GBS metrology GmbH 成立于1997年，开发、制造并销售基于相干扫描（白光）干涉原理的光学三维传感器和轮廓仪，用于快速测量、记录和评估微观几何形状、表面结构及粗糙度，具有极高的分辨率。该公司在德国伊尔梅瑙生产的系统不仅用于实验室，也可用于生产环境，包括用于生产线内的实时质量控制。
相干扫描干涉测量的典型应用领域包括半导体晶圆、通过磨削或激光刻蚀制备的微加工表面、航空发动机零件、医疗植入物、增材制造零件、精密光学元件以及用于摩擦学研究的构件。在这些领域，高垂直分辨率结合快速、非接触的表面测量对科研和工业质量保证都是必不可少的。
测量原理依赖于高性能的干涉显微物镜。自 smartWLI 产品系列早期开发阶段（2007 年上市前）以及之后持续迭代以来，GBS metrology 一直采用由尼康公司工业计量事业部提供的干涉物镜。这些物镜包括尼康的 CF IC EPI Plan DI 双光束镜面型（Mirau）干涉物镜以及 Michelson 型 CF IC EPI Plan TI 干涉物镜，为在各种放大倍率下获取稳健且高对比度的干涉信号提供了光学基础。GBS metrology 销售总监 Matthias Liedmann 表示：
“多年来我们一直成功地使用尼康的干涉物镜。它们的光学质量一贯很高。紧凑的设计和较轻的重量在需要在显微镜转塔上安装多只物镜的应用中具有明显优势。”
Mirau 结构将微型分束器和参考镜直接集成在物镜内部，而 Michelson 结构则将这些组件置于物镜外部。Michelson 物镜通常具有较宽的视场、较长的工作距离和较低的放大倍数（通常最高至 5×），因此特别适合用于高分辨率的粗糙度和纹理测量。相对而言，Mirau 物镜可实现高达 100× 的更高放大倍数，适用于需要在较小测量场上获得精细横向分辨率的应用。
高分辨率三维测量可以不仅检测和评估粗糙度，还可识别波状结构、凸起边缘和局部缺陷。smartWLI nimbus8 配备的 10× 物镜已能提供符合 ISO 21920 要求的 0.5 μm 测量点间距，从而实现 ISO 合规的粗糙度测量。如需对更小的结构进行更高分辨率的测量，可切换至更高放大倍率的物镜以满足需求。
因此，Mirau 物镜主要用于表面粗糙度、纹理和微观几何的细节表征，而 Michelson 物镜则在快速大面积扫描和多视场拼接方面表现突出。GBS metrology 系统中实现的相干扫描干涉法的一项关键优势是，所能达到的高度分辨率在很大程度上不受物镜放大倍率和测量场大小的影响，从而使得在不牺牲垂直分辨率的前提下能够灵活适应多种测量任务。
相干扫描干涉法在粗糙度和表面结构分析方面具有显著优势，可在极短的采集时间内测量亚纳米级粗糙度的超光滑表面。这一能力使得在相对较大的面积上可靠地检测和评估非常微小的表面缺陷，从而既支持科研级分析，也支持工业过程控制。
SmartWLI nimbus8 光学三维传感器将高速高分辨率的 10GigE（万兆以太网）相机接口与 800 万像素传感器相结合，用于测量数据采集和实时图像处理。通过在 NVIDIA 图形处理单元上进行大规模并行计算，可在保持优良信号质量的同时实现高测量吞吐量，扩展了相干扫描干涉法在实验室和生产环境中的性能上限。
高分辨率三维表面测量能够在一次测量中表征显微级的粗糙度以及宏观的波纹、凸起边缘和局部缺陷。采用 10× 物镜时，SmartWLI nimbus8 可达到 0.5 μm 的横向采样间距，满足 ISO 21920 对 ISO 合规粗糙度测量的要求。对于需要更高横向分辨率的应用，可无缝集成更高放大倍率的物镜。
先进的信号处理算法将测得的干涉信号与理想参考信号进行比对，以导出数据质量指标。这种方法可可靠检测倾斜表面上的弱干涉信号并有效抑制异常值，从而生成高精度点云，而无需采用会降低分辨率的矩阵滤波。光学性能、传感器架构与数据处理的结合构成了 GBS metrology 光学三维传感器与轮廓仪系统的多功能性与测量可靠性的基础。
文章转自尼康工业解决方案公众号，如有侵权，请联系删除。
