【摘要】 创新像散光学轮廓仪实现18-100μm薄膜精准测厚，OPP样品验证误差＜2.7%，具备三维表面重建能力，突破生物薄膜无损检测瓶颈。

技术瓶颈与创新突破​

传统光学轮廓仪仅能测量表面形态（分辨率＜0.1μm），无法获取薄膜内部信息。创新性解决方案通过：

1. 像散聚焦系统：激光焦点深度控制±0.5μm

2. PDIC探测器：反射信号灵敏度提升300%

3. 折射校准算法：折射角精度达0.01°

应用价值：泪膜/角质层等生物薄膜无损检测

 

测量系统架构​

核心组件工作流程：

激光源 → 柱面透镜组（产生像散） → OPP样品 → PDIC接收 → FES信号处理 → 厚度计算

关键参数：

  • 扫描方向精度：±0.2μm
  • Z轴位移范围：0-100μm（可扩展至1.2mm）

图1 a)沿扫描方向测厚示意图。(b)表面上典型的曲线特征。(c) (a)中对应位置的FES与z轴位移曲线。(d)折射校准说明

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精度验证实验​

三种OPP薄膜测试结果：

标称厚度(μm) 测量值(μm) 共聚焦验证(μm) 误差(%)
55 55.2 53.2 0.36
33 33.4 32.7 1.21
18 17.4 16.5 2.70

创新解耦算法：解决＜25μm薄膜耦合问题（SSE优化至0.05）

图2 OPP薄膜厚度为(a) 55、(b) 33和(c) 18µm时，FES与z轴位移曲线,(d) Ds为10.2µm的合成曲线,(e) SSE vs. Ds曲线

 

三维成像能力​

技术优势拓展：

1.表面拓扑重建：粗糙度Ra＜5nm

2.底层结构映射：穿透深度＞80μm

3.实时动态监测：采样率1kHz

 

参考文献：[1] Liao, H.-S.; Cheng, S.-H.; Hwu, E.-T. Method for Film Thickness Mapping with an Astigmatic Optical Profilometer. Sensors 2022, 22, 2865. https://doi.org/10.3390/s22082865

 

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