Sensofar 輪廓儀：白光干涉共聚焦技術淺析：
在眾多表面形貌測量方法中，光學法因其非接觸、速度快等特點受到關注。3D光學輪廓儀是一個類別，它包含多種基于不同光學原理的技術，白光干涉共聚焦顯微鏡是其中具有代表性的一種。本文旨在淺析這項技術如何為三維表面輪廓測量提供一種解決方案。
白光干涉共聚焦顯微鏡的本質，是將白光掃描干涉測量與共聚焦顯微系統相結合。干涉測量部分負責獲取高精度的垂直方向高度信息，其白光光源的短相干長度特性，使得只有在參考光與測量光光程幾乎相等的一個很窄區域內才會產生清晰的干涉條紋，這有助于確定的零光程差位置，從而實現對表面高度的判定。共聚焦部分則通過針孔空間濾波，提升系統的橫向分辨率和光學切片能力，能更好地處理復雜散射表面或具有一定透明度的樣品。這種組合讓該設備在作為3D光學輪廓儀使用時，表現出一些特點。它能夠實現從亞納米到毫米量級的垂直測量范圍，適應從超光滑光學表面到一般機械加工表面的測量需求。測量過程無需與樣品接觸，避免了因接觸力導致的表面變形或損傷，適合測量柔軟、脆弱或易污染的材料。同時，它能提供完整的視野三維形貌圖，而不僅僅是單條輪廓線，便于用戶從整體上觀察和分析表面的紋理、磨損、缺陷等分布情況。在實際應用中，這類設備在多個領域提供支持。在微電子與MEMS（微機電系統）領域，用于測量微結構的尺寸、釋放孔深度以及結構的靜態形變。在材料領域，如復合材料、金屬增材制造（3D打印）部件的表面，可用于分析成型后的表面粗糙度、熔池形貌或孔隙特征。在生物醫學領域，也有研究將其用于觀察骨植入體表面、生物薄膜或某些組織工程支架的三維形貌，以評估其表面特性與生物相容性的潛在關聯。使用這類設備時，用戶通常需要根據樣品情況選擇合適的物鏡倍數，以平衡測量視野和分辨率。對于高陡坡或深溝槽結構，可能需要使用數值孔徑較高的物鏡，或通過多角度測量來獲取完整數據。設備的配套分析軟件一般提供多種工具，可以方便地提取截面輪廓、進行形貌對比、計算各種國際標準規定的表面粗糙度參數，并生成檢測報告。當然，作為一種測量方法，它也有其適用的范圍和需要注意的方面。例如，對于過于粗糙而導致強烈散射的表面，或光學特性特殊（如吸光）的樣品，可能難以獲得有效的干涉信號。此外，環境振動、空氣擾動等因素可能對高精度干涉測量產生干擾，因此設備通常需要放置在相對穩定的工作環境中。總體而言，基于白光干涉共聚焦技術的3D光學輪廓儀，為表面三維形貌的定量化表征提供了一種有用的技術選擇。它平衡了測量范圍、精度和速度，在工業檢測與科學研究中扮演著一定的角色。隨著相關光學、電子與計算技術的進步，其功能與易用性有望得到進一步優化。
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