表面形貌的光学测量

　　1 Introduction to Surface Texture Measurement Richard Leach
　　1.1 Surface Texture Measurement
　　1.2 Surface Profile and Areal Measurement
　　1.3 Areal Surface Texture Measurement
　　1.4 Surface Texture Standards and GPS
　　1.4.1 Profile Standards
　　1.4.2 Areal Specification Standards
　　1.5 Instrument Types in the ISO 25178 Series
　　1.5.1 The Stylus Instrument
　　1.5.2 Scanning Probe Microscopes
　　1.5.3 Scanning Electron Microscopes
　　1.5.4 Optical Instrument Types
　　1.6 Considerations When Choosing a Method
　　Acknowledgements
　　References
　　2 Some Common Terms and Definitions Richard Leach
　　2.1 Introduction
　　2.2 The Principal Aberrations
　　2.3 Objective Lenses
　　2.4 Magniflcation and Numerical Aperture
　　2.5 Spatial Resolution
　　2.6 Optical Spot Size
　　2.7 Field of View
　　2.8 Depth of Field and Depth of Focus
　　2.9 Interference Objectives
　　Acknowledgements
　　References
　　3 Limitations of Optical 3D Sensors Gerd H?usler,Svenja Ettl
　　3.1 Introduction:What Is This Chapter About?
　　3.2 The Canonical Sensor
　　3.3 Optically Rough and Smooth Surfaces
　　3.4 Type Ⅰ Sensors:Triangulation
　　3.5 Type Ⅱ and Type Ⅲ Sensors:Interferometry
　　3.6 Type Ⅳ Sensors:Deflectometry
　　3.7 Only Four Sensor Principles?
　　3.8 Conclusion and Open Questions
　　References
　　4 Calibration of Optical Surface Topography Measuring Instruments Richard Leach,Claudiu Giusca
　　4.1 Introduction to Calibration and Traceability
　　4.2 Calibration of Surface Topography Measuring Instruments
　　4.3 Can an Optical Instrument Be Calibrated?
　　4.4 Types of Material Measure
　　4.5 Calibration of Instrument Scales
　　4.5.1 Noise
　　4.5.2 Residual Flatness
　　4.5.3 Amplification,Linearity and Squareness of the Scales
　　4.5.4 Resolution
　　4.6 Relationship between the Calibration,Adjustment and Measurement Uncertainty
　　4.7 Summary
　　Acknowledgements
　　References
　　5 Chromatic Confocal Microscopy Francois Blateyron
　　5.1 Basic Theory
　　5.1.1 Confocal Setting
　　5.1.2 Axial Chromatic Dispersion
　　5.1.3 Spectral Decoding
　　5.1.4 Height Detection
　　5.1.5 Metrological Characteristics
　　5.1.5.1 Spot Size
　　5.2 Instrumentation
　　5.2.1 Lateral Scanning Configurations
　　5.2.1.1 Profile Measurement
　　5.2.1.2 Areal Measurement
　　5.2.2 Optoelectronic Controller
　　5.2.3 Optical Head
　　5.2.4 Light Source
　　5.2.5 Chromatic Objective
　　5.2.6 Spectrometer
　　5.2.7 Optical Fibre Cord
　　5.3 Instrument Use and Good Practice
　　5.3.1 Calibration
　　5.3.1.1 Calibration of Dark Level
　　5.3.1.2 Linearisation of the Response Curve
　　5.3.1.3 Calibration of the Height Amplification Coefficient
　　5.3.1.4 Calibration of the Lateral Ampliflcation Coefficient
　　5.3.1.5 Calibration of the Hysteresis in Bi-directional Measurement
　　5.3.2 Preparation for Measurement
　　5.3.3 Pre-processing
　　5.4 Limitations of the Technique
　　5.4.1 Local Slopes
　　5.4.2 Scanning Speed
　　5.4.3 Light Intensity
　　5.4.4 Non-measured Points
　　5.4.5 Outliers
　　5.4.6 Interference
　　5.4.7 Ghost Foci
　　5.5 Extensions of the Basic Principles
　　5.5.1 Thickness Measurement
　　5.5.2 Line and Field Sensors
　　5.5.3 Absolute Reference
　　5.6 Case Studies
　　Acknowledgements
　　References
　　6 Point Autofocus Instruments Katsuhiro Miura,Atsuko Nose
　　6.1 Basic Theory
　　6.2 Instrumentation
　　6.3 Instrument Use and Good Practice
　　6.3.1 Comparison with Roughness Material Measures
　　6.3.2 Three-Dimensional Measurement of Grinding Wheel Surface Topography
　　6.4 Limitations of PAI
　　6.4.1 Lateral Resolution
　　6.4.2 Vertical Resolution
　　6.4.3 The Maximum Acceptable Local Surface Slope
　　6.5 Extensions of the Basic Principles
　　6.6 Case Studies
　　6.7 Conclusion
　　References
　　7 Focus Variationl Instruments Franz Helmli
　　7.1 Introduction
　　7.2 Basic Theorg
　　7.2.1 How Does It Work?
　　7.2.2 Acquisition of Image Data
　　7.2.3 Measurement of 3D Information
　　7.2.4 Post-processing
　　7.2.5 Handling of Invalid Points
　　7.3 Difference to Other Techniques
　　7.3.1 Difference to Imaging Confocal Microscopy
　　7.3.2 Difference to Point Auto Focusing Techniques
　　7.4 Instrumentation
　　7.4.1 Optical System
　　7.4.2 CCD Sensor
　　7.4.3 Light Source
　　7.4.4 Microscope Obiective
　　7.4.5 Driving Unit
　　7.4.6 Practical Instrument Realisation
　　7.5 Instrument Use and Good Practice
　　7.6 Limitations of the Technology
　　7.6.1 Translucent Materials
　　7.6.2 Measurable Surfaces
　　7.7 Extensions of the Basic Principles
　　7.7.1 Repeatability Information
　　7.7.2 High Radiometric Data Accluisition
　　7.7.3 2D Alignment
　　7.7.4 3D Alignment
　　7.8 Case Studies
　　7.8.1 Surface Texture Measurement of Worn Metal Parts
　　7.8.2 Form Measurement of Complex Tap Parameters
　　7.9 Conclusion
　　Acknowledgements
　　References
　　8 Phase Shifting Interferometry Peter de Groot
　　8.1 Conceot and Overview
　　8.2 Principles of Surface Measurement Interferometry
　　8.3 Phase Shifting Method
　　8.4 Phase Unwrapping
　　8.5 Phase Shifting Error Analysis
　　8.6 Interferometer Design
　　8.7 Lateral Resolution
　　8.8 Focus
　　8.9 Light Sources
　　8.10 Calibration
　　8.11 Examples of PSI Measurement
　　References
　　9 Coherence Scanning Interferometry Peter de Groot
　　9.1 Conceot and Overview
　　9.2 Terminology
　　9.3 Typical Configurations of CSI
　　9.4 Signal Formation
　　9.5 Signal Processing
　　9.6 Foundation Metrics and Height Calibration for CSI
　　9.7 Dissimilar Materials
　　9.8 Vibrational Sensitivity
　　9.9 Transparent Films
　　9.10 Examples
　　9.11 Conclusion
　　References
　　10 Digital Holographic Microscopy Tristan Coolmb,Jonas Kühn
　　10.1 Introduction
　　10.2 Basic Theory
　　10.2.1 Acquisition
　　10.2.2 Reconstruction
　　10.3 Instrumentation
　　10.3.1 Light Source
　　10.3.2 Digital Camera
　　10.3.3 Microscope Obiective
　　10.3.4 Optical Path Retarder
　　10.4 Instrument Use and Good Practice
　　10.4.1 Digital Focusing
　　10.4.2 DHM Parameters
　　10.4.3 Automatic Working Distance in Reflection DHM
　　10.4.4 Sample Preoaration and Immersion Liquids
　　10.5 Limitations of DHM
　　10.5.1 Parasitic Interferences and Statistical Noise
　　10.5.2 Height Measurement Range
　　10.5.3 Sample Limitation
　　10.6 Extensions of the Basic DHM Principles
　　10.6.1 Multi-wavelength DHM
　　10.6.1.1 Extended Measurement Range
　　10.6.1.2 Mapping
　　10.6.2 Stroboscopic Measurement
　　10.6.3 DHM Reflectometry
　　10.6.4 Infinite Focus
　　10.6.5 Applications of DHM
　　10.6.5.1 Topography and Defect Detection
　　10.6.5.2 Roughness
　　10.6.5.3 Micro-optics Characterization
　　10.6.5.4 MEMS and MOEMS
　　10.6.5.5 Semi-transparent Micro-structures
　　10.7 Conclusions
　　References
　　11 Imaging Confocal Microscopy Roger Artigas
　　11.1 Basic Theory
　　11.1.1 Introduction to Imaging Confocal Microscopes
　　11.1.2 Working Principle of an Imaging Confocal Microscope
　　11.1.3 Metrological Algorithm
　　11.1.4 Image Formation of a Confocal Microscope
　　11.1.4.1 General Description of a Scanning Microscope
　　11.1.4.2 Point Spread Function for the Limiting Case of an Infinitesimally Small Pinhole
　　11.1.4.3 Pinhole Size Effect
　　11.2 Instrumentation
　　11.2.1 Types of Confocal Microscopes
　　11.2.1.1 Laser Scanning Confocal Microscope Configuration
　　11.2.1.2 Disc Scanning Confocal Microscope Configuration
　　11.2.1.3 Programmable Array Scanning Confocal Microscope Configuration
　　11.2.2 Objectives for Confocal Microscopy
　　11.2.3 Vertical Scanning
　　11.2.3.1 Motorised Stares with Optical Linear Encoders
　　11.2.3.2 Piezoelectric Stages
　　11.2.3.3 Comparison between Motorised and Piezoelectric Scanning Stages
　　11.3 Instument Use and Good Practice
　　11.3.1 LocatiOn of an Imaging Confocal Microscope
　　11.3.2 Setting Up the Sample
　　11.3.3 Setting the Right Scanning Parameters
　　11.3.4 Simultaneous Detection of Confocal and Bright Field Images
　　11.3.5 Sampling
　　11.3.6 Low Magniflcation against Stitching
　　11.4 Limitatioas of Imaging Confocal Microscopy
　　11.4.1 Maximum Detectable Slope on Smooth Surfaces
　　11.4.2 Noise and Resolution in Imaging Confocal Microscopes
　　11.4.3 Errors in Imaring Confocal Microscopes
　　11.4.3.1 Objective Flatness Error
　　11.4.3.2 Calibration of the Flatness Error
　　11.4.3.3 Measurements on Thin Transparent Materials
　　11.4.4 Lateral Resolution
　　11.5 Measurement of Thin and Thick Film with Imaging Confocal Microscopy
　　11.5.1 Introduction
　　11.5.2 Thick Films
　　11.5.3 Thin Films
　　11.6 Case Study:Roughness Prediction on Steel Plates
　　References
　　12 Light Scattering Methods Theodore V.Vorburger,Richard Silver,Rainer Brodmann,Boris Brodmann,J?rg Seewig
　　12.1 Introduction
　　12.2 Basic Theory
　　12.3 Instrumentation and Case Studies
　　12.3.1 Early Developments
　　12.3.2 Recent Developments in Instrumentation for Mechanical Engineering Manufacture
　　12.3.3 Recent Developments in Instrumentation for Semiconductor Manufacture(Optical Critical Dimension)
　　12.4 Instrument Use and Good Practice
　　12.4.1 SEMI MF 1048-1109(2009)Test Method for Measuring the Effective Surface Roughness of Optical Components by Total Integrated Scattering
　　12.4.2 SEMI ME 1392-1109(2009)Guide for Angle-Resolved Optical Scatter Measurements on Specular or Diffuse Surfaces
　　12.4.3 ISO10110-8:2010 Optics and Photonics-Preparation of Drawings for Optical Elements and Systems-Part 8:Surface Texture
　　12.4.4 Standards for Gloss Measurement
　　12.4.5 VDA Guideline 2009,Geometrische Produktspezifikation Oberfl?chenbeschaffenheit Winkelaufgel?ste Streulichtmesstech-nik Definition,Kenngr?βen und Anwendung(Light Scattering Measurement Technique)
　　12.5 Limitations of the Technique
　　12.6 Extensions of the Basic Principles
　　Acknowledgements
　　References
　　Index

　　《表面形貌的光学测量》介绍了表面形貌测量领域中一系列国际标准规范。复杂的准则都是基于新的测量技术而产生的。目前有很多用来测量表面形貌新的光学技术，每种方法都有其优点以及局限性。本书既适用于业界及学术研究领域的工程人员， 也适用于相关领域的研究生及高年级本科生。