非接觸測量的三種主流原理：白光干涉、共聚焦與激光三角法

提起非接觸式粗糙度儀，常聽到三個技術(shù)名稱。它們測的是同一樣東西——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：用相干長度當高度尺

白光（寬光譜光）的相干長度很短，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，才會出現(xiàn)對比度高的干涉條紋；偏離這個位置，條紋迅速變模糊。

系統(tǒng)沿高度方向逐層掃描，記錄每個像素點上條紋對比度達到峰值時對應(yīng)的位置，該位置就是這一點的高度。全部像素并行處理，一次掃描得到一個完整的三維高度圖。

它的垂直分辨能力可達亞納米量級，視場內(nèi)的數(shù)據(jù)整體獲取，過程較快。適合表面起伏較小、反射特性較一致的樣品，例如晶圓、光學鏡片、研磨面與薄膜臺階。局限在于視場受物鏡限制，測大件需拼接；表面過陡時條紋會失去相關(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"。光經(jīng)物鏡聚焦到樣品，反射光返回時要穿過一個小孔。焦平面上的光能順利通過，焦外的散光被擋掉。物鏡沿高度逐層移動，每一層只有處于焦點位置的像素有效，逐層疊加即得到三維形貌。

它對陡壁、微結(jié)構(gòu)和起伏較大的表面適應(yīng)性更強，不受"表面必須足夠光滑"的約束，橫向分辨能力也較好。代價是全視場采集需要逐層掃描，耗時比白光干涉長。光譜共聚焦是它的變體：用色散把不同波長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器接收。表面高度變化時，光斑在探測器上的位置隨之移動，依據(jù)夾角與基線長度的幾何關(guān)系即可算出高度。

它結(jié)構(gòu)簡潔、成本可控、采集速度快，適合節(jié)拍要求高的在線場景，如產(chǎn)線上的表面狀態(tài)監(jiān)控。代價是垂直分辨能力通常在微米量級，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。它更適合判斷"有沒有異常"，不擅長評價納米級形貌。

四、       三條路怎么選

以納米級起伏評價為主、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、精度要求相對寬松 → 激光三角法。

這四項指標——垂直分辨能力、橫向分辨能力、視場范圍、測量節(jié)拍——構(gòu)成一組此消彼長的關(guān)系，其中一項提升，往往要另一項讓步。所以選型的起點不是比較哪種技術(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量儀采用非接觸光學測量方案，配套軟件為自主研發(fā)，支持按客戶執(zhí)行的標準調(diào)整濾波方式與參數(shù)定義。手上有樣品不確定走哪條路，可以寄件實測，用數(shù)據(jù)來判斷。