線陣光譜共焦技術(shù)

背景技術(shù):光學(xué)測(cè)量與成像技術(shù),通過光源、被測(cè)物體和探測(cè)器三點(diǎn)共，去除焦點(diǎn)以外的雜散光，得到比傳統(tǒng)寬場(chǎng)顯微鏡更高的橫向分辨率，同時(shí)由于引入圓孔探測(cè)具有了軸向深度層析能力，通過焦平面的上下平移從而得到物體的微觀三維空間結(jié)構(gòu)信息。這種三維成像能力使得共焦三維顯微成像技背景技術(shù):光學(xué)測(cè)量與成像技術(shù),通過光源、被測(cè)物體和探測(cè)器三點(diǎn)共，去除焦點(diǎn)以外的雜散光，得到比傳統(tǒng)寬場(chǎng)顯微鏡更高的橫向分辨率，同時(shí)由于引入圓孔探測(cè)具有了軸向深度層析能力，通過焦平面的上下平移從而得到物體的微觀三維空間結(jié)構(gòu)信息。這種三維成像能力使得共焦三維顯微成像技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、材料分析、工業(yè)探測(cè)及計(jì)量等各種不同的領(lǐng)域之中?，F(xiàn)有的光學(xué)測(cè)量術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、材料分析、工業(yè)探測(cè)及計(jì)量等各種不同的領(lǐng)域之中?，F(xiàn)有的光學(xué)測(cè)量與成像技術(shù)主要激光成像，其功耗大、成本高，而且精度較差,難以勝任復(fù)雜異形表面(如曲面、弧面、凸凹溝槽等)的高精度、穩(wěn)定檢測(cè)或者成像的光譜共焦成像技術(shù)比激光成像具有更高的精度，而且能夠降低功耗和成本但現(xiàn)有的光譜共焦檢測(cè)設(shè)備大都是靜態(tài)檢測(cè),檢測(cè)效率低，而且難以勝任復(fù)雜異形表面 。光譜共集技術(shù)的精度可以達(dá)到納米級(jí)別。線陣光譜共焦技術(shù)

光譜共焦測(cè)量技術(shù)由于其高精度、允許被測(cè)表面有更大的傾斜角、測(cè)量速度快、實(shí)時(shí)性高、對(duì)被測(cè)表面狀況要求低以及高分辨率等特點(diǎn)，已成為工業(yè)測(cè)量的熱門傳感器，在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、半導(dǎo)體制造、表面工程研究、精密測(cè)量和3C電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本次測(cè)量場(chǎng)景采用了創(chuàng)視智能TS-C1200光譜共焦傳感頭和CCS控制器。TS-C系列光譜共焦位移傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)0.025 μm的重復(fù)精度、±0.02%的線性精度，30kHz的采樣速度和±60°的測(cè)量角度，適用于鏡面、透明、半透明、膜層、金屬粗糙面、多層玻璃等材料表面，支持485、USB、以太網(wǎng)和模擬量的數(shù)據(jù)傳輸接口。線陣 光譜共焦光譜共焦位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)別的位移和形變測(cè)量，具有高精度和高分辨率。

具有1 mm縱向色差的超色差攝像鏡頭，擁有0.4436的圖象室內(nèi)空間NA和0.991的線形相關(guān)系數(shù)R2。這個(gè)構(gòu)造達(dá)到了原始設(shè)計(jì)要求，表現(xiàn)出了?光學(xué)性能。在實(shí)現(xiàn)線性散射方面，有一些關(guān)鍵條件需要考慮，并且可以采用不同的優(yōu)化方法來完善設(shè)計(jì)。首先，線性散射的完成條件是確保攝像鏡頭的各光譜成分具有相同的焦點(diǎn)位置，以減少色差。為了滿足這一條件，需要采用精確的光學(xué)元件制造和裝配，以確保不同波長(zhǎng)的光線匯聚在同一焦點(diǎn)上。此外，使用特殊的透鏡設(shè)計(jì)和涂層技術(shù)也可以減小縱向色差。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，一類方法是采用非球面透鏡，以更好地校正色差，提高圖象質(zhì)量。另一類方法包括使用折射率不同的材料組合，以控制光線的傳播和散射。此外，可以通過改進(jìn)透鏡的曲率半徑、增加光圈葉片數(shù)量和設(shè)計(jì)更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)來進(jìn)一步提高性能?？偨Y(jié)而言，這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了高線性縱向色差和高圖象室內(nèi)空間NA在超色差攝像鏡頭設(shè)計(jì)中的重要性 。這個(gè)設(shè)計(jì)方案展示了光學(xué)工程的進(jìn)步，表明光譜共焦位移傳感器的商品化生產(chǎn)制造將朝著高線性縱向色差、高圖象室內(nèi)空間NA的趨勢(shì)發(fā)展，從而提供更精確和高性能的成像設(shè)備，滿足不同領(lǐng)域的需求。

在點(diǎn)膠工藝中生成的膠水小球目前只能通過視覺系統(tǒng)檢驗(yàn)。在生產(chǎn)中必須保證點(diǎn)膠路線是連貫和穩(wěn)定的，而通過色散共焦測(cè)量傳感器系統(tǒng)就能夠控制許多質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)中的很多參數(shù)。膠水小球相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)必須安置在正中間。在點(diǎn)膠起始和結(jié)束的異常的材料積聚能被檢測(cè)出來。色散共焦測(cè)量就連缺口也能被檢測(cè)到。在3C領(lǐng)域，對(duì)于精密點(diǎn)膠的要求越來越高，這就要求必須實(shí)時(shí)檢測(cè)膠水高度來實(shí)現(xiàn)精密點(diǎn)膠的閉環(huán)控制。由于膠水有透明及非透明多種材質(zhì)，并且膠型輪廓較為復(fù)雜，傾斜角度大，傳統(tǒng)激光傳感器無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出膠水輪廓高度。創(chuàng)視智能探頭擁有的測(cè)量角度 ，可以適用于各種膠水輪廓高度測(cè)量，特別是在圓孔膠高檢測(cè)擁有的優(yōu)勢(shì)。所以目前業(yè)界通用做法，就是采用超大角度光譜共焦傳感器，由于光譜共焦傳感器采用白光，白光是復(fù)合光，總會(huì)有光線可以反射回來，而且針對(duì)弧面，加大了光筆的反射夾角(45°)，所以才能完美的測(cè)出白色透明點(diǎn)膠的輪廓。光譜共焦技術(shù)可以在醫(yī)學(xué)診斷中發(fā)揮重要作用。

光譜共焦位移傳感器可以嵌入2D掃描系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，提供有關(guān)負(fù)載表面形貌的2D和高度測(cè)量數(shù)據(jù)。它的創(chuàng)新原理使傳感器能夠直接透過透明工件的前后表面進(jìn)行厚度測(cè)量，并且只需要使用一個(gè)傳感器從工件的一側(cè)進(jìn)行測(cè)量。相較于三角反射原理的激光位移傳感器，因采用同軸光，所以光譜共焦位移傳感器可以更有效地測(cè)量弧形工件的厚度。該傳感器采樣頻率高，體積小，且?guī)в斜憬莸臄?shù)據(jù)接口，因此很容易集成到在線生產(chǎn)和檢測(cè)設(shè)備中 實(shí)現(xiàn)線上檢測(cè)。由于采用超高的采樣頻率和超高的精度，該傳感器可以對(duì)震動(dòng)物體進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)采用無(wú)觸碰設(shè)計(jì)，避免了測(cè)量過程中對(duì)震動(dòng)物體的干擾，也可以對(duì)復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量和分析 。光譜共焦透鏡組設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化是光譜共焦技術(shù)研究的重要內(nèi)容之一；線陣光譜共焦技術(shù)

基于白光 LED 的光譜共焦位移傳感器是一種新型的傳感器。線陣光譜共焦技術(shù)

光譜共焦位移傳感器原理，由光源、透鏡組、控制箱等組成。光源發(fā)出1束白光，透鏡組先將白光發(fā)散成一系列波長(zhǎng)不同的單色光，然后經(jīng)同軸聚焦在一定范圍內(nèi)形成1個(gè)連續(xù)的焦點(diǎn)組，每個(gè)焦點(diǎn)的單色光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)1個(gè)軸向位置。當(dāng)樣品處于焦點(diǎn)范圍內(nèi)時(shí)，樣品表面將聚焦后的光反射回去。這些反射回來的光經(jīng)過與鏡頭組焦距相同的聚焦鏡再次聚焦后通過狹縫進(jìn)入控制箱中的單色儀。因此，只有焦點(diǎn)位置正好處于樣品表面的單色光才能聚焦在狹縫上 。單色儀將該波長(zhǎng)的光分離出來，由控制箱中的光電組件識(shí)別并?得到樣品的軸向位置。采用高數(shù)值孔徑的聚焦鏡頭可以使傳感器達(dá)到較高分辨率，滿足薄膜厚度分布測(cè)量要求。線陣光譜共焦技術(shù)