高分辨力光学微扫描显微热成像系统设计与实现.

第 30卷第 5期 2009年 5月

仪器仪表学报

Chinese Journal of Scientific I nstru ment

Vol 130No 15M ay 2009

收稿日期 :2008203 Receiced Date:2008203 3基金项目 :北京市自然科学基金 (4062029 资助项目

高分辨力光学微扫描显微热成像系统设计与实现

3

高美静

1, 2

, 金伟其 1, 王霞 1, 徐超 1, 陈翼男

1

(1北京理工大学光电工程系 (2燕山大学光电子系摘要 :, 研究提出了一种基于光学平板旋转微扫描器的高分辨力显微热成像系统。 , 给出了微扫描器相关的参数设计、加工容差 , 并与 , 。利用该系统实际采 , 系统空间分辨力得到提高 , 可应用于高分辨力显微热分析。关键词 :; 高分辨力 ; 过采样重构中图分类号 :T N211 :A 国家标准学科分类代码 :510. 1060

D esi gn and im ple m en t a ti on of opti ca l m i cro 2scann i n g therma l

m i croscope imag i n g syste m w ith h i gh resoluti on

Gao Meijing 1, 2

, J in W eiqi 1

, W ang Xia 1

, Xu Chao 1

, Chen Yinan

1

(1D epart m ent of O ptical Engineering, B eijing Institute of Technology, B eijing 100081, China;

2D epart m ent of Photoelectron, Yanshan U niversity, Q inhuangdao 066004, China

Abstract:T o i m p r ove the s patial res oluti on of the devel oped ther mal m icr oscope based on the uncooled focal p lane arrays, a novel high res oluti on ther mal m icr oscope i m aging system with op tical p late r otating m icr o 2scanner is de 2signed . The working p rinci p le of the op tical p late r otating m icr o 2scanner is analyzed . Moreover, the para meter de 2sign, the err or analysis, the p r ocess t olerance, the technical para meters and the co mpositi on of the whole syste m are all given . The results of standard oversa mp le reconstructi on f or real ther mal m icr oscope i m ages show that the design of syste m is successful and achieves higher res oluti on . The syste m can be app lied int o many syste m swhich need high s patial res oluti on . Key words:

ther mal m icr oscope i m aging syste m;

op tical p late r otating m icr o 2scanner;

high res oluti on;

oversa mp le reconstructi on

1引言

为了满足大规模集成电路、生物医学和科学研究等领域对细微热分析的需求 , 国外上世纪 90年代开始推出显微热成像系统

[1]

, 但由于采用制冷型红外探测器作为

成像组件 , 不仅系统体积重量较大 , 而且价格昂贵 , 限制了系统的普及和使用

[2]

。由于非制冷焦平面探测器具有

较高性价比、无需制冷、功耗低、体积小、重量轻等特

性

[3]

, 近年来 , 随着非制冷焦平面探测器的发展和普及 ,

非制冷焦平面热成像系统也被用于电路板测试评价中 , 但其光学放大倍率大都小于 1, 即仍然为缩小成像 , 对于大规模集成芯片等的检测存在分辨力不足的问

题。作者已研制了一种基于 320×240长波非制冷焦平面探测器的显微热像仪

[425]

。

但对于更精细的观察 , 需要更高的系统空间分辨力。

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由于显微红外物镜数值孔径 (NA 为 0. 44, 即红外光学系统的衍射限截止频率约为 44cyc /mm,对于单元尺寸45μm 的探测器 , 其采样率约为 22. 2cyc /mm,采样奈奎斯特频率为 11. 11cyc /mm,因此 , 显微热成像系统属于欠采样系统 , 可通过提高采样率或减小探测器单元尺寸来提高该显微热像仪的空间分辨力。采用大面阵小探测器单元的焦平面探测器受到工艺、价格及多种市场因素

限制。采用光学微扫描技术 [527]

是解决这一问题的有效技术之一 , 它可在现有成像器件基础上提高空间采样率 , 并通过图像处理方法 , 提高系统的空间分辨力。本文介像系统及其设计。

2图 1热像仪及采集的显微热图像

。