白光干涉表面三维轮廓仪原理及应用
白光轮廓仪原理
白光轮廓仪原理白光轮廓仪是一种用于测量物体表面形状和尺寸的仪器。
它可以通过光学方法测量物体的高度、深度和轮廓，从而得到物体的三维形状。
本文将介绍白光轮廓仪的原理、工作流程和应用领域。
一、原理白光轮廓仪的原理基于三角测量原理。
它利用光学投影和图像处理技术，通过测量光源到物体表面的距离来确定物体表面的形状和尺寸。
其基本原理如下：1. 光源发出白光，经过透镜聚焦后照射到物体表面上。
2. 物体表面反射出的光线经过透镜再次聚焦，形成像。
3. 通过调节摄像机位置和角度，捕捉物体表面的像。
4. 利用图像处理算法，分析图像中像素点的亮度和位置信息，计算出物体表面的高度和轮廓。
二、工作流程白光轮廓仪的工作流程包括以下几个步骤：1. 设置测量参数：包括光源位置、光源强度、摄像机位置和角度等。
2. 光源照射：打开光源，将光线照射到物体表面上。
3. 捕捉图像：通过调节摄像机位置和角度，捕捉物体表面的像。
4. 图像处理：利用图像处理算法，分析图像中像素点的亮度和位置信息，计算出物体表面的高度和轮廓。
5. 数据输出：将测量结果输出到计算机或其他设备上进行进一步处理和分析。
三、应用领域白光轮廓仪广泛应用于以下领域：1. 工业制造：用于测量机械零件、电子元器件、汽车零部件等的尺寸和形状。
2. 航空航天：用于测量飞机、火箭等航空器的表面形状和尺寸。
3. 医疗保健：用于测量人体器官的形状和尺寸，如牙齿、骨骼等。
4. 环境监测：用于测量地形、水文等自然环境的形状和尺寸。
5. 文物保护：用于测量文物、艺术品等的形状和尺寸，以便进行保护和修复。
四、总结白光轮廓仪是一种高精度、高效率的测量仪器，其原理基于三角测量原理，通过光学投影和图像处理技术测量物体表面的高度、深度和轮廓。
它广泛应用于工业制造、航空航天、医疗保健、环境监测、文物保护等领域。
随着科技的不断发展，白光轮廓仪将会有更广泛的应用前景。
光学3D表面轮廓仪在半导体硅片和光学基片表面面形精度测量上的应用
另外一束光经参考镜反射，两束反射光最终汇聚并发生干涉，显微镜将被测表面的形貌特征转化为干涉条纹信号，通过测量干涉条纹的变化来测量表面三维形貌。
向左转|向右转
光学3D表面轮廓仪专用于非接触式快速测量，精密零部件之重点部位的表面粗糙度、微小形貌轮廓及尺寸，其测量精度可以达到纳米级！目前，在3D测量领域，白光干涉仪是精度最高的测量仪器之一。
第三部分：SuperView W1光学3D表面轮廓仪主要特点和技术指标
中图仪器SuperView W1光学3D表面轮廓仪主要有以下特点:
●双模式分析软件：适用于批量测量和分析研究的两种不同场景下的双模式分析软件；
●齐全的分析功能：包括粗糙度参数分析、2D轮廓分析、频谱纹理分析、结构分析、功
能分析等五大分析功能模块；
●超高测量精度:独特的3D重建算法，自动滤除样品表面噪点，确保测量数据结果不受样
品表面杂质影响；
●超高重复性：双通道气浮隔振系统、经过内部抗振处理的测头，能够有效隔离地面振动
噪声和空气中声波振动噪声，保障仪器在大部分的生产车间亦可正常使用，获得超高测量重复性；
●灵活便捷的操纵杆：量身定制的操作手柄，集成了XYZ三轴运动控制模块，测量时无须
进行视线切换，能有效减轻操作人员用眼疲劳，提高测量效率；
●真空吸附台：专为大尺寸轻薄样品设计的真空吸附平台，可有效确保轻薄如纸的样品不
受微弱空气扰动影响，保证测量结果的准确性。
中图仪器SuperView W1光学3D表面轮廓仪主要技术指标:。
白光干涉仪测量的那些3D形貌
白光干涉仪3D形貌测量之美
白光干涉仪能测什么？有着“纳米眼”之称的白光干涉仪，是一款在纵向分辨率上可实现0.1nm的分辨率和测量可靠性的光学测量仪器。
下面就让我们一起来领略下国产白光干涉仪镜头下的3D显微之美。
SuperViewW1白光干涉仪
白光干涉仪采用的光学轮廓测量法可以非接触式测量非平坦样品，轻松测量出弯曲和其他非平面表面，还可以测出曲面的表面光洁度、纹理和粗糙度等，同时不会像探针是轮廓仪那样损坏薄膜。
白光干涉仪3D形貌图片：
图1.超光滑_纳米级表面
图2.分成了32阶的纳米级微纳光学元件
图3.半导体芯片表面外观
图4.微纳凹凸圆表面
图5.拼接_摩擦磨损工艺零部件
图6.拼接_大区域超光滑凹球面
图7.光学衍射元器件
除主要用于测量表面形貌或测量表面轮廓外，具有的测量晶圆翘曲度功能，非常适合晶圆，太阳能电池和玻璃面板的翘曲度测量，应变测量以及表面形貌测量。
非接触高精密光学测量方式，不会划伤甚至破坏工件，不仅能进行更高精度测量，在整个测量过程还不会触碰到表面影响光洁度，能保留完整的晶圆片表面形貌。
测量工序效率高，直接在屏幕上了解当前晶圆翘曲度、平面度、平整度的数据。
硅晶圆粗糙度测量
晶圆IC减薄后的粗糙度检测
白光干涉仪所具有技术竞争力在于接触式和光学三维轮廓仪的结合。
通过利用接触式及非接触式双模式基于技术上的优势获得获得全面的表面特性。
既可以用于科学研究，也可以用于工业产品的检测。
白光扫描粗糙度轮廓仪应用
研发部门
Costa Mesa, 加州 Watsonville, 加州 Montreal, 加拿大
Middlefield, 美国康涅狄格州
3
Zygo 扫描白光干涉仪 SWLI
• • 高速，非接触测量，各种尺寸的样品都能提供高分辨率三维数据结果： 优势
– 在0.1nm到150微米的范围上使用一种测量方式，一种算法。
10
平面度测量
大尺寸拼接。
11
灵活选择的附件
ZYGO为工业应用提供广泛的物镜选择
标准工作距离
长工作距离
超长工作距离
2.75x
5x
5.5x
10x
20x
50x
100x
1x
(8mm)
2x
(20mm)
5x
(20mm)
10x
(18mm)
1x (40mm)
2.5x (40mm)
5x (40mm)
•
其他附件 – 4位塔台
– 可溯源台阶块
– 可溯源横向标准块 – 可溯源平面度标准块
12
谢谢
13
光强 信号包络
对物理高度的结果。 • 单波长激光干涉系统在测量粗糙样品时，就没 有这样的优点，移相法在处理每个像素的数据 时候会结合邻近像素相位结果，并且得到的原 始结果是基于相位的而不是物理距离。 • 这使在测量处理粗糙样品表面的数据时候，白 光干涉扫描具有很大优势，能测量粗糙或者有
条纹信号
-5
0 扫描距离 (microns) Nexview 典型的干涉条纹信号
4
白光干涉扫描轮廓仪的工作原理
• • 白光扫描干涉测量法是一种非接触的测 量方式，通过干涉条纹，来比较样品测 试表面跟理想参考面的偏差。 通过显微镜物镜的垂直扫描测试样品表 面，得到整个视场区域的测试结果----整幅的三维数据地图，而不是只有一条 剖面线的结果。
白光干涉表面结构测量仪的优化设计与应用
仪的测量效率 , 提出一种以显微干涉图像灰度值归一化标准方 差为依据的白光干涉测量条纹自动搜索定位方法 。相关实验 结果为白光干涉表面结构测量仪的优化设计提供参考依据 。
1 测量仪的设计与工作原理 1. 1 测量仪的构成
Hale Waihona Puke 白光显微干涉法是一种十分重要的微纳表面结构测量方 法 ,具有非接触的优点 , 且可进行三维测量 , 因而在微电子 、 微 机电系统以及微光机电系统等的表面结构测量上得到广泛应 用
1, 2 1 2 1
( 1. D epart m en t of I n strum en ta tion, School of M echan ica l, Huazhong Un iversity of Sc ience and Technology, W uhan 430074, Ch ina; 2. M echan ica l D epartm en t, Hube i Autom otive I ndustr ies In stitute, Sh iyan 442002, Ch ina) Abstract: An instrument for surface texture measurement was developed based on white interference method for surface texture measurement of M EM S . A m icro interferometer was designed. The influence of key design parameters of the m icro interferometer such as light source bandw idth, objective numerical aperture, and pore aperture size to the light intensity distribution of interference fringe of vertical scanning white m icroscopy interference measurement was analyzed by experim ents . A 1D disp lacement worktable of Z direction was designed, an automatic search and location method of fringe of white light interference measurement based on the normalized standard deviation of gray value of interference m icroscopy im ages was p roposed. The correlative experim ent results p ro2 vide reference for the op tim al design of white light m icro interferometer for surface texture. Key words: m icro interferometer; white light m icroscopy interference; light source; numerical aperture; pore aperture 0 引言
白光干涉仪测量显示高度的原理_解释说明以及概述
白光干涉仪测量显示高度的原理解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在现代科学和工程领域中，测量显示高度是非常重要的任务之一。
白光干涉仪作为一种精密的测量仪器，被广泛应用于各个领域，如光学、材料科学、半导体制备等。
它通过干涉现象来实现对表面高度差异的精确测量。
本篇文章将详细介绍白光干涉仪的原理，并解释说明其测量显示高度的原理。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分。
引言部分对白光干涉仪测量显示高度的原理进行了概述，并阐明本文的目的。
第二部分将详细讨论白光干涉现象以及干涉仪组成与工作原理。
第三部分将介绍使用和操作白光干涉仪时需要注意的设置、调整、测量步骤以及数据记录与分析方法。
第四部分将讨论白光干涉仪在不同应用领域中的应用情况，并探讨其技术局限性。
最后，结论与展望部分将总结本文所述内容，并展望白光干涉仪在未来的改进与发展方向。
1.3 目的本文的目的是为读者提供一个全面且清晰的了解白光干涉仪测量显示高度原理的资料。
通过阐述白光干涉现象、干涉仪的组成与工作原理，以及使用和操作方法，让读者能够更好地理解白光干涉仪这一测量仪器，并掌握其在实际应用中的技术要点和注意事项。
同时，对于白光干涉仪在不同领域的应用情况和技术局限性进行详细阐述，以期引发读者对该领域未来发展方向的思考。
2. 白光干涉仪的原理2.1 白光干涉现象白光干涉是指当宽谱连续光通过两个光学路径，再经过重合时所产生的干涉现象。
这是由于不同波长的光在不同程度上会产生相位差而导致的。
2.2 干涉仪组成与工作原理白光干涉仪主要由一个分束器、两个反射镜和一个待测物体构成。
简单来说，分束器将入射的白光分成两束相干的准平行光，然后通过调整反射镜使得两束平行光以不同的角度照射待测物体。
反射镜将经过物体后返回的反射光重新汇聚，再次经过分束器。
接下来，利用一台增加了直流延迟信号电压的扫描仪对返回的平行光进行扫描，并用一个探测器记录振动条纹信号。
2.3 测量显示高度的原理白光干涉仪可以利用其原理和构造通过显示出截面图或者等高线来测试并观察表面高度的变化情况。
表面微观形貌测量技术发展暨光学3D表面轮廓仪原理应用说明
表面微观形貌测量技术发展暨光学3D表面轮廓仪原理应用说明表面微观形貌测量技术的发展历程及国内外研究现状早期,对于试件表面微观的量度，只能依靠触觉、视觉、直接触摸或目测等简单的方法来判断，随着社会慢慢发展，就出现采用显微镜的方法进行。
上面这些方法只能够对试件表面微观定性做出简单评定。
德国人G.Schmalz，在1929年第一次对机械构件微观表面高度定量的进行了评定。
在几年后，构件表面粗糙度测量仪、触针式表面粗糙度测量仪等都相继在车间中出现。
随之，中国也也出现了自行设计、生产的压电式的GJD-5A型表面粗糙度测量仪及电感式的BCJ-2型表面粗糙度测量仪。
这些表面测量轮廓仪都是触针式，具有测量速度快、操作起来方便等优点。
但是，这类测量仪是采用触针的方式进行测量，对被测表面会产生损伤，这样将影响到测量精度，所以对于塑料、轻金属以及精加工表面而言，此类触针式表面轮廓仪是不适用的。
随着光学方面技术的发展，非接触式的光学表面粗糙度测量仪逐渐问世。
苏联与德国在五十年代相继研制出干涉显微镜，而美国很快研制出了三维表面针式轮廓仪；中国在六十年代也自行研制出来6J型的干涉显微镜及91型的光切显微镜。
然而，以上这些构件表面测量仪，只是针对较水平的表面，并且其测量效率及测量精度都较低。
七十年代后，伴着精密仪器及微电子技术的兴起，诞生了一系列的表面测量方法。
美国首次研制出了Talysurf-5型测量仪，该仪器的分辨率达到了1nm，可以实现对构件表面轮廓的测量，且可进行参数显示、分析及快速傅立叶运算。
英国也研制出了一种粗糙度测量仪，横向放大倍数范围2000~5000，纵向放大倍数范围80~100万，测量精度高达1~2%。
随着精密仪器及微电子技术的进一步发展，出现了扫描电子显微镜，该测量仪具有极高分辨率，可实现无接触测量及定量评定。
在1970年，Meadows和Takasaki报道中诞生了一种三维表面轮廓成像技术---即基于光学条纹图分析原理的测量技术。
三维光学轮廓测量仪综述
三维光学轮廓测量仪综述
三维光学轮廓测量仪是利用光学显微技术、白光干涉扫描技术、计算机软件控制技术和PZT垂直扫描技术对工件进行非接触测量，还原出工件3D表面形貌宏微观信息，并通过软件提供的多种工具对表面形貌进行各种功能参数数据处理，实现对各种工件表面形貌的微纳米测量和分析的光学计量仪器。
三维光学轮廓测量仪典型特点：
1) 使用白光干涉测量技术，非接触式、非破坏性、快速表面形貌测量与分析；
2) 台阶高度测量分辨率达0.1 nm；
3) 可搭配黑白或彩色相机进行2D、3D显示和测量功能；
4) 配置电动鼻轮，可同时挂载多种物镜并程序化控制切换使用；
5) 采用双光源模式，适应特殊样品测量；
6) 测量范围100×100mm(可按客户定制尺寸)；
7) 配置低倍率物镜(2.5×和5×倍率)，可进行大面积3D测量；
8) 提供多种表面参数测量功能，如断差高度、夹角、面积、体积、粗糙度、波纹度、
薄膜厚度及平面度；
9) 提供超过250多种各类参数（含2D、3D）计算；
10) 友好的人机界面，简便的图形化控制系统及3D图型显示；
11) 多种交换文件格式，可储存与读取多种3D轮廓文件格式；
三维光学轮廓测量仪典型应用：
对各种产品、部件和材料表面的平面度、粗糙度、波纹度、共面性、面形轮廓、表面缺陷、磨损情况、腐蚀情况、孔隙间隙、台阶高度、蚀刻情况、弯曲变形情况、加工情况、材料支撑率等表面形貌特征进行测量和分析。
应用范例：
三维光学轮廓测量仪主要技术指标：。
白光干涉仪是什么？
白光干涉仪是什么？白光干涉仪是一种光学轮廓仪，是一款用于对各种精密器件及材料表面进行亚纳米级测量的检测仪器。
它是以白光干涉技术为原理、结合精密Z向扫描模块、3D建模算法等对器件表面进行非接触式扫描并建立表面3D图像，通过系统软件对器件表面3D图像进行数据处理与分析，并获取反映器件表面质量的2D、3D参数，从而实现器件表面形貌3D测量的光学检测仪器。
白光干涉仪的功能非常强大！1)一体化操作的测量与分析软件，操作无须进行切换界面，预先设置好配置参数再进行测量，软件自动统计测量数据并提供数据报表导出功能，即可快速实现批量测量功能。
2)测量中提供自动多区域测量功能、批量测量、自动聚焦、自动调亮度等自动化功能。
3)测量中提供拼接测量功能。
4)分析中提供调整位置、纠正、滤波、提取四大模块的数据处理功能，其中调整位置包括图像校平、镜像等功能；纠正包括空间滤波、修描、尖峰去噪等功能；滤波包括去除外形、标准滤波、过滤频谱等功能；提取包括提取区域和提取剖面等功能。
5)分析中提供粗糙度分析、几何轮廓分析、结构分析、频率分析、功能分析等五大分析功能，其中粗糙度分析包括依据国际标准的ISO4287的线粗糙度、ISO25178面粗糙度、ISO12781平整度等全参数分析功能；几何轮廓分析包括台阶高、距离、角度、曲率等特征测量和直线度、圆度形位公差评定等功能；结构分析包括孔洞体积和波谷深度等；频率分析包括纹理方向和频谱分析等功能；功能分析包括SK参数和体积参数等功能。
6)分析中同时提供一键分析和多文件分析等辅助分析功能，设置分析模板，结合测量中提供的自动测量和批量测量功能，可实现对小尺寸精密器件的批量测量并直接获取分析数据的功能。
白光干涉仪应用非常广泛！可广泛应用于半导体制造及封装工艺检测、3C电子玻璃屏及其精密配件、光学加工、微纳材料及制造、汽车零部件、MEMS器件等超精密加工行业及航空航天、国防军工、科研院所等领域中。
可测各类从超光滑到粗糙、低反射率到高反射率的物体表面，从纳米到微米级别工件的粗糙度、平整度、微观几何轮廓、曲率等，提供依据ISO/ASME/EUR/GBT四大国内外标准共计300余种2D、3D参数作为评价标准。
白光干涉仪
白光干涉仪是一种对光在两个不同表面反射后形成的干涉条纹进行分析的仪器。
其基本原理就是通过不同光学元件形成参考光路和检测光路。
工作原理编辑播报
干涉仪是利用干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。
两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动，而某一束相干光的光程变化是由它所通过的几何路程或介质折射率的变化引起，所以通过干涉条纹的移动变化可测量几何长度或折射率的微小改变量，从而测得与此有关的其他物理量。
测量精度决定于测量光程差的精度，干涉条纹每移动一个条纹间距，光程差就改变一个波长(～10-7米)，所以干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的，其测量精度之高是任何其他测量方法所无法比拟的。
白光干涉仪的主要功能：观察、分析、应用
特点：
1 、非接触式测量：避免物件受损。
2 、三维表面测量：表面高度测量范围为1nm ---200μm。
3 、多重视野镜片：方便物镜的快速切换。
4 、纳米级分辨率：垂直分辨率可以达0.1nm。
5、高速数字信号处理器：实现测量仅需几秒钟。
6 、扫描仪：闭环控制系统。
7、工作台：气动装置、抗震、抗压。
8 、测量软件：基于windows 操作系统的用户界面，强大而快速的运算。
应用领域：
1、半导体晶片
2、液晶产品（CS,LGP,BIU）
3、微机电系统
4、光纤产品
5、数据存储盘（HDD,DVD,CD）
6、材料研究
7、精密加工表面
8、生物医学工程。
做中国人的精密检测仪器——记中图仪器光学3D表面轮廓仪
做中国人的精密检测仪器——记中图仪器光学3D表面轮廓仪精密检测仪器，顾名思义，就是一种用于精密检测的仪器。
所谓的精密检测仪器，我们可以从其字面上进行拆分解释，首先是精密，它直接决定了仪器的灵魂，那就是精度，只有有了精准的测量精度，这个仪器才能称之为精密，它才能为现代工业生产所服务；其次就是检测，这定义了仪器的功能，就是检测为主。
在上世纪九十年代，由于现代工业的发展，很多的企业在生产过程中都不能生产出合格的工业产品，这直接导致大部分的企业在发展中利益受到影响，更有甚者因此而直接导致破产。
为了挽救大部分的工业企业，更为了社会发展提供合格的工业产品，精密检测仪器作为一个新兴的行业进入中国国内，由于精密检测仪器的行业是应用在工业产品的检测上，所以在国内的工业生产中被广泛地应用，服务于整个行业。
工欲善其事，必先利其器。
精密检测仪器的创新、制造及应用水平都反映出一个国家的科技和工业实力。
然而，中国作为世界级的精密仪器设备消费市场，却与其中国企业的市场占有率极不相称，大多精密仪器设备都被外国品牌所垄断。
守着巨大的市场，却占据劣势地位，成为国产高端精密仪器设备企业发展面临的共同难题。
回顾我国科研技术发展，从载人航天、探月工程、超级计算机等工程建设，正在逐渐提升我国的科研威望。
而在精密检测仪器领域，我国正积极通过集中力量发展高端制造业，逐渐将进口仪器垄断国内仪器市场的局面打破。
目前，我国仪器设备历经长足发展，不论是在价格、质量还是性能上，都已经逐步追赶上国外产品。
中图仪器作为国内计量检测仪器领域的中坚力量，自成立以来实现了国产计量检测仪器的多项突破，国内首台全自动指示表检定仪、大规模商用的激光干涉仪等。
如今，中图仪器研发的微纳表面形貌检测仪器-光学3D表面轮廓仪在与进口品牌的同台竞技中完全不落下风，在国内的晶圆厂、3C相关企业（各类蓝宝石光学制品）中深受好评。
中图仪器SuperView W1 系列光学3D表面轮廓仪以白光干涉技术为原理、结合精密Z 向扫描模块、3D 建模算法等对器件表面进行非接触式扫描并建立表面3D图像，通过系统软件对器件表面3D图像进行数据处理与分析，并获取反映器件表面质量的2D、3D参数，从而实现器件表面形貌的3D测量的光学检测仪器。
白光干涉仪介绍
构造 单元
1.光学显微干涉单元 2.步进电机调焦单元 3.压电陶瓷扫描单元 4.衍射光栅计量单元 5.扫描控制和测量软 件
步进 电机 调焦 单元
步进电机
构 成
驱动光路
对焦 方式
自动对焦
CCD监视某像素点 旳光强变化并进行 实时计算
手动对焦 慢 操作手轮观察条
纹旳消失或出现
半自动对焦
PZT 扫描 单元
美国ZYGO企业旳 New View 7000系列表面轮廓仪
德国 Bruker旳Contour GT系列
任何放大倍数下，系统旳纵向 范围都能够到达亚-埃至毫米级
参照 文件
1.《光学测试技术》，刘承等编著，电子工业出版社.2023.6 2.《光学测试技术》，沙定国主编，北京理工大学出版社.2023.1 3.《光学干涉检测》，埃里克·P.古德温著，浙江大学出版 社.2023. 8 4.《白光干涉仪旳可用性研究》，袁丽，华中科技大学硕士论文 5.《垂直扫描白光干涉仪测量关键技术旳研究及应用》，徐海涛， 华中科技大学硕士论文. 6.《基于空间频域算法旳三维微观形貌旳测量》南京理大学光学学 报 7.《白光扫描干涉三维表面形貌测量技术旳研究》，李其德，合肥 工业大学硕士论文，2023
谢谢您旳耐心阅读 请看背面软件简介
软件 简介
顾客 界面 UI
测量 分析
软件 模块
扫描控制和表面测量软件
模块 简介
扫描控制模块旳作用是实现对垂直方向 位移旳控制
程序根据干涉图像信息控制步进电机垂直 方向旳进给，到达精确对焦旳目旳
扫描旳过程中，由计量系统反馈旳位移信 息，调整PZT旳输出电压，实现垂直方向 精拟定位
(
I1
I
2
)
白光干涉仪(原理)
141nm
Glass
Character on the Glass
Flexible FPD Pattern(Gel Type)
碳纳米管
LGP Pattern
OLED 有机物蒸镀
PKG Substrate Inspection
Roughness, Diameter, Height, Width, Space (user defined base plane), etc
Max 270um（PZT扫描）
Max:7.2um/sec（1X-3X倍率可选）
Max:12um/sec（1X-5X倍率可选）
±3°（样品台倾斜） 0.2%@1σ
头部倾斜±6°（手动模式）头部倾斜±6°（自动模式）头部倾斜±9°（自动模式） WSI：0.5nm/PSI：0.1nm
0.2-4um（取决于物镜/视场放大镜倍率） 0.1%@1σ（标准样品8um）
三维测量技术比较
COMPARE
三维图像的比较
垂直分辨率
Optical
1mm
Triangulation
OPT: 光学三角测量
CSM: 共焦扫面显微镜
1um
CSM
PSI : 移向干涉测量法
WSI
1nm
PSI
AFM
WSI : 白光干涉法 AFM : 原子力显微镜
1nm
1um
1mm
垂直测量范围
根据测量技术特征
FPD Inspection
Build-up PCB Inspection
Post Spacer
RGB
Charater
Back Panel
Spray PR
Roughness Via Hole
白光轮廓仪原理
白光轮廓仪原理白光轮廓仪是一种用于测量物体三维轮廓的设备，它基于光学原理，通过测量物体表面反射回来的光线，来确定物体的形状和尺寸。
在工业制造、医学、建筑等领域都有广泛的应用。
白光轮廓仪的原理是利用光的干涉原理，通过干涉条纹的形成来测量物体表面的高度差。
当白光照射在物体表面时，光线会被反射回来，形成一系列干涉条纹。
这些干涉条纹的形成是由于光线在物体表面反射时，经过不同的路径和相位差所引起的。
当干涉条纹的间距和光线的波长相等时，就可以通过计算干涉条纹的数量来确定物体表面的高度差。
白光轮廓仪的工作原理可以分为三个步骤：光源发射光线、光线照射到物体表面反射回来、接收器接收反射光并测量干涉条纹。
首先，白光轮廓仪的光源通常是一个白光LED或氙气灯，它会发出一束宽谱的光线。
这些光线会经过一个准直器，使其成为平行光线，然后照射到物体表面。
物体表面反射回来的光线会被聚焦到接收器上，接收器可以是一个像素阵列或一个线性CCD传感器。
最后，接收器会将反射光信号转换成数字信号，并通过计算干涉条纹的数量来确定物体表面的高度差。
白光轮廓仪的精度和分辨率取决于光源的光谱宽度和接收器的像素数量。
通常情况下，白光轮廓仪的分辨率可以达到几个微米，而精度则取决于物体表面的粗糙度和形状。
白光轮廓仪在工业制造领域有广泛的应用，可以用于测量各种形状和尺寸的物体，例如机械零件、电子元器件、汽车零部件等。
它也可以用于医学领域，例如测量牙齿、骨骼和肌肉的形状和尺寸。
此外，白光轮廓仪还可以用于建筑领域，例如测量建筑物的外形和尺寸。
总之，白光轮廓仪是一种非常有用的测量设备，它基于光学原理，通过测量物体表面反射回来的光线来确定物体的形状和尺寸。
它在工业制造、医学、建筑等领域都有广泛的应用，可以提高生产效率和质量，为人们的生活带来更多的便利。
一文读懂白光干涉原理
一文读懂白光干涉原理一文读懂白光干涉原理在白光干涉中，光谱中各色光都有可能参加干涉，并将干涉光强叠加到最后形成的干涉图样上，因此在表面形貌测量中白光干涉形成的干涉条纹是由各色光干涉图样叠加形成的。
被测表面的深度不同，两束光的干涉光强不同，干涉条纹的对比度不同，组成干涉条纹的光谱成分也不同。
可见，在白光干涉表面形貌测量中，被测表面的深度信息被调制到干涉图样的强度、对比度及光谱成分等信息中，因此可利用干涉图样的强度、对比度以及光谱成分信息扩展深度测量范围。
1.干涉条纹扫描法干涉条纹扫描法扩展深度测量范围的理论根据是被测表面上各点深度不同所形成的干涉光强不同。
在双光束干涉显微镜中，如果从分束器到被测表面上某一点的距离等于从分束器到参考面的距离，那么对应的两束干涉光的光程差为0，所形成的干涉光强最小(或最大)。
如果用压电陶瓷(PZT)等微位移驱动器沿光轴方向移动样品台或参考镜进行扫描，那么干涉图样上每一点的强度将随着变化。
在扫描时，如果记录下或计算出被测面上每一点对应的干涉光强达到最小(或最大)时微位移驱动器的位置，那么在完成扫描后各点间的深度就能计算出来。
对于一个具体的干涉显微系统，用干涉条纹扫描法测量形貌，其深度测量范围与干涉光频谱成分有关，大小与干涉长度的一半相当；深度测量分辨率与干涉图样测量系统的分辨率有关，取决于A／D 转换器的位数，可达纳米量级；而测量精度则取决于微位移驱动器。
恰当的数据处理方法也可以提高分辨率以及测量精度。
2.干涉条纹对比度法在白光干涉中，两束相干光形成的干涉光强可表达成一般的形式：ΦΦ++=cos )(**2m S R S R I 式中，R 和S 是两束相干光的光强，Φ是与被测表面深度有关的位相，m 可看作是对比度，它与位相Φ干涉光频谱成分有关。
如果干涉图样没有剪切并且干涉光频谱曲线是平滑的，那么m 与位相之间或与被测表面深度之间存在着一一对应的关系。
当分束器到被测表面上某一点的距离等于分束器到参考面的距离时，值最大且近似等于1；当距离之差超过干涉光相干长度时，m 值最小，等于0。
光学3D表面轮廓仪PCB行业的应用
光学3D表面轮廓仪PCB行业的应用
SuperView W1光学3D表面轮廓仪用光学成像的原理来扫描PCB 表面轮廓。
无需切片、破坏就能观察和测量PCB表面上的高度和粗糙等。
应用实例
●通孔外型、底部轮廓与粗糙度量测
SuperView W1光学3D表面轮廓仪软件可以自动识别视野内的孔洞，并且计算分析每个孔洞的顶径、底径和高度，自动输出统计报告。
中图仪器还提供与客户数据库链接上传数据的额外定制服务。
●铜箔等基材的表面粗糙度测量:
客户需要测量铜箔表面、线路或光阻表面的粗糙度,业内的主流测量方式就是用白光干涉方式测量，SuperView W1光学3D表面轮廓仪具有白光干涉的模式，可以完美的解决此类测量需要同时配合自动分析软件，可实现自动测量及分析，最后输出报告。
●线路的轮廓、寬度和高度分析测量
●光阻材料的厚度测量。
三维光学轮廓仪原理【详解】
三维光学轮廓仪原理内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.一、三维光学轮廓仪特征：1.业界最高的垂直分辨率，最强大的测量性能；2.0.5~200倍的放大倍率；3.任何倍率下亚埃级至毫米级垂直测量量程；4.三维光学轮廓仪测量硬件的独特设计，增强生产环境中的可靠性和重复性；较高的震动的容忍度和GR&R测量的能力专利的自动校准能力；5.多核处理器下运行的Vision64软件，大大提高三维表面测量和分析速度数据处理速度提高几十倍；分析速度提高十倍；6.无以伦比的大量数据无缝拼接能力7.三维光学轮廓仪高度直观的用户界面，拥有业界最强的实用性，操作简便和分析功能强大优化的用户界面大大简化测量和数据分析过程；独特的可视化操作工具；可自行设置数据输出的界面；二、原理：三维光学轮廓仪是利用白光干涉扫描技术为基础研制而成的用于样品表面微观形貌检测的精密仪器。
它的显著特点是可以达到纳米级的检测精度，并可以快速获取被测工件表面三维形貌和数据进行检测，其主要用途是用于成品的质量管理，确保良品合格率。
可广泛应用于各类精密工件表面质量要求极高的如：半导体、微机电、纳米材料、生物医疗、精密涂层、科研院所、航空航天等领域。
可以说只要是微型范围内重点部位的纳米级粗糙度、轮廓等参数的测量，除了三维光学轮廓仪，没有其它的仪器设备可以达到其精度要求。
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.。
白光干涉仪的工作原理
白光干涉仪的工作原理测控3班姓名：陈超学号：20090106 干涉仪是一种对光在两个不同表面反射后形成的干涉条纹进行分析的仪器。
其基本原理就是通过不同光学元件形成参考光路和检测光路。
干涉仪是利用干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。
两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动，而某一束相干光的光程变化是由它所通过的几何路程或介质折射率的变化引起，所以通过干涉条纹的移动变化可测量几何长度或折射率的微小改变量，从而测得与此有关的其他物理量。
测量精度决定于测量光程差的精度，干涉条纹每移动一个条纹间距，光程差就改变一个波长(～10-7米)，所以干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的，其测量精度之高是任何其他测量方法所无法比拟的。
白光干涉仪利用时间相关性非常低的白光通过分光板作为参考光和样品照射光，两路光束很容易被测量。
接着光经过反射，相互叠加干涉，记录下干涉图，同时开始高低形貌的测量，物镜在Z轴方向上不断微小的移动，在每个移动位置上都会拍照记录，收集图片用于形成整个三维形貌数据。
由于白光有低的相关性，白光干涉仪的特点就是高分辨率逐层地测量反光粗糙面。
白光干涉仪的主要功能：观察、分析、应用特点： 1 、非接触式测量：避免物件受损。
2 、三维表面测量：表面高度测量范围为1nm ---200μm。
3 、多重视野镜片：方便物镜的快速切换。
4 、纳米级分辨率：垂直分辨率可以达0.1nm。
5、高速数字信号处理器：实现测量仅需几秒钟。
6 、扫描仪：闭环控制系统。
7、工作台：气动装置、抗震、抗压。
8 、测量软件：基于windows 操作系统的用户界面，强大而快速的运算。
白光干涉轮廓仪干涉物镜知多少
白光干涉轮廓仪干涉物镜知多少白光干涉仪基于白光干涉原理，以3D非接触方式，测量分析样品表面形貌的关键参数和尺寸，典型结果包括：●表面形貌（粗糙度，平面度，平行度，台阶高度，锥角等等）●几何特征（关键孔径尺寸，曲率半径，特征区域的面积和体积，特征图形的位置和数量等等）白光干涉仪的光学系统基于无限远显微镜系统。
通过干涉物镜产生干涉条纹，使基本的光学显微镜系统变为白光干涉仪。
白光干涉仪基本原理除了负责产生干涉条纹，各类干涉物镜还决定了系统很多关键性能，如光学分辨率，工作距离，齐焦距离，坡度能力，视场范围等等。
中图仪器提供丰富的各类物镜选择，以满足最挑战的测试需求，除了标配的10X 干涉物镜，还有2.5×、5×、20×、50×、100×可选。
型号W1W1-Pro光源白光LED影像系统1024×1024干涉物镜10×（2.5×，5×，20×，50×，100×可选）光学ZOOM0.5×（0.75×，1×可选）标准视场0.98×0.98㎜最大视场6×6㎜物镜塔台3孔手动（5孔电动可选）XY 位移平台尺寸320×200㎜300×300mm 移动范围140×100㎜200×200mm 负载10kg控制方式电动水平调整±4.5°手动Z轴聚焦行程100㎜控制方式电动Z向扫描范围10㎜注：粗糙度性能参数依据ISO25178国际标准在实验室环境下测量Sa为0.2nm硅晶片Sq参数获得；台阶高性能参数为依据ISO5436-1:2000标准在实验室环境下测量4.7µm台阶高标准块获得。
白光干涉仪工作原理
白光干涉仪工作原理白光干涉仪是一款用于对各种精密器件及材料表面进行亚纳米级测量的检测仪器。
它是以白光干涉技术为原理、结合精密Z向扫描模块、3D 建模算法等对器件表面进行非接触式扫描并建立表面3D图像，通过系统软件对器件表面3D图像进行数据处理与分析，并获取反映器件表面质量的2D、3D参数，从而实现器件表面形貌3D测量的光学检测仪器。
白光干涉仪可广泛应用于半导体制造及封装工艺检测、3C电子玻璃屏及其精密配件、光学加工、微纳材料及制造、汽车零部件、MEMS器件等超精密加工行业及航空航天、国防军工、科研院所等领域中。
可测各类从超光滑到粗糙、低反射率到高反射率的物体表面，从纳米到微米级别工件的粗糙度、平整度、微观几何轮廓、曲率等，提供依据ISO/ASME/EUR/GBT 四大国内外标准共计300余种2D、3D参数作为评价标准。
白光干涉仪工作原理白光扫描干涉测量法是一种非接触的测量方式，通过干涉条纹，来比较样品测试表面跟理想参考面的偏差。
白光干涉扫描对于测量粗糙，不连续表面很有帮助。
因为白光扫描的测试结果是基十每个像素点上的光强信号单独分析，其结果是基于绝对物理高度的结果。
单波长激光干涉系统在测量粗糙样品时，就没有这样的优点，移相法在处理每个像素的数据时候会结合邻近像素相位结果，并且得到的原始结果是基十相位的而不是物理距离。
这使在测量处理粗糙样品表而的数据时候，白光干涉扫描具有很大优势，能测量粗糙或者有台阶跳跃结构的表而；而在测量光滑样品表面时，单色光移相法则相对具有速度快的优势。
正如上图所示，每条信号线代表了每个像素在扫描过程中光强信号的变化。
·每条信号线包络的峰值即为这个像素的完美等光程点。
·每个像素点的物理绝对高度都是以这个等光程点为参考的。
·如图把等光程点连接起来就形成了样品表而的而形。
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白光干涉表面三维轮廓仪原理及应用
表面三维微观形貌测量意义
在生产中，表面三维微观形貌对工程零件的许多技术性能的评价具有最直接的影响，而且表面三维评定参数由于能更全面、更真实地反映零件表面的特征及衡量表面的质量而越来越受到重视，因此表面三维微观形貌的测量就越显重要。
通过对三维形貌的测量可以比较全面地评定表面质量的优劣，进而确认加工方法的好坏及设计要求的合理性，这样就可以反过来通过指导加工、优化加工工艺以加工出高质量的表面，确保零件使用功能的实现。
表面三维微观形貌的测量方法非常丰富，通常可分为接触式和非接触式两种，其中以非接触式测量方法为主。
下面介绍其中一种近年来国际上研究比较多的、发展也相对比较成熟的技术：扫描白光干涉法测量表面三维微观形貌技术。
白光干涉扫描原理
在利用白光干涉测量表面三维形貌的过程中，对于被测表面上某一点来说，为了定位其零光程差位置，必须采用某种扫描方式改变参考镜或者被测表面的位置，以此来获得该点光强变化的离散数据，然后依据白光干涉的典型特征来判别并提取最佳干涉位置。
因此称这种方法为扫描白光干涉测量法。
图1(a)所示为白光干涉仪架构图，图1(b)所示为仪器测量原理图，光学系统可采用基本的Michelson式干涉仪结构，只是在参考镜后安装有微驱动装置．而被测表面代替了另一个反射镜。
测量时通过计算机控制徽驱动装置的进给带动参考镜的进给，这样被测样本表面的不同高度平面就会逐渐进入干涉区，如果在充足的扫描范围内进给，被测样本表面的整个高度范围都可以通过最佳干涉位置。
将每步的干涉图样由图像传感器(CCD摄像头)采集，视频信号通过图像采集卡转换成数字信号并存储于计算机内存中，利用与被测面对应的各像素点相关的干涉数据，基于白光干涉的典型特征，通过采用某种最佳干涉位置识别算法对干涉图样数据进行分析处理，提取出特征点位置（最佳干涉位置J，进而就很容易得到各像素点的相对高度，这样便实现了对三维形貌的测量。
1(a)
1(b)
由于传统干涉法存在的局限性，使得当表面微观高度不连续性超过1/4窄带光源波长时，由于条纹的周期性使得不易精确分辨，从而无法进行微观高度超过十几微米的大范围测量。
而扫描白光干涉测量法克服了传统窄带光相移干涉测量中的测量范围小的不足：一方面由于
零级条纹的特征相对其它级别条纹来说区别比较明显，因此易于辨别和定位I另一方面．由于零光程差附近光强呈非周期性，因此它有效地消除了相模糊误差，减少了对测量范围的限制。
中图仪器公司的三维轮廓仪产品垂直测量范围都可达10mm。
扫描白光干涉法三维轮廓仪采用微驱动装置驱动参考镜的激进给。
由于一般微进给的步距精度都比较高，因此可以保证该方法能够达到较高的测量精度。
白光干涉表面三维轮廓仪典型应用
对各种产品、部件和材料表面的平面度、粗糙度、波纹度、面形轮廓、表面缺陷、磨损情况、腐蚀情况、孔隙间隙、台阶高度、弯曲变形情况、加工情况等表面形貌特征进行测量和分析。
应用范例：
白光干涉表面三维轮廓仪主要技术指标：
注：粗糙度性能参数依据ISO 25178国际标准在实验室环境下测量Ra为0.2nm硅晶片Ra参数获得；
台阶高性能参数依据ISO 25178国际标准在实验室环境下测量4.7µm台阶高标准块获得。