峰值Z位置时获得的结果，而图20f示出了将表面高度设置为实际零相关相位的Z位置时获得的结果。除示出光栅步骤之外，图20e和20f示出了光栅表面中的轻微的总体倾斜。

在参照图6描述的实施例中，使用了专门设计的压电Z移动器。作为另一个可能性，可以使用可购买到的Z移动器。此外，还可以使用电动机。

在上述实施例中，Z移动器15相对于Z位置传感器15a以较大的恒速依照伺服控制来驱动，或者依照Z位置传感器15a开环控制来驱动。Z位置传感器15a将扫描位置馈送到触发脉冲发生器60，并且每当已经到预定间隔时，触发脉冲发生器产生对检测器10的触发。所述检测器必须能够外部异步触发。以这样的方式，只基于Z位置传感器15a和触发脉冲发生器60、而不基于伺服控制中的误差或者很高的恒定扫描速度，就能以恒定位置间隔获得图像。这在Z移动器是电动机的情况下特别有用，而且还可以用于Z移动器是压电移动器的情况。

作为另一个可能性，相对于Z位置传感器15a，Z移动器15可以是伺服控制的，并且将一系列命令位置以所要求的帧间隔发送给伺服控制器，以便Z移动器在位置之间移位。检测器10因此能由基于时间的触发脉冲发生器、以恒定时间间隔触发。随后，扫描步入检测器的辐照时间之中。这在Z移动器是压电移动器的情况下是有用的。

在上述实施例中，假设表面象素分辨率(即检测器10的有效传感元素节距)与可以通过物镜14的可分解位置数目相同。然而，在干涉测量法中，照像机或者检测器的表面象素分辨率没有可以通过物镜的可分解位置的数目那么大。因此，为了覆盖从最大视场到最大横向分辨率的范围，可以提供变焦透镜或者选择额外的透镜，以便能够使图像放大或者缩小。作为另一个可能性，检测器10可以包括照相机，其具有比正常需求要大的表面象素分辨率，因此能通过只获得所选象素(例如每隔一个象素)或者通过把相邻象素组获得的强度数据加起来以便形成“超级象素”，来实现更小的表面象素分辨率。这些超级象素例如可以包括2×2、4×4或8×8方阵列的各个传感元素。此外，通过选择一部分总体阵列的传感元素可以实现更小的表面象素分辨率。这些方法能够使相同的表面象素分辨率覆盖不同的视场和横向分辨率，如此提供电子变焦功能。

检测器中采用较大表面象素分辨率照像机的缺点在于：降低了帧读出速率，通常按比例地降低到传感元素的行数，即图像中的行数。然而，所述检测器可以包括市场上可买到的CCD照相机，诸如Vosskühler GmbH：CCD 130 OB CCD照相机，其具有垂直重新分级功能，其中将多个行上的象素组加起来，由此减少需要读取的行数，因此提高读出速率，和/或具有局部扫描函数，其中只读出帧中的某些行，同样提高了读出速率。这两个功能都能够使电子变焦实现较高的读出速率。数字照相机的变焦功能还用于放大或者缩小视场的不同领域。

在上述实施例中，相关函数具有高斯曲线包络线。诸如Lorentzian的其他峰值包络形式也可以使用。然而，合乎需要的是，将包络线用作平滑变化函数。

参照图7描述的鉴别器42可以按类似于图16中所示的相关器440的方式执行相关过程，但是以粗略比例，即依照被数字化为更小点数(例如每个参考函数4点)的相关函数的参考波分组。此外，这种鉴别器可以在强度值之间使用多于或者小于4个的间隔，其中所述强度值为正执行相关过程的值。此外，参照图17a和17b描述的并行相关器可以使用不同于四个的间隔。如上所述的相关器、像参照图16描述的鉴别器，可以被配置为不执行乘法步骤，其中系数a_i、b_i是零或者基本上接近零。

还可能的是，使用用于在象素的强度值数据中简单寻找最高强度值的鉴别器。

在相关是后续处理过程的实施例中，可以使用不同于所描述的其他方法来执行相关。例如，每组强度值可以依次乘以每个系数a_i(以及每个系数b_i)，并且在相关器44处理下一组强度值之前、将总和或者累加值存储在相应存储单元中。作为另一个可能性，可以使用参照图18a到18g描述的相关过程。

在参照图14描述的实施例中，每个表面象素的数据按照次序由相关器以及表面形貌测绘器进行处理。作为另一个可能性，相关器44可以为每个象素依次重复上述过程，以便在相关过程的末期，相关缓冲器46为每个象素存储相关元素对的相应阵列，其中每个元素对与相应的扫描步骤相关联，也就是Z记录器记录的相应Z位置，并且表面形貌确定器可以由此确定表面形貌。

可以使用与上述不同的相关过程的帧间隔，其中可以增加帧间隔来加速处理，或者减少帧间隔来提高精确度。帧间隔可以由操作者选择。如1993年9月1日由Peter de Groot以及Leslie Deck刊登于第17期Optics Letters Volume 18、题目为“Three-Dimensional Imaging bySub-Nyquist Sampling of White-Light Interferograms”的论文中描述的，采样不足或者子Nyquist采样可以用于加速，也就是说帧间隔可以大于平均波长。在该情况下，可以减少宽带源的带宽，以便实现与上述相同的干扰波形特征，从而使高斯曲线适当的拟合其余部分。作为可以使用的帧间隔的例子，包括nλ±λ_/4，例如λ_/4、3/4λ、5/4λ、nλ±λ_/3，例如λ_/3、nλ±λ_/5、例如λ_/5。

如果处理能力是需要加以考虑的因素，而速度不存在问题，那么在如上所述的实施例中，在并行处理不同象素的数据的任何一个或多个点，反倒可以为每个象素依次串行处理所述数据。作为选择，如果处理能力不是需要加以考虑的因素，而速度是要考虑的问题，那么在如上所述的实施例中，在串行处理不同象素的数据的任何一个或多个点，反倒可以采用并行处理所述数据。

在如上所述的实施例中，帧缓冲器存储在测量操作期间获得的数据的所有帧。然而，这样做需要大量存储器，特别是如果将处理相对多的强度数据帧并且每帧象素数目很高时、例如1024乘1024时尤为突出。在参照图17a和17b描述的实施例中，其中同时执行相关过程，帧缓冲器可以是循环缓冲器，如此减少所需要的缓冲器尺寸。循环缓冲器还可以用于相关过程是后续处理过程的情况。

在同时执行相关的所述实施例中，将循环缓冲器用于相关缓冲器。作为另一个可能性，相关缓冲器可以足够大以便存入所有相关元素。

可以对样品表面的不同区域确定表面形貌。可以独立地向操作者提供这些不同区域的表面高度表示。作为另一个可能性，不同区域的表面高度确定可以组合起来。这可以通过确保以下内容来实现，即：表面区域重叠，并且将从一个区域确定的重叠区的表面高度数据与另一个区域获得的重叠区的表面高度数据相关联，以便确保组合区域的表面高度数据被全部称为通用参考。作为另一个可能性，根据粗略的Z位置传感器20a以及Z记录器24、由控制器21获得的Z位置数据可用来提供Z或者高度参考基准，能够使不同区域获得的表面高度数据参照通用高度基准。

在如上所述的例子中，将后续处理部件设置为一旦并行处理部件的结果有效，就执行处理。这种情况不是必须的，例如，如果要求，可以延期后续处理，直到一定延迟时间或者日期。由此，可以对表面的多个不同区域，或者对多个不同表面执行并行处理，然后存储在可移动式介质29或者大容量存储装置27上，并且只是在已经完成所有这些操作以后执行后续处理。

在如上文参照图7所述的例子中，如果对高精确度的要求没有速度重要，那么后续处理部件的相关器执行的相关过程中的时窗步长是1，然而它可以是2或更大。

如上所述，在根据振幅数据确定高度的位置，被确定为峰值位置。这不是必须的，可以将高度确定为拟合的高斯曲线上的另一个预定位置，诸如半高度位置或者其他位置。此外，如上文所述，将根据相关相位数据确定高度的位置，确定为零相关相位位置。这不是必须的，并且可以将高度确定为相应于非零相关相位的预定相关相位的位置。

在图15中的步骤S53，表面形貌确定器35通过使用相关相位斜度展开相关相位，以便计算基准点的预期相位(余弦/正弦波分组相关值)，然后向基准点的相关相位添加或减去2π，直到与预期相位的差值小于π。作为另一个可能性，通过扫描相关相位数据、检测相关相位跳变位置、考虑跳变方向并且通过在这种跳变或者不连续处添加或减掉2π以积分相关相位，可以确定实际的相关相位。任何其他常规的相位展开过程都可以使用。

当然能够理解的是，上述过程根据相关器操作结果确定相关相位值，也就是基于能谱和高斯曲线之间的近似性确定。

在如上所述的实施例中，分光镜5可以具有大约20％的反射率，以减少或者避免样品反射的光线被参考镜反射的光线淹没的可能性。作为另一个可能性，参考镜6、而不是分光镜5可以被改装，并且可以具有大约20％的反射率。然而，这往往因为损失光线而降低效率。

在如上所述的实施例中，帧间隔以及相关器的高斯曲线包络线的宽度可以经过适当的选择，从而使相关系数合计达到零，这能够对非常低的强度值信号电平执行相关，这是因为没有由此产生偏移。

在如上参照图19d所述的实施例中，将相关元素范围复制到复制缓冲器。作为另一个可能性，此范围可以被冻结。

在上述实施例中，表面成型设备用于确定表面区域的表面轮廓或者形貌。然而，本发明还可以用于确定阶跃高度，也就是两个点或者表面上的表面象素之间的相对高度距离，或者用于确定单个表面象素相对于固定基准的高度。

如上所述，将鉴别器设置为一旦接收强度值就为所接收的强度值确定判别值。作为另一个可能性，可以将鉴别器设置为只是在已经接收了测量操作的所有强度值或者路径以后进行操作。

在已经接收了测量操作的所有强度值或者路径之后，或者正在或没有正在接收强度值时使用鉴别器的情况下，可以将所述相关器设置为具有相关函数数据的相关强度值。

Z轴基准可以由台架或者显微镜类型的支架代替。

Claims (137)

1.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

光线引导装置，用于沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，如此使得样品表面区域反射的光线和参考表面反射的光线发生干涉；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，用于感测表示在所述相对移动期间，样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述相对移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理所述强度值，所述数据处理装置包括：

接收装置，用于在测量操作期间接收来自于传感装置的强度值；

第一处理装置，用于当在测量操作期间由接收装置接收到强度值时、对强度值执行处理，以便生成表明相干峰值位置的数据；以及

第二处理装置，用于在完成测量操作之后，使用第一处理装置生成的数据来获得表示表面区域高度的数据，其中第一和第二处理装置的其中一个包括：

相关装置，用于将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，以提供所述样品表面区域的相关数据，以便能够识别样品表面区域的强度值中的相干峰值的位置；以及

第二处理装置包括表面高度确定装置，用于根据与相干峰值位置相关的数据来确定样品表面区域的高度。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，其中所述相关函数具有第一和第二周期改变的波形函数，其中第一和第二波形函数属于不同相位并且通过包络线限制。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，其中所述包络线是平滑改变的峰值函数。

4.如权利要求3所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，其中所述包络线是高斯曲线。

5.如权利要求2、3或者4所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，其中第一和第二波形函数是正弦和余弦波形函数。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，所述相关函数包括通过高斯曲线限制的正弦和余弦波形函数。

7.如权利要求1所述的设备，其中第一处理装置包括所述相关装置。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述相关装置包括：

相关处理装置，用于将强度值与相关函数数据相关，以生成相关数据；

峰值寻找装置，用于寻找相关数据中与相干峰值相关的位置，所述峰值寻找装置用于将包括与相干峰值相关的位置的相关数据的相关数据范围，复制到复制缓冲器，或者在相关缓冲器中冻结相关数据的范围，以便第二处理装置进行后续处理。

9.如权利要求1所述的设备，其中第二处理装置包括相关装置，并且第一处理装置包括确定装置，用于确定包括表示相干峰值的强度值的强度值范围，并且用于识别相关装置的强度值范围。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述确定装置包括鉴别装置，用于确定所接收的连续组强度值的判别值；包括峰值寻找装置，用于寻找判别值中的峰值，并且用于识别表示相干峰值的峰值。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为确定包括空间分开接收的强度值组的判别值。

12.如权利要求11所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为确定包括每隔一个接收的强度值组的判别值。

13.如权利要求10、11或者12所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为确定所接收的强度值的连续组的判别值，其中每个连续组包括来自先前组的强度值以及至少一个其他强度值。

14.如权利要求10所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为通过将一组强度值乘以相应的判别值对来确定判别值。

15.如权利要求10所述的设备，其中所述控制装置被设置为提供测量间隔，其目的使确定的判别值为零。

16.如权利要求14所述的设备，其中所述控制装置被设置为提供测量间隔，其目的是使每对判别值的其中一个轮流地为零。

17.如权利要求16所述的设备，其中所述鉴别值对为：0，1；1，0；0，-1；-1，0。

18.如权利要求10，11或者12所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为依照判别值中的峰值是否高于预定阈值来识别强度值范围。

19.如权利要求18所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为将与判别值平均值相关的值用作预定阈值。

20.如权利要求18所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为将范围设置为当判别值峰值不超过预定阈值时，传感装置为样品表面提供的所有强度值。

21.如权利要求1、2、3或者4所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，以便生成相关元素对。

22.如权利要求9、10、11或者12所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，并且被设置为通过将包括给定强度值的强度值范围的每一个乘以相应的第一系数之一，对结果求和以便生成相关元素对的第一个元素，并且通过将每个强度值范围乘以相应的第二系数之一，对结果求和以便生成相关元素对的另一个元素，以此来生成给定强度值的相关元素对，所述相关装置用于将相关元素对存储在相关装置的相关缓冲器的存储区域中。

23.如权利要求7、8、9或者10所述的设备，其中：

所述相关装置具有相关函数提供装置，用于依照均包括多对第一和第二系数的组数目来提供相关函数数据，并且具有相关缓冲器，该缓冲器具有存储区域阵列，用于存储相应强度值的相关元素对；以及

所述相关装置被设置为：

执行第一步，用于为所述系数对的至少每一对，将表面区域的一系列强度值的第一强度值独立地乘以系数对组的第一对的每一个的第一系数以及第二系数，以便生成相应的第一和第二乘法元素对，并且将每对乘法元素累加到一系列存储区域中不同的一个中；

执行第二步，用于在每次重复时使用不同组的系数对来为每个接连的强度值重复第一步；

执行第三步，用于沿阵列移动一系列存储区域达预定数量，然后重复第一和第二步；以及

执行第四步，用于在每次重复时重复第三步以便移动一系列存储区域达预定数量，至少为多个强度值的每个，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将强度值的每个序列分别乘以不同于第一和第二系数的相应系数而产生。

24.如权利要求7、8、9或者10所述的设备，其中：

所述相关装置具有相关函数提供装置，用于依照均包括四对第一和第二系数的四组数目来提供相关函数数据，并且具有相关缓冲器，该缓冲器具有存储区域阵列，用于存储相应强度值的相关元素对；以及

所述相关装置被设置为：

执行第一步，用于将表面区域的一系列强度值的第一强度值独立地乘以系数对组的第一对的每一个的第一系数以及第二系数，以便生成四对第一和第二乘法元素，并且将每对乘法元素累加到四个存储区域中不同的一个中；

执行第二步，用于分别使用第二、第三和四组系数对为接下来的三个强度值重复第一步：

执行第三步，用于将一系列存储区域移动一个，然后为接下来的强度值重复第一步，并且为三个跟随的强度值重复第二步；以及

执行第四步，用于为多个强度值的每四个，在每次重复时重复第三步以便沿所述阵列将一系列存储区域移动一个存储区域，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将十六个强度值的每个序列分别乘以不同于第一和第二系数的相应系数而产生。

25.如权利要求22所述的设备，其中所述相关缓冲器是循环缓冲器，并且提供了相关缓冲器控制装置，用于当缓冲器存满时，覆盖缓冲器中的旧条目。

26.如权利要求9、10、11、12或者20所述的设备，其中所述确定装置还包括进一步的相关装置。

27.如权利要求26所述的设备，其中进一步的相关装置被设置为使用比相关装置粗略的相关函数。

28.如权利要求26所述的设备，其中进一步的相关装置被设置为将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，并且被设置为通过将包括给定强度值的强度值范围的每一个乘以相应的第一系数之一，对结果求和以便生成相关元素对的第一个元素，并且通过将每个强度值范围乘以相应的第二系数之一，对结果求和以便生成相关元素对的另一个元素，以此来生成给定强度值的相关元素对，所述相关装置用于将相关元素对存储在相关装置的相关缓冲器的存储区域中。

29.如权利要求21所述的设备，其中所述控制装置被设置为提供测量间隔，其目的是使确定的相关函数数据是零。

30.如权利要求21或者28所述的设备，其中所述控制装置被设置为提供测量间隔，其目的是使确定的相关系数是零。

31.如权利要求21所述的设备，其中所述控制装置被设置为提供测量间隔，其目的是使每对相关系数的其中一个系数轮流是零。

32.如权利要求1、2、3或者4所述的设备，其中峰值寻找装置被设置为依照多个不同状态下运行，其中通过强度值、判别值或者相关元素与先前强度值、判别值或者相关元素或者阈值的关系来确定从一个状态转换为另一个状态。

33.如权利要求32所述的设备，其中峰值寻找装置具有对于第一值存在的任意的初始状态，当所述值低于阈值时，存在的低级状态，当所述值超过阈值时存在的已找到状态，以及如果第一值超过阈值时存在的任意早期状态。

34.如权利要求32所述的设备，其中峰值寻找装置具有对于第一值存在的任意的初始状态，所述值高于阈值之前存在的低级状态，当值上升时存在的上升状态，当所述值下降时存在的下降状态，如果所述值低于之前最大值的预定比率时存在的已找到状态，以及如果第一值超过阈值时存在的任意状态。

35.如权利要求1所述的设备，其中所述表面高度确定装置被设置为通过将高斯曲线拟合相关装置提供的值，并且通过识别具有拟合的高斯曲线的预定特性的相干峰值位置，来确定样品区域的高度。

36.如权利要求21所述的设备，其中所述表面高度确定装置被设置为根据相关元素对确定幅值，并且通过将高斯曲线拟合幅值、以及通过识别具有拟合的高斯曲线的预定特性的相干峰值的位置，来确定样品区域的高度。

37.如权利要求36所述的设备，其中所述表面高度确定装置被设置为通过确定每对相关元素的平方和来获得幅值，以便获得每个相关元素对的二次方的幅值，设置为寻找包括最高值的二次方幅值范围，确定二次方幅值的每个所述范围的平方根值，并且用高斯曲线拟合所述平方根值。

38.如权利要求35、36或者37所述的设备，其中所述表面高度确定装置被设置为在拟合高斯曲线以前执行平滑过程。

39.如权利要求36或者37所述的设备，其中所述表面高度确定装置被设置为使用箱式滤波器平滑二次方的幅值。

40.如权利要求1所述的设备，其中所述表面高度确定装置被设置为确定相关装置提供的值的信噪比，并且如果信噪比过低则异常中断高度确定。

41.如权利要求36所述的设备，其中所述表面高度确定装置被设置为累加二次方的幅值，并且如果最大平方幅值和累加平方幅值的平均值之比低于阈值，那么异常中断高度确定。

42.如权利要求1所述的设备，其中所述表面高度确定装置还包括相位确定装置，用于确定具有预定相位的强度值，并且用于使用对应于确定的强度值的测量路径上的位置来确定样品表面区域的高度。

43.如权利要求42所述的设备，其中所述相位确定装置用于使用接近于相干峰值的强度值来确定预定相位的估计，然后展开相关值的相位，并且使用线性拟合过程确定对应于预定相位的实际位置。

44.如权利要求1所述的设备，其中提供了位置确定装置，用于在测量路径上确定样品表面和参考表面的其中之一的位置，并且提供了触发装置，用于触发传感装置感测光强，以便依照位置确定装置获得的位置数据提供一组强度数据信号。

45.如权利要求1所述的设备，其中所述传感装置包括二维阵列的传感元素，并且提供了控制装置，用于通过控制传感元素产生的强度数据信号的组合或者选择来控制传感装置的视场。

46.如权利要求1所述的设备，其中所述光线引导装置包括光束分离装置，用于将光线分解为沿参考路径引导的参考光以及沿采样路径引导的采样光。

47.如权利要求46所述的设备，其中光束分离装置被配置为形成至少一个参考表面，如此沿参考路径引导小于50％的光线。

48.如权利要求47所述的设备，其中所述光束分离装置被设置为沿参考路径引导大约20％的光线。

49.如权利要求47所述的设备，其中所述光束分离装置包括Herpin滤波器或者中性密度部分反射金属滤波器。

50.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

光线引导装置，用于沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，用于感测表示在所述相对移动期间样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述相对移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理强度值以便获得表示表面区域高度的数据；

其中提供了位置确定装置，用于在测量路径上确定样品表面和参考表面的所述一个的位置，并且提供了触发装置，用于触发传感装置感测光强，以便依照位置确定装置获得的位置数据提供一组强度数据信号。

51.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

光线引导装置，用于沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，用于感测表示在所述相对移动期间样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述相对移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理强度值以便获得表示表面区域高度的数据；

其中所述传感装置包括二维阵列的传感元素，并且提供了控制装置，用于通过控制传感元素产生的强度数据信号的组合或者选择来控制传感装置的视场。

52.用于获得样品表面的表面轮廓数据的方法，所述方法包括以下步骤：

从宽带源沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干扰；

在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

以一定间隔感测光强以便提供表示干涉条纹的一系列强度值，所述干涉条纹在所述相对移动期间由样品表面区域生成；以及

通过以下步骤处理所述强度值：

在测量操作期间接收来自传感装置的强度值；

当测量操作期间由接收装置接收到强度值时，对强度值执行第一处理步骤，以便生成表明相干峰值位置的数据；以及

在第二处理步骤中，在完成测量操作之后，使用第一处理步骤生成的数据来获得表示表面区域高度的数据，其中第一和第二处理步骤的其中一个包括：

相关步骤，用于将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，以提供所述样品表面区域的相关数据，以便能够识别样品表面区域的强度值中的相干峰值的位置；以及

第二处理步骤包括表面高度确定步骤，用于根据与相干峰值位置相关的数据来确定样品表面区域的高度。

53.如权利要求52所述的方法，其中所述相关步骤将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，其中所述相关函数具有第一和第二周期改变的波形函数，其中第一和第二波形函数属于不同相位并且通过包络线限制。

54.如权利要求53所述的方法，其中所述相关步骤将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，其中所述包络线是平滑改变的峰值函数。

55.如权利要求54所述的方法，其中所述相关步骤将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，其中所述包络线是高斯曲线。

56.如权利要求53、54或55所述的方法，其中所述相关步骤将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，其中第一和第二波形函数是正弦和余弦波形函数。

57.如权利要求52所述的方法，其中所述相关步骤将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，所述相关函数包括由高斯曲线限制的正弦和余弦波形函数。

58.如权利要求55所述的方法，其中第一处理步骤包括相关步骤。

59.如权利要求58所述的方法，其中所述相关步骤包括：

相关处理步骤，用于将强度值与相关函数数据相关，以生成相关数据；

峰值寻找步骤，用于寻找相关数据中与相干峰值相关的位置，所述峰值寻找步骤将包括与相干峰值相关的位置的相关数据的相关数据范围，复制到复制缓冲器中，或者在相关缓冲器中冻结相关数据的范围，以便在第二处理步骤中进行后续处理。

60.如权利要求55所述的方法，其中第二处理步骤包括相关步骤，并且第一处理步骤包括确定强度值范围，所述强度值包括表示相干峰值的强度值，并且识别供相关步骤之用的强度值范围。

61.如权利要求60所述的方法，其中所述确定步骤包括鉴别步骤，用于确定所接收的连续组强度值的判别值；以及包括峰值寻找步骤，用于寻找判别值中的峰值，并且用于识别表示相干峰值的峰值。

62.如权利要求61所述的方法，其中所述鉴别步骤确定包括空间分开接收的强度值组的判别值。

63.如权利要求62所述的方法，其中所述鉴别步骤确定包括每隔一个接收的强度值组的判别值。

64.如权利要求61、62或者63所述的方法，其中所述鉴别步骤确定所接收的强度值的连续组的判别值，其中每个连续组包括来自之前组的强度值以及至少一个其他强度值。

65.如权利要求61所述的方法，其中所述鉴别步骤通过将一组强度值乘以相应的判别值对来确定判别值。

66.如权利要求61所述的方法，其中测量间隔经设置能使确定的判别值为零。

67.如权利要求65所述的方法，其中测量间隔经设置能使每对判别值的其中一个轮流地为零。

68.如权利要求67所述的方法，其中所述鉴别值对为：0，1；1，0；0，-1；-1，0。

69.如权利要求61所述的方法，其中所述鉴别步骤依照判别值峰值是否高于预定阈值来识别强度值范围。

70.如权利要求69所述的方法，其中所述鉴别步骤将与判别值平均值相关的值用作预定阈值。

71.如权利要求69所述的方法，其中当判别值的峰值不超过预定阈值时，所述鉴别步骤将范围设置为提供给样品表面区域的所有强度值。

72.如权利要求52所述的方法，其中所述相关步骤将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，以便生成相关元素对。

73.如权利要求60所述的方法，其中所述相关步骤将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，并且通过将包括给定强度值的强度值范围的每一个乘以相应的第一系数之一，并且对结果求和以便生成相关元素对的第一个元素，并且通过将每个强度值范围乘以相应的第二系数之一，并对结果求和以便生成相关元素对的另一个元素，以此来生成给定强度值的相关元素对，将相关元素对存储在相关装置的相关缓冲器的存储区域中。

74.如权利要求58、59、60或者61所述的方法，其中：

所述相关步骤使用相关函数数据，所述相关函数数据具有均包括多对第一和第二系数的多个组，并且相关缓冲器具有存储区域阵列，用于存储相应强度值的相关元素对；以及

所述相关步骤包括：

第一步，用于为系数对的每一个，将表面区域的一系列强度值的第一强度值独立地乘以第一组系数对的每一个的第一系数以及第二系数，以便生成相应的第一和第二乘法元素对，并且将每对乘法元素累加到一系列存储区域中不同一个中；

第二步，用于在每次重复时使用不同组的系数对来为每个接连的强度值重复第一步；

第三步，用于沿阵列移动一系列存储区域达预定数量，然后重复第一和第二步；以及

第四步，用于至少为多个强度值的每个，在每次重复时重复第三步以便移动一系列存储区域达预定数量，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将强度值的每个序列分别乘以不同于第一和第二系数的相应系数而产生。

75.如权利要求58、59、60或者61所述的方法，其中：

所述相关步骤使用相关函数数据，所述相关函数数据具有均包括四对第一和第二系数的四组，并且相关缓冲器具有存储区域阵列，用于存储相应强度值的相关元素对；以及

所述相关步骤包括：

第一步，用于将表面区域的一系列强度值的第一强度值独立地乘以系数对组的第一对的每一个的第一系数以及第二系数，以便生成四对第一和第二乘法元素，并且将每对乘法元素累加到四个存储区域的不同的一个中；

第二步，用于分别使用第二、第三和四组系数对为接下来的三个强度值重复第一步；

第三步，用于将一系列存储区域移动一个，然后为接下来的强度值重复第一步，并且为三个跟随的强度值重复第二步；以及

第四步，用于至少为多个强度值的每个，重复第三步，以便在每次重复时沿阵列将一系列存储区域移动一个存储区域，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将十六个强度值的每个序列分别乘以不同于第一和第二系数的相应系数而产生。

76.如权利要求73所述的方法，其中所述相关缓冲器是循环缓冲器，并且当缓冲器存满时，覆盖缓冲器中的旧条目。

77.如权利要求60所述的方法，其中所述确定步骤包括另一个相关步骤。

78.如权利要求77所述的方法，其中另一个相关步骤使用比相关步骤粗略的相关函数。

79.如权利要求77所述的方法，其中另一个相关步骤将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，并且通过将包括给定强度值的强度值范围的每一个乘以相应的第一系数之一，并且对结果求和以便生成相关元素对的第一个元素，并且通过将每个强度值范围乘以相应的第二系数之一，并对结果求和以便生成相关元素对的另一个元素，以此来生成给定强度值的相关元素对，将相关元素对存储在相关装置的相关缓冲器的存储区域中。

80.如权利要求72所述的方法，其中测量间隔经设置使确定的相关函数数据是零。

81.如权利要求72所述的方法，其中测量间隔经设置使确定的相关系数是零。

82.如权利要求72所述的方法，其中测量间隔经设置使每对相关系数的其中一个轮流地是零。

83.如权利要求52、53、54或者55所述的方法，其中峰值寻找步骤依照多个不同状态起作用，其中通过强度值、判别值或者相关元素与之前强度值、判别值或者相关元素或者阈值的关系来确定从一个状态转换为另一个状态。

84.如权利要求83所述的方法，其中峰值寻找步骤具有对于第一值存在的任意的初始状态，当所述值低于阈值时存在的低级状态，当所述值超过阈值时存在的已找到状态，以及如果第一值超过阈值时存在的任意早期状态。

85.如权利要求83所述的方法，其中峰值寻找步骤具有对于第一值存在的任意的初始状态，在所述值高于阈值以前存在的低级状态，当所述值上升时存在的上升状态，当所述值下降时存在的下降状态，如果所述值低于预定比率的在前最大值时存在的已找到状态，以及如果第一值超过阈值时存在的任意状态。

86.如权利要求52、53、54或55所述的方法，其中所述表面高度确定步骤通过将高斯曲线拟合相关步骤提供的值，并且通过识别具有拟合的高斯曲线的预定特性的相干峰值位置，来确定样品区域的高度。

87.如权利要求72所述的方法，其中所述表面高度确定步骤根据相关元素对确定幅值，并且通过将高斯曲线拟合幅值，并且通过识别具有拟合的高斯曲线的预定特性的相干峰值位置来确定样品区域的高度。

88.如权利要求87所述的方法，其中所述表面高度确定步骤通过确定每对相关元素的平方和来获得幅值，以便获得每个相关元素对的二次方幅值，寻找包括最高值的二次方幅值范围，确定二次方幅值的每个所述范围的平方根值，并且将高斯曲线拟合所述平方根值。

89.如权利要求86所述的方法，其中所述表面高度确定步骤在拟合高斯曲线以前执行平滑过程。

90.如权利要求87或者88所述的方法，其中所述表面高度确定步骤使用箱式滤波器平滑二次方的幅值。

91.如权利要求52所述的方法，其中所述表面高度确定步骤确定相关步骤提供的值的信噪比，并且如果信噪比过低则异常中断高度确定。

92.如权利要求87所述的方法，其中所述表面高度确定步骤累加二次方的幅值，并且如果最大二次方幅值和累加的二次方幅值的平均值之比低于阈值，那么异常中断高度确定。

93.如权利要求52所述的方法，其中所述表面高度确定步骤还包括相位确定步骤，确定具有预定相位的强度值，并且使用对应于确定的强度值的测量路径上的位置确定样品表面区域的高度。

94.如权利要求93所述的方法，其中所述相位确定步骤用于使用接近于相干峰值的强度值来确定预定相位的估计，然后展开相关值的相位，并且使用线性拟合过程确定对应于预定相位的实际位置。

95.如权利要求52所述的方法，还包括位置确定步骤，用于在测量路径上确定其中一个样品表面的位置，以及包括触发步骤，用于依照位置确定步骤中获得的位置数据来触发感测光强，以便提供一组强度数据信号。

96.如权利要求52所述的方法，其中感测步骤使用具有二维阵列的传感元素的传感装置，并且传感装置的视场通过控制传感元素生成的强度数据信号的组合或者选择来加以控制。

97.如权利要求52所述的方法，其中所述光线引导步骤使用光束分离装置，该装置用于将光线分解为沿参考路径引导的参考光以及沿采样路径引导的采样光。

98.如权利要求97所述的方法，其中光束分离装置被配置为形成至少一个参考表面，如此沿参考路径引导小于50％的光线。

99.用于获得样品表面的表面轮廓数据的方法，所述方法包括以下步骤：

从宽带源沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，如此使得样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

以一定间隔感测光强以便提供表示干涉条纹的一系列强度值，所述干涉条纹在所述相对移动期间由样品表面区域生成；以及

处理所述强度值；

还包括位置确定步骤，用于在测量路径上确定其中一个样品表面的位置，并且依照位置确定步骤中获得的位置数据来触发感测光强，以便提供一组强度数据信号。

100.用于获得样品表面的表面轮廓数据的方法，所述方法包括以下步骤：

从宽带源沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，如此使得样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

以一定间隔感测光强以便提供表示干涉条纹的一系列强度值，所述干涉条纹在所述相对移动期间由样品表面区域生成；以及

处理所述强度值；

其中所述传感步骤使用二维阵列的传感元素，并且通过控制传感元素产生的强度数据信号的组合或者选择来控制视场。

101.用于处理强度值的数据处理设备，所述数据处理设备包括：

第一处理装置，用于当在测量操作期间由接收装置接收到强度值时，对强度值执行处理，以便生成表明相干峰值位置的数据；以及

第二处理装置，用于在完成测量操作之后，使用第一处理装置生成的数据来获得表示表面区域高度的数据，其中第一和第二处理装置的其中一个包括：

相关装置，用于将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，以提供所述样品表面区域的相关数据，以便能够识别样品表面区域的强度值中的相干峰值的位置；以及

第二处理装置包括表面高度确定装置，用于根据与相干峰值位置相关的数据来确定样品表面区域的高度。

102.如权利要求101所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，所述相关函数包括通过高斯曲线限制的正弦和余弦波形函数。

103.如权利要求101或者102所述的设备，其中第一处理装置包括相关装置。

104.如权利要求103所述的设备，其中所述相关装置包括：

相关处理装置，用于将强度值与相关函数数据相关，以生成相关数据；

峰值寻找装置，用于寻找相关数据中与相干峰值相关的位置，所述峰值寻找装置用于将包括与相干峰值相关的位置的相关数据的相关数据范围、复制到复制缓冲器，或者在相关缓冲器中固定相关数据的范围，以便第二处理装置进行后续处理。

105.如权利要求101或者102所述的设备，其中第二处理装置包括相关装置，并且第一处理装置包括确定装置，用于确定包括表示相干峰值的强度值的强度值范围，并且用于识别相关装置的强度值范围。

106.如权利要求105所述的设备，其中所述确定装置包括鉴别装置，用于确定所接收的连续组强度值的判别值；并且包括峰值寻找装置，用于寻找判别值中的峰值，并且用于识别表示相干峰值的峰值。

107.如权利要求106所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为确定包括空间分开接收的强度值的判别值。

108.如权利要求107所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为确定包括每隔一个接收的强度值组的判别值。

109.如权利要求106、107或者108所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为确定所接收的强度值的连续组的判别值，其中每个连续组包括来自于在前组的强度值以及至少一个其他强度值。

110.如权利要求106所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为通过将一组强度值乘以相应的判别值对来确定判别值。

111.如权利要求106所述的设备，其中所述控制装置被设置为提供测量间隔，该测量间隔经设置使确定的判别值为零。

112.如权利要求110所述的设备，其中所述控制装置被设置为提供测量间隔，该测量间隔经设置使每对判别值的其中一个轮流地为零。

113.如权利要求112所述的设备，其中所述鉴别值对为：0，1；1，0；0，-1；-1，0。

114.如权利要求106所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为依照判别值中的峰值是否高于预定阈值来识别强度值范围。

115.如权利要求114所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为将与判别值平均值相关的值用作预定阈值。

116.如权利要求105、106、107或者108所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，并且被设置为通过将包括给定强度值的强度值范围的每一个乘以相应的第一系数之一，对结果求和以便生成相关元素对的第一个元素，并且通过将每个强度值范围乘以相应的第二系数之一，对结果求和以便生成相关元素对的另一个元素，以此来生成给定强度值的相关元素对，所述相关装置用于将相关元素对存储在相关装置的相关缓冲器的存储区域中。

117用作权利要求101所述设备中的相关装置的相关器，包括：

相关函数提供装置，用于依照均包括多对第一和第二系数的组数目来提供相关函数数据，并且具有相关缓冲器，具有存储区域阵列，用于存储相应强度值的相关元素对；以及

相关处理装置，被设置为：

执行第一步，用于将表面区域的一系列强度值的第一强度值独立地乘以第一组系数对的每个的第一系数以及第二系数，以便为所述系数对的每一个，生成相应的第一和第二乘法元素对，并且将每对乘法元素累加到一系列存储区域的相应的不同的一个中；

执行第二步，用于在每次重复时使用不同组的系数对来为每个接连的强度值重复第一步；

执行第三步，用于沿阵列移动一系列存储区域达预定数量，然后重复第一和第二步；以及

执行第四步，用于在每次重复时重复第三步以便移动一系列存储区域达预定数量，至少为多个强度值的每个，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将强度值的每个序列分别乘以第一和第二系数的不同一个而产生。

118.如权利要求117所述的相关器，其中存在四组相关函数数据，其中每组均具有四对第一和第二系数，并且所述相关处理装置被设置为对多个强度值的每个四个执行第一到第四步，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将十六个强度值的每个序列分别乘以不同于第一和第二系数的相应一个而产生。

119.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

光线引导装置，用于沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，用于感测表示在所述相对移动期间样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述相对移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理所述强度值，所述数据处理装置包括：

接收装置，用于在测量操作期间接收来自于传感装置的强度值；

存储装置，用于存储接收的强度值；处理装置，用于处理所述强度值，其包括鉴别装置，用于确定所接收的强度值的判别值，如此使得感兴趣区域中的强度值由它们的判别值标识，以及相关装置，用于将识别出的强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，以便提供所述样品表面区域的相关数据，由此能够识别样品表面区域的强度值中的相干峰值位置。

120.如权利要求119所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为当接收强度值时、确定所接收的强度值的判别值。

121.如权利要求119所述的设备，其中所述鉴别装置被设置为在已经接收了测量操作或者路径的所有强度值之后，确定所接收的强度值的判别值。

122.如权利要求119、120或者121所述的设备，其中所述相关装置被设置为在已经接收了测量操作或者路径的所有强度值之后，将强度值与相关函数数据相关。

123.如权利要求119、120或者121所述的设备，其中所述相关装置被设置为在正接收强度值时，将强度值与相关函数数据相关。

124.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

光线引导装置，用于沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，用于感测表示在所述相对移动期间样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述相对移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理所述强度值，所述数据处理装置包括：

接收装置，用于在测量操作期间接收来自于传感装置的强度值；以及

相关装置，用于当接收装置接收到强度值时，将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，以提供所述样品表面区域的相关数据，以便能够识别样品表面区域的强度值中的相干峰值位置。

125.如权利要求119、120或者121所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，以便生成相关元素对。

126.如权利要求119、120或者121所述的设备，其中所述相关装置被设置为将相关数据存储在循环缓冲器中。

127.如权利要求119、120或者121所述的设备，其中所述相关装置被设置为将强度值与相关函数数据相关，所述相关函数数据包括一组第一和第二系数对，并且被设置为通过将包括给定强度值的强度值范围的每一个乘以相应的第一系数之一，对结果求和以便生成相关元素对的第一个元素，并且通过将每个强度值范围乘以相应的第二系数之一，对结果求和以便生成相关元素对的另一个元素，以此来生成给定强度值的相关元素对，所述相关装置用于将相关元素对存储在相关装置的相关缓冲器的存储区域中。

128.如权利要求119、120或者121所述的设备，其中：

所述相关装置具有相关函数提供装置，用于依照均包括多对第一和第二系数的组数目来提供相关函数数据，并且具有相关缓冲器，具有存储区域阵列，用于存储相应强度值的相关元素对；以及

所述相关装置被设置为：

执行第一步，用于将表面区域的一系列强度值的第一强度值独立地乘以第一组系数对的每个的第一系数以及第二系数，以便为所述系数对的每一个，生成相应的第一和第二乘法元素对，并且将每对乘法元素累加到一系列存储区域的相应的不同的一个中；

执行第二步，用于在每次重复时使用不同组的系数对来为每个接连的强度值重复第一步；

执行第三步，用于沿阵列移动一系列存储区域达预定数量，然后重复第一和第二步；以及

执行第四步，用于在每次重复时重复第三步以便移动一系列存储区域达预定数量，至少为多个强度值的每个，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将强度值的每个序列分别乘以不同于第一和第二系数的相应一个而产生。

129.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

光线引导装置，用于沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，用于感测表示在所述相对移动期间样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述相对移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理所述强度值，所述数据处理装置包括：

接收装置，用于在测量操作期间接收来自于传感装置的强度值；以及

相关装置，用于将强度值与表示相关函数的相关函数数据相关，以提供所述样品表面区域的相关数据，以便能够识别样品表面区域的强度值中的相干峰值的位置，其中：

所述相关装置具有相关函数提供装置，用于依照均包括多对第一和第二系数的组数目来提供相关函数数据，并且具有相关缓冲器，具有存储区域阵列，用于存储相应强度值的相关元素对；以及

所述相关装置被设置为：

执行第一步，用于将表面区域的一系列强度值的第一强度值独立地乘以第一组系数对的每个的第一系数以及第二系数，以便为所述系数对的每一个，生成相应的第一和第二乘法元素对，并且将每对乘法元素累加到一系列存储区域的相应的不同的一个中；

执行第二步，用于在每次重复时使用不同组的系数对来为每个接连的强度值重复第一步；

执行第三步，用于沿阵列移动一系列存储区域达预定数量，然后重复第一和第二步；以及

执行第四步，用于在每次重复时重复第三步以便移动一系列存储区域达预定数量，至少为多个强度值的每个，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将强度值的每个序列分别乘以不同于第一和第二系数的相应一个而产生。

130.如权利要求128或129所述的设备，其中存在四组相关函数数据，其中每组均具有四对第一和第二系数，并且所述相关处理装置被设置为对多个强度值的每个四个执行第一到第四步，直到对应于强度值的存储单元包含第一和第二相关元素，其中第一和第二相关元素表示乘法元素的和，所述乘法元素根据将十六个强度值的每个序列分别乘以不同于第一和第二系数的相应一个而产生。

131.如如权利要求126所述的设备，其中所述相关缓冲器是循环缓冲器，并且提供了相关缓冲器控制装置，用于当缓冲器存满时，覆盖缓冲器中的旧条目。

132.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

光线引导装置，用于沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，包括数字照相机，用于感测表示在所述相对移动期间样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述相对移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理所述强度值以便识别样品表面区域的强度值中的相干峰值位置。

133.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

用于提供来自于光源装置的光线的光导管；

光线引导装置，用于将光导管提供的光线沿采样路径朝向样品表面区域引导，并且沿参考路径朝向参考表面引导，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干涉；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，用于感测表示在所述相对移动期间样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述相对移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理所述强度值以便识别样品表面区域的强度值中的相干峰值位置。

134.用于获得样品表面的表面轮廓数据的表面成型设备，所述设备包括：

光线引导装置，用于沿采样路径朝向样品表面区域引导光线，并且沿参考路径朝向参考表面引导光线，其目的是使样品表面区域反射的光线和参考面反射的光线发生干扰；

移动装置，用于在样品表面和参考表面之间沿测量路径实现相对移动；

传感装置，用于感测表示在所述相对移动期间样品表面区域生成的干涉条纹的光线；

控制装置，用于当所述传感装置以一定间隔感测光强以便提供一系列强度值时，令所述移动装置实现所述移动来执行测量操作，其中所述强度值表示在所述相对移动期间、样品表面区域生成的干涉条纹；以及

数据处理装置，用于处理所述强度值，以便识别样品表面区域的强度值中的相干峰值位置，所述光源提供装置包括滤波器组件，其具有用户可旋转的滤波器载板，用于使用户能选择将置于光路中的多个滤波器的其中一个。

135.如权利要求134所述的设备，其中提供了光导管，用于将通过滤波器组件的滤波器的光线提供给光线引导装置。

136.如权利要求1、51、119、124、129、132、133或者134所述的设备，还包括光源提供装置，用于提供宽带光线，以便由光线引导装置引导。

137.具有如前述权利要求1、51、52、119、124、132、133或者134所述的数据处理装置的特征的干涉测量数据处理设备。

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