微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,简称MEMS)静态形貌和运动测试是MEMS技术的基础,并对MEMS设计、加工、质量检测具有重大作用. 光学测试方法特别是位相测试方法由于非接触、全场测量、精度高和速度快等优点而受到MEMS测试工作者的重视和研究.迄今已有多种位相测量方法,如外差法、时间相移法、空间相移法、载波空间相移法、载波傅立叶变换法等.傅立叶变换法(Fourier Transform Method,简称FTM)测试方法可以从一幅干涉图像中提取出位相分布,实现简单且测试速度快,在位相测试理论研究和工业运用中占有重要地位.本文以基于显微干涉技术的MEMS测试平台为基础,对FTM测量方法进行了系统理论的分析和研究,所做的工作主要有: 1.对FTM中载波的确定和消除问题进行了研究.本文对FTM位相提取原理进行深入思考,结合FTM在位相测试中的具体运用和测试理论,采用三维坐标旋转法直接对器件形貌进行调平消除载波的办法代替原来的频移消除载波法. 2.对FTM分析方法中可能存在的位相反转现象进行理论分析并提出了相应的位相反转矫正方法.传统.FTM中由于滤波位置先决作用,实际位相提取中可能存在部分或全部的位相反转分布,本文结合相移技术,对位相反转问题进行了分析和解决. 3.对空间域消除背景光的可行性进行了研究,解决了FTM中滤波位置和范围的确定问题.以往的FTM对测试对象外形特点具有严格要求,带通滤波函数设计的不确定性成为了实现FTM自动测量的一大难点.本文通过曲面拟合消除背景光,使FTM分析不仅可直接进行半平面滤波,还可以实现自动测试和对复杂形貌器件的测量. 4.对FTM在MEMS运动测试中的运用进行了研究.结合频闪照明技术、时间一空间位相展开技术,FTM可对周期运动的MEMS器件进行自动检测,测量只需要一组干涉图像.本文还进行了MATtAB环境中融合位相提取、展开、位相一高度信息转换和基准面调平算法的测量软件编写和实现. 5.实验验证测试方法性能.采用Hariharan五帧图像相位提取方法为测试基准对FTM测试结果进行检验,其中Hariharan五帧算法具有很高的抗干扰能力和对非线性误差具有很小的响应,测量重复精度可达3nm以下.检验得到FTM位相提取方法对运动幅度检测相对于五帧算法的标准偏差为30nm,静态形貌测量相对于五帧算法的标准偏差达到20nm.