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白光干涉儀的主要原理及“垂直分辨率”解析
閱讀：4034 發(fā)布時間：2020-8-23
白光干涉儀目前在3D檢測領(lǐng)域是精度高的測量儀器之一，在同等系統(tǒng)放大倍率下檢測精度和重復(fù)精度都高于共聚焦顯微鏡和聚焦成像顯微鏡，在一些納米級和亞納米級的超精密加工領(lǐng)域，除了白光干涉儀，其它的儀器無法達(dá)到其測量精度要求。
白光干涉儀是利用光學(xué)干涉原理研制開發(fā)的超精密表面輪廓測量儀器。照明光束經(jīng)半反半透分光鏡分威兩束光，分別投射到樣品表面和參考鏡表面。從兩個表面反射的兩束光再次通過分光鏡后合成一束光，并由成像系統(tǒng)在CCD相機(jī)感光面形成兩個疊加的像。由于兩束光相互干涉，在CCD相機(jī)感光面會觀察到明暗相間的干涉條紋。干涉條紋的亮度取決于兩束光的光程差，根據(jù)白光干涉條紋明暗度以及干涉條紋出現(xiàn)的位置解析出被測樣品的相對高度。
光學(xué)干涉儀的可視化測試結(jié)果，往往是展示一幅“數(shù)據(jù)地圖”，用來描繪樣品表面的三維形貌。它是一個基于X-Y平面，每一個像素高度Z的三維函數(shù)。樣品表面形貌細(xì)節(jié)復(fù)現(xiàn)的精細(xì)程度，就取決于干涉儀能夠分辨的小“Z”變化尺度，即“垂直分辨率”。在所測范圍內(nèi)，樣品表面形貌變化的細(xì)節(jié)程度，已達(dá)到納米（nm）量級。
白光干涉儀的“垂直分辨率”指標(biāo)常常出現(xiàn)在各種技術(shù)手冊或者測試標(biāo)準(zhǔn)中。有意思的是，它也是容易引起誤解的指標(biāo)。對于這一指標(biāo)，現(xiàn)在還沒有明確正式的定義，“垂直分辨率”如何計算，如何測試和驗證。
很多研究人員，包括設(shè)備制造商，都迫切希望，能有類似“垂直分辨率”，可驗證可復(fù)現(xiàn)指標(biāo)。幫助用戶在選擇不同計量方案；和選購不同廠家的計量設(shè)備的時候，能方便比較相關(guān)性能。
參考計量學(xué)對于分辨率的定義，分辨率是各個計量結(jié)果值之間，能夠有意義區(qū)分的小差異。對于某些設(shè)備，小分辨率相對易于理解。比如光學(xué)成像系統(tǒng)的橫向分辨率取決于衍射極限；探針式二維輪廓儀的橫向分辨率取決于探針頂端曲率半徑。