非接触表面粗糙度/轮廓测量仪器
非接触式测量仪器使用光线代替接触型测量仪器中使用的手写笔。这些仪器有多种类型，例如共聚焦和白光干扰，并且根据所使用的原理有所不同。还有多种接触型检测器通过用光传感器和显微镜代替探针，它们已将其更改为非接触仪。我们将使用Keyence的3D激光扫描显微镜（VK-X系列）来解释共同点的原理。
3D激光扫描显微镜使用共聚焦原理，并用激光作为光源来测量目标表面的底色。
该系统的配置如右图所示。将样品设置在测量单元的XY阶段，并执行3D扫描。
使用Keyence的VK-X系列，X-Y扫描仪嵌入了测量单元中。激光光源在X和Y方向上跨目标表面进行扫描，并获取表面数据。
扫描原则如下所述。
3D激光扫描显微镜测量原理
- 1.从激光光源发出的激光束扫描目标表面。
- 2.激光从目标表面反射，穿过半镜，然后进入光线元件。此时，显微镜记录了接收反射的激光强度以及镜头的高度位置。激光显微镜在X方向上获取1024个数据点，并在Y方向上获取768个数据点，并记录每个点的强度和镜头高度（1024 x 768 = 786432点）。
- 3.当一个表面完成的扫描时，物镜透镜通过指定的音高向Z方向移动。
- 4.对物镜已移动到的表面再次执行相同的表面扫描，并在1024×768点上检查激光反射的光强度。将每个像素的反射光强度与记忆中记录为“ V”中的反射光强度进行比较。如果新的反射光强度更高，则反射的光强度数据和镜头高度位置数据将被覆盖。
- 5.针对指定的z距离重复步骤（2）至（4）的操作。
- 6.最后，对于1024×768像素中的每个像素，在收到最强的激光反射时，在记忆中记录了反射的光强度和镜头高度位置。
- 7.对于光学显微镜，当客观镜头处于焦点为焦点时，WD（工作距离：从物镜到目标的距离）是恒定的。如果假定当反射的光强度最大时，图像是焦点图像是焦点，也就是说，当反射的光强度达到最大值时。
3D激光扫描显微镜精度
准确读取反射光强度的峰值的能力对激光共聚焦测量系统的测量精度具有很大影响。
有很多方法可以构建共聚焦光学系统。这针孔共聚焦法在Keyence的3D激光扫描显微镜中使用：
与针孔共聚焦法，将针孔放置在光接收元件的前面。针孔的直径仅为几十微米，并且在图像不聚焦时具有阻断反射光的作用。
当图像焦点（请参见下图）时，在正常光学系统和激光共聚焦光学系统中，光接收元件都会收到反射光。当图像不在焦点中时，反射的光（异常光）进入正常光学系统的光接收元件，但使用针孔共聚焦法时会被针孔阻塞。换句话说，结构使得反射光仅在图像焦点时才进入光接收元素。
针孔对接收光的影响在右侧的图中说明了。随着激光共焦，焦点的反射光插入峰。另一方面，正常的光学系统会导致轻轻的倾斜曲线。
在焦点缺乏峰值，因此很难检测到目标何时焦点。
激光XY方向分辨率
对于非接触系统，光束斑点对应于接触系统的手写笔。非接触系统不会直接触摸目标，因此它们没有手写笔磨损的缺点和刮擦样品的风险。光束斑点直径的大小对于准确测量样品的轮廓很重要。通常，梁斑点直径越小，可以测量的特征越小。
激光显微镜将激光器用于光源，这使得创建一个极小的光束斑点成为可能。
当使用150倍（N.A. = 0.95）物镜时，VK-X系列使用404 nm紫色激光器的激光源，达到了0.13μm的分辨率0.005 mil对于平面空间分辨率。激光显微镜可以用很小的宽度测量垂体，这不能用接触型系统测量。
