光学轮廓仪测量是在被测表面一个点上感知焦点

光学轮廓仪

  在构建目标物体的表面貌形时，常用的是不与测试表面接触的
光学探针，而不是机械式探针。光学探针通过检测被测物体上的最
佳聚焦位置来确定其形状。光学轮廓仪实现测量的方式是：在被测
表面的一个点上感知焦点，通过调整聚焦透镜的高度直到焦点被找
到为止。信号是在扫描焦点的过程中收集和处理的。镜头移动的数
值可以反映测试点的表面高度。无论是通过光学探头的扫描或是移
动被测表面，都能产生二维或三维的高度轮廓图。在感知焦点信号
时，需要有特殊的硬件设备。利用不同的方法，如传统的显微镜或
立体显微镜来产生表面轮廓图的方法，都是基于通过集中扫描目标
物，以获得每个点的最佳焦点，然后对采集来的图像进行处理的过
程。
  光学轮廓仪感知的信号通常被误称为辐强度。光学聚焦传感器
  当激光光源发出的一束光被聚焦到被测表面时，反射光在光轴
上被棱镜分成两束。然后，用两个探测器分别检测这两束光的信号
，并对其差值信号进行监控。当聚焦透镜太高时，反射光束会聚焦
在探测器的前方，导致内侧探测器的信号变大；而聚焦镜头太低时
，外侧探测器的信号会变大。信号差值情况可以决定测试表面在哪
一面被聚焦，以及利用产生的误差信号调整聚焦透镜直至正确位置
。当内侧探测器和外侧探测器的信号相等时，差值信号为零，聚焦
镜头就处在正确的位置上。
  被测表面焦斑的大小限制了光学聚焦传感器的横向分辨力，焦
斑的直径通常在1．0～1．5μm。在对被测表面上一个确定采样点
的高度进行测试时，实际得到的高度是光斑大小范围内的平均高度
。
  这意味着最小测试范围是2μm。测量面积取决于采样间隔和采
样点的数量。这类型轮廓仪的另一个限制是从被测表面反射回的光
束必须能够到达传感器。
  如果被测表面有陡坡，光线将会被散射出轮廓仪，导致信号缺
失，当只检测差值信号时将输出错误结果。这类轮廓仪的高度分辨
力与聚焦范围和获得采样点的时间有关。当测量的高度范围很大时
，为了保持采样每个数据所花的时间相等，聚焦镜头的移动会比较
粗略。因为采用精确聚焦的方式会大大地增加测量时间。

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