非接觸測(cè)量的三種主流原理：白光干涉、共聚焦與激光三角法

提起非接觸式粗糙度儀，常聽到三個(gè)技術(shù)名稱。它們測(cè)的是同一樣?xùn)|西——工件表面的高度分布——但"讀"表面的方式wan全不同，這決定了各自的適用邊界。

一、白光干涉：用相干長(zhǎng)度當(dāng)高度尺

白光（寬光譜光）的相干長(zhǎng)度很短，通常只有幾微米。把一束光分為兩路，一路照樣品、一路照參考鏡，再讓它們匯合：只有在兩路光程接近相等的位置，才會(huì)出現(xiàn)對(duì)比度高的干涉條紋；偏離這個(gè)位置，條紋迅速變模糊。

系統(tǒng)沿高度方向逐層掃描，記錄每個(gè)像素點(diǎn)上條紋對(duì)比度達(dá)到峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的位置，該位置就是這一點(diǎn)的高度。全部像素并行處理，一次掃描得到一個(gè)完整的三維高度圖。

它的垂直分辨能力可達(dá)亞納米量級(jí)，視場(chǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)整體獲取，過(guò)程較快。適合表面起伏較小、反射特性較一致的樣品，例如晶圓、光學(xué)鏡片、研磨面與薄膜臺(tái)階。局限在于視場(chǎng)受物鏡限制，測(cè)大件需拼接；表面過(guò)陡時(shí)條紋會(huì)失去相關(guān)性。

二、共聚焦：用針孔篩掉焦外的光

共聚焦的思路是"只讓焦平面上的光通過(guò)"。光經(jīng)物鏡聚焦到樣品，反射光返回時(shí)要穿過(guò)一個(gè)小孔。焦平面上的光能順利通過(guò)，焦外的散光被擋掉。物鏡沿高度逐層移動(dòng)，每一層只有處于焦點(diǎn)位置的像素有效，逐層疊加即得到三維形貌。

它對(duì)陡壁、微結(jié)構(gòu)和起伏較大的表面適應(yīng)性更強(qiáng)，不受"表面必須足夠光滑"的約束，橫向分辨能力也較好。代價(jià)是全視場(chǎng)采集需要逐層掃描，耗時(shí)比白光干涉長(zhǎng)。光譜共聚焦是它的變體：用色散把不同波長(zhǎng)的光聚焦在高度不同的位置，一次成像即可讀取高度，速度更快、量程更大，垂直分辨能力則相應(yīng)讓出一步。

三、激光三角法：用幾何關(guān)系直接換算高度

激光束斜射到表面形成光斑，反射光由偏離入射方向的探測(cè)器接收。表面高度變化時(shí)，光斑在探測(cè)器上的位置隨之移動(dòng)，依據(jù)夾角與基線長(zhǎng)度的幾何關(guān)系即可算出高度。

它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本可控、采集速度快，適合節(jié)拍要求高的在線場(chǎng)景，如產(chǎn)線上的表面狀態(tài)監(jiān)控。代價(jià)是垂直分辨能力通常在微米量級(jí)，且受表面顏色、反射率和傾斜角度影響明顯，暗表面與斜面容易丟信號(hào)。它更適合判斷"有沒(méi)有異常"，不擅長(zhǎng)評(píng)價(jià)納米級(jí)形貌。

四、       三條路怎么選

以納米級(jí)起伏評(píng)價(jià)為主、表面較光滑 → 白光干涉；

樣品含微結(jié)構(gòu)、陡壁、起伏較大 → 共聚焦；

節(jié)拍是硬約束、精度要求相對(duì)寬松 → 激光三角法。

這四項(xiàng)指標(biāo)——垂直分辨能力、橫向分辨能力、視場(chǎng)范圍、測(cè)量節(jié)拍——構(gòu)成一組此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，其中一項(xiàng)提升，往往要另一項(xiàng)讓步。所以選型的起點(diǎn)不是比較哪種技術(shù)更優(yōu)，而是把需求排序：真正在意的是什么，可以接受在哪兒妥協(xié)。

蘇州恒商工業(yè)設(shè)備有限公司的納米形貌測(cè)量?jī)x采用非接觸光學(xué)測(cè)量方案，配套軟件為自主研發(fā)，支持按客戶執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整濾波方式與參數(shù)定義。手上有樣品不確定走哪條路，可以寄件實(shí)測(cè)，用數(shù)據(jù)來(lái)判斷。