線陣光譜共焦技術

背景技術:光學測量與成像技術,通過光源、被測物體和探測器三點共，去除焦點以外的雜散光，得到比傳統(tǒng)寬場顯微鏡更高的橫向分辨率，同時由于引入圓孔探測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:光學測量與成像技術,通過光源、被測物體和探測器三點共，去除焦點以外的雜散光，得到比傳統(tǒng)寬場顯微鏡更高的橫向分辨率，同時由于引入圓孔探測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)構信息。這種三維成像能力使得共焦三維顯微成像技術已經(jīng)廣泛應用于醫(yī)學、材料分析、工業(yè)探測及計量等各種不同的領域之中?，F(xiàn)有的光學測量術已經(jīng)廣泛應用于醫(yī)學、材料分析、工業(yè)探測及計量等各種不同的領域之中?，F(xiàn)有的光學測量與成像技術主要激光成像，其功耗大、成本高，而且精度較差,難以勝任復雜異形表面(如曲面、弧面、凸凹溝槽等)的高精度、穩(wěn)定檢測或者成像的光譜共焦成像技術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)有的光譜共焦檢測設備大都是靜態(tài)檢測,檢測效率低，而且難以勝任復雜異形表面 。光譜共集技術的精度可以達到納米級別。線陣光譜共焦技術

光譜共焦測量技術由于其高精度、允許被測表面有更大的傾斜角、測量速度快、實時性高、對被測表面狀況要求低以及高分辨率等特點，已成為工業(yè)測量的熱門傳感器，在生物醫(yī)學、材料科學、半導體制造、表面工程研究、精密測量和3C電子等領域廣泛應用。本次測量場景采用了創(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的重復精度、±0.02%的線性精度，30kHz的采樣速度和±60°的測量角度，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現(xiàn)亞微米級別的位移和形變測量，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的線形相關系數(shù)R2。這個構造達到了原始設計要求，表現(xiàn)出了?光學性能。在實現(xiàn)線性散射方面，有一些關鍵條件需要考慮，并且可以采用不同的優(yōu)化方法來完善設計。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位置，以減少色差。為了滿足這一條件，需要采用精確的光學元件制造和裝配，以確保不同波長的光線匯聚在同一焦點上。此外，使用特殊的透鏡設計和涂層技術也可以減小縱向色差。在優(yōu)化設計方面，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，可以通過改進透鏡的曲率半徑、增加光圈葉片數(shù)量和設計更復雜的光學系統(tǒng)來進一步提高性能?？偨Y(jié)而言，這項研究強調(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計中的重要性 。這個設計方案展示了光學工程的進步，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的趨勢發(fā)展，從而提供更精確和高性能的成像設備，滿足不同領域的需求。

在點膠工藝中生成的膠水小球目前只能通過視覺系統(tǒng)檢驗。在生產(chǎn)中必須保證點膠路線是連貫和穩(wěn)定的，而通過色散共焦測量傳感器系統(tǒng)就能夠控制許多質(zhì)檢標準中的很多參數(shù)。膠水小球相對于其他結(jié)構必須安置在正中間。在點膠起始和結(jié)束的異常的材料積聚能被檢測出來。色散共焦測量就連缺口也能被檢測到。在3C領域，對于精密點膠的要求越來越高，這就要求必須實時檢測膠水高度來實現(xiàn)精密點膠的閉環(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雜，傾斜角度大，傳統(tǒng)激光傳感器無法準確測量出膠水輪廓高度。創(chuàng)視智能探頭擁有的測量角度 ，可以適用于各種膠水輪廓高度測量，特別是在圓孔膠高檢測擁有的優(yōu)勢。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，白光是復合光，總會有光線可以反射回來，而且針對弧面，加大了光筆的反射夾角(45°)，所以才能完美的測出白色透明點膠的輪廓。光譜共焦技術可以在醫(yī)學診斷中發(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)進行測量，提供有關負載表面形貌的2D和高度測量數(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行厚度測量，并且只需要使用一個傳感器從工件的一側(cè)進行測量。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)和檢測設備中 實現(xiàn)線上檢測。由于采用超高的采樣頻率和超高的精度，該傳感器可以對震動物體進行測量，同時采用無觸碰設計，避免了測量過程中對震動物體的干擾，也可以對復雜區(qū)域進行詳細的測量和分析 。光譜共焦透鏡組設計和性能優(yōu)化是光譜共焦技術研究的重要內(nèi)容之一；線陣光譜共焦技術

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

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個連續(xù)的焦點組，每個焦點的單色光波長對應1個軸向位置。當樣品處于焦點范圍內(nèi)時，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入控制箱中的單色儀。因此，只有焦點位置正好處于樣品表面的單色光才能聚焦在狹縫上 。單色儀將該波長的光分離出來，由控制箱中的光電組件識別并?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到較高分辨率，滿足薄膜厚度分布測量要求。線陣光譜共焦技術