光學測量作為一種非接觸式測量方法，在某些方面與接觸式三坐標測量相比具有本質上的優勢。它不使用接觸式測針進行采點，而是利用了光的物理特性來進行測量，這樣就能夠完全避免測針補償帶來的潛在問題，也使被測物體表面不再受到測針接觸帶來的影響。而光學測頭的測量速度通常也遠遠高于觸發式測頭。首先，光學測頭的采點方式都是連續的，不需要進行測針歸位；而且在采點過程中，光學測頭也區別于觸發式測頭：觸發式測頭會因為接觸物體表面時速度過快而被認為發生了碰撞，而光學測頭則完全不會出現這個問題。  

紅寶石球與物體表面接觸

光學測頭的分類方法有很多，種類更是繁復。從測量原理上通常可以分為共軸測量和三角測量；從光源維度上可以分為點光源、線光源和面光源；從光源色譜上又可以分為單色光源和白光源。共軸測量中常見的方法有2種：其一是干涉法，它利用了光的波長特性，將一束光通過平面分光鏡（半透半反）分成兩束，一束由鏡面反射至參考平面，另一束則透射至被測物體表面，兩束光經疊加后產生干涉條紋，干涉條紋的形式取決于物體的距離與物體表面的幾何特征；另一種是共焦法，從一個點光源發射的探測光通過透鏡聚焦到被測物體上，如果物體恰在焦點上，那么反射光通過原透鏡應當匯聚回到光源，即所謂的共焦。在反射光的光路上加上了一塊半反半透鏡，將反射光折向帶有小孔的擋板，小孔位置相當于光源。光度計測量小孔處的反射光強度，強度時物體即位于透鏡焦點平面，這樣即可測得物點的位置。三角測量則利用光源、像點和物點之間的三角關系來求得物點的距離。以點光源為例：光源向物體發射一個光點，光點到達物體后經過反射在傳感器上得到一個像點；光源、物點和像點形成了一定的三角關系，其中光源和傳感器上的像點位置是已知的，由此可以計算得出物點的位置所在。  

三角測量結果

目前各種光學測頭采用的光源種類主要有激光和白光。激光作為一種準直、相干的單色光，廣泛地用作測頭光源。白光則是由各種波長的光組成的，因此顏色呈白色。激光和白光的區別在于，激光是一種單色光，因此擁有高度相干性，有些測頭正是利用了激光的相干性來實現其功能；而白光由各種波長的光組成，因此相干性相當微弱。如前所述，利用單色光的高度相干性可以根據某些原理進行測量，但事物的兩面性同時說明，在有些地方相干性也會干擾測量。例如，激光測頭利用物體表面的反射光進行三角測量時，照射到物體表面的激光會呈現顆粒狀的結構，這種顆粒狀的結構稱為“散斑”，而這種現象稱為“散斑效應”。散斑效應是由于激光照射在粗糙表  

面經反射造成的。大多數物體的表面與激光的波長相比都是粗糙的，因此當光波從物體表面反射時，表面各點都發出一束高度相干的子波，子波疊加的結果就形成了物體表面呈隨機分布的散斑。而白光由于由各種波長的光組成，因此相干性被大大削弱，所以在物體表面反射時，很難觀察到散斑效應。這樣的區別對于三角測量來說影響是十分巨大的。原因在于，三角測量依據像點在傳感器上的位置來確定物點的空間位置；而像點在傳感器上通常不會是簡單的一個像素點，反射光照射到傳感器上使得一部分像素感光，計算機可以通過像素分析來確定這一群像素的中心，從而得到像點的位置。由于散斑效應的存在，使得要確定像點的位置變得非常困難，且誤差較大；而分布均勻且對稱的光點會對像點位置的確定非常有利。這就是三角測量當中白光性能要優于激光的根本原因。