Instrumen yang digunakan dalam mikroskop sinar ganda terutama digunakan untuk mengukur kekasaran permukaan. Ini juga dapat digunakan untuk mengukur ketebalan overlay transparan dan tembus cahaya, terutama film anodized pada aluminium.
Instrumen bekerja dengan menyinari sinar pada sudut 45 derajat datang ke permukaan overlay, dan sebagian sinar dipantulkan kembali dari permukaan overlay. Bagian lain menembus penutup dan memantulkan kembali dari antarmuka penutup-substrat. Dua gambar terpisah dapat dilihat dari lensa mata mikroskop, jaraknya sebanding dengan ketebalan overlay, dan jaraknya dapat diukur dengan menyesuaikan kenop kontrol skala.
Metode ini hanya dapat digunakan bila cukup cahaya yang dipantulkan kembali pada antarmuka lapisan-substrat untuk mendapatkan gambar yang jelas di mikroskop.
Untuk overlay transparan atau tembus cahaya, seperti film anodized, metode ini tidak merusak. Untuk mengukur ketebalan lapisan penutup buram, sebagian kecil lapisan penutup harus dihilangkan, sehingga terbentuk langkah yang dapat membiaskan berkas cahaya antara permukaan lapisan penutup dan substrat, sehingga nilai absolutnya ketebalan lapisan penutup dapat diukur. Dalam hal ini, metode yang digunakan adalah metode pengujian destruktif.
Kesalahan pengukuran mikroskop dua berkas biasanya kurang dari 10 persen.
