觀測(cè)微觀世界的利器！揭秘光學(xué)3D表面輪廓儀的三維顯微成像技術(shù)

光學(xué)3D表面輪廓儀(白光干涉儀)利用白光干涉原理，以0.1nm分辨率精準(zhǔn)捕捉物體的表面細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)三維顯微成像測(cè)量，被廣泛應(yīng)用于材料學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。

了解工作原理與技術(shù)

材料學(xué)領(lǐng)域中的光學(xué)3D表面輪廓儀，也被稱為白光干涉儀，是利用白光干涉原理進(jìn)行成像測(cè)量的儀器，是一種通過(guò)測(cè)量干涉光的干涉條紋來(lái)獲取物體表面形貌的方法。

該儀器通過(guò)發(fā)射一束寬光譜的白光，并將其照射到被測(cè)物體表面，然后收集被物體反射的光線，形成一系列干涉條紋。干涉條紋的形態(tài)和分布與物體表面的高度和形狀有關(guān)，通過(guò)分析這些干涉條紋，從而得到物體的三維形貌信息。

光學(xué)3D表面輪廓儀在測(cè)量中采用了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，提供自動(dòng)對(duì)焦、自動(dòng)找條紋、自動(dòng)調(diào)亮度等自動(dòng)化輔助功能，可以根據(jù)被測(cè)物體的形狀和表面特性，自動(dòng)調(diào)節(jié)光路和光學(xué)參數(shù)，以達(dá)到最好的成像效果。這種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以減少成像過(guò)程中的誤差和失真，還可以提高成像的分辨率和清晰度。

此外，針對(duì)完成樣品超光滑凹面弧形掃描所需同時(shí)滿足的高精度、大掃描范圍的需求，SuperViewW光學(xué)3D表面輪廓儀的擴(kuò)展型相移算法EPSI集合了相移法PSI的高精度和垂直法VSI的大范圍兩大優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)拼接模塊下，只需要確定起點(diǎn)和終點(diǎn)，即可自動(dòng)掃描，自動(dòng)濾除樣品表面噪點(diǎn)，重建超光滑表面區(qū)域。

了解產(chǎn)品特點(diǎn)與應(yīng)用

從0.5%~100%反射率的樣品，光學(xué)3D表面輪廓儀均可測(cè)量。比如透明的玻璃表面，加上增透膜，其反射率小于1%；也可以用于測(cè)試直至100%反射率的各類高反表面。

在可見光領(lǐng)域，球面透鏡是一種基礎(chǔ)的光學(xué)器件，其表面粗糙度和曲率半徑都關(guān)系著光的傳播效果，光學(xué)3D表面輪廓儀可以一次完成這兩項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)。某型號(hào)雙膠合透鏡（圖），取透鏡上表面進(jìn)行檢測(cè)，得其粗糙度小于1nm，曲率半徑為61.2mm左右，與理論值61.5mm僅差0.3mm左右，考慮到光學(xué)透鏡的加工容許誤差為2%，因此所測(cè)值與理論相符。

一般加工出來(lái)的藍(lán)寶石玻璃分為單面拋光和雙面拋光兩種，拋光程度——也就是表面粗糙度直接決定了其表面質(zhì)量等級(jí)，圖為一片單面拋光藍(lán)寶石玻璃的光面和糙面的粗糙度檢測(cè)圖像及數(shù)據(jù)。 光面的粗糙度曲線顯示，光面上分布的凸點(diǎn)只有1nm左右的高度起伏，其表面粗糙度為0.1nm左右，而糙面的高度起伏則達(dá)到了3.2um，表面粗糙度則為500nm左右。

如圖，選取的測(cè)量區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一條寬6um，深6nm的肉眼無(wú)法觀測(cè)到的劃痕，玻璃屏表面的粗糙度在1nm附近。

圖為透明玻璃表面鍍的一層金屬膜，需要測(cè)膜層的厚度，由于其非透明的特性，薄膜測(cè)厚儀無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，而由于其膜層厚度精度在納米級(jí)別，接觸式的臺(tái)階儀和其它的非接觸式光學(xué)儀器也存在測(cè)量誤差較大的風(fēng)險(xiǎn)，而以光學(xué)干涉原理為基礎(chǔ)研制成的光學(xué)3D表面輪廓儀，利用軟件的自動(dòng)面臺(tái)階高檢測(cè)功能對(duì)重建的3D圖像兩臺(tái)階高進(jìn)行檢測(cè)，從數(shù)值可知，兩臺(tái)階面平均高度差為82nm，而至大高度差90nm，至小高度差為78nm。

光學(xué)3D表面輪廓儀的特殊光源模式可以廣泛適用于從光滑到粗糙等各種精細(xì)器件表面的測(cè)量；通道氣浮隔振系統(tǒng)大幅減小了環(huán)境振動(dòng)的影響，還可以降低高精度量測(cè)時(shí)的噪聲，提高超光滑表面形貌的測(cè)試精度。

SuperViewW光學(xué)3D表面輪廓儀囊括粗糙度、平面度、孔洞分析等3D測(cè)量功能，覆蓋距離、角度、直徑測(cè)量等2D輪廓分析功能，提供依據(jù)ISO/ASME/EUR/GBT四大國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)300余種2D、3D參數(shù)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛應(yīng)用于材料學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。它可以用來(lái)測(cè)量各種材料的微觀形貌，包括金屬、陶瓷、塑料等。通過(guò)獲取物體的三維形貌信息，研究人員可以了解材料的表面粗糙度、形狀和尺寸等參數(shù)，從而進(jìn)一步分析材料的性能和特性。此外，光學(xué)3D表面輪廓儀還可以應(yīng)用于制造業(yè)等領(lǐng)域，在半導(dǎo)體制造及封裝工藝檢測(cè)、3C電子玻璃屏及其精密配件、光學(xué)加工、微納材料及制造等行業(yè)中，提供重要的技術(shù)支持。