光學(xué)輪廓儀

  在構(gòu)建目標(biāo)物體的表面貌形時(shí)，常用的是不與測(cè)試表面接觸的
光學(xué)探針，而不是機(jī)械式探針。光學(xué)探針通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物體上的最
佳聚焦位置來(lái)確定其形狀。光學(xué)輪廓儀實(shí)現(xiàn)測(cè)量的方式是：在被測(cè)
表面的一個(gè)點(diǎn)上感知焦點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整聚焦透鏡的高度直到焦點(diǎn)被找
到為止。信號(hào)是在掃描焦點(diǎn)的過(guò)程中收集和處理的。鏡頭移動(dòng)的數(shù)
值可以反映測(cè)試點(diǎn)的表面高度。無(wú)論是通過(guò)光學(xué)探頭的掃描或是移
動(dòng)被測(cè)表面，都能產(chǎn)生二維或三維的高度輪廓圖。在感知焦點(diǎn)信號(hào)
時(shí)，需要有特殊的硬件設(shè)備。利用不同的方法，如傳統(tǒng)的顯微鏡或
立體顯微鏡來(lái)產(chǎn)生表面輪廓圖的方法，都是基于通過(guò)集中掃描目標(biāo)
物，以獲得每個(gè)點(diǎn)的最佳焦點(diǎn)，然后對(duì)采集來(lái)的圖像進(jìn)行處理的過(guò)
程。
  光學(xué)輪廓儀感知的信號(hào)通常被誤稱為輻強(qiáng)度。光學(xué)聚焦傳感器
  當(dāng)激光光源發(fā)出的一束光被聚焦到被測(cè)表面時(shí)，反射光在光軸
上被棱鏡分成兩束。然后，用兩個(gè)探測(cè)器分別檢測(cè)這兩束光的信號(hào)
，并對(duì)其差值信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)聚焦透鏡太高時(shí)，反射光束會(huì)聚焦
在探測(cè)器的前方，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)探測(cè)器的信號(hào)變大；而聚焦鏡頭太低時(shí)
，外側(cè)探測(cè)器的信號(hào)會(huì)變大。信號(hào)差值情況可以決定測(cè)試表面在哪
一面被聚焦，以及利用產(chǎn)生的誤差信號(hào)調(diào)整聚焦透鏡直至正確位置
。當(dāng)內(nèi)側(cè)探測(cè)器和外側(cè)探測(cè)器的信號(hào)相等時(shí)，差值信號(hào)為零，聚焦
鏡頭就處在正確的位置上。
  被測(cè)表面焦斑的大小限制了光學(xué)聚焦傳感器的橫向分辨力，焦
斑的直徑通常在1．0～1．5μm。在對(duì)被測(cè)表面上一個(gè)確定采樣點(diǎn)
的高度進(jìn)行測(cè)試時(shí)，實(shí)際得到的高度是光斑大小范圍內(nèi)的平均高度
。
  這意味著最小測(cè)試范圍是2μm。測(cè)量面積取決于采樣間隔和采
樣點(diǎn)的數(shù)量。這類型輪廓儀的另一個(gè)限制是從被測(cè)表面反射回的光
束必須能夠到達(dá)傳感器。
  如果被測(cè)表面有陡坡，光線將會(huì)被散射出輪廓儀，導(dǎo)致信號(hào)缺
失，當(dāng)只檢測(cè)差值信號(hào)時(shí)將輸出錯(cuò)誤結(jié)果。這類輪廓儀的高度分辨
力與聚焦范圍和獲得采樣點(diǎn)的時(shí)間有關(guān)。當(dāng)測(cè)量的高度范圍很大時(shí)
，為了保持采樣每個(gè)數(shù)據(jù)所花的時(shí)間相等，聚焦鏡頭的移動(dòng)會(huì)比較
粗略。因?yàn)椴捎镁_聚焦的方式會(huì)大大地增加測(cè)量時(shí)間。

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