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        大倍率下的高質量圖像:用于大型線傳感器和區域傳感器的快速、高分辨率鏡頭

           日期:2021-11-12     來源:Qioptiq    
        核心提示:工業生產中越來越小的公差范圍對光學檢測和質量保證提出了越來越高的要求。除了具有更大、更高分辨率圖像傳感器的工業相機外,這也適用于所需的工業鏡頭。為了充分利用現代化相機系統的高分辨率傳感器,需要采用專業制造商如Qioptiq提供的高性能光學元件。Excelitas Technologies的這家德國子公司擴大了其現有的產品范圍,現可提供具有出色成像性能和較高性價比的高分辨率鏡頭。
         在新的“d.fine HR”產品系列中,Qioptiq可提供高分辨率LINOS® d.fine HR 2.4/128mm 3.33x鏡頭,它適用于要求嚴苛的線傳感器和區域傳感器。由于具有非常高的發光強度,因此它能提供較高的掃描速度,非常適合工業制造中的高端檢測任務。當分束器與鏡頭完美匹配時,可實現最佳的同軸線路照明,這使得線傳感器可獲得高對比度的清晰圖像。此外,其可選區域模塊(d.fine HR 區域掃描模塊)也使得這款高分辨率檢測鏡頭非常適合與二維區域傳感器一起使用。

         

         

        圖1:Qioptiq的質量保證:工業制造中的高分辨率檢測也需要合適的精密光學元件

        工業生產中越來越小的公差范圍對光學檢測和質量保證提出了越來越高的要求。除了具有更大、更高分辨率圖像傳感器的工業相機外,這也適用于所需的工業鏡頭。為了充分利用現代化相機系統的高分辨率傳感器,需要采用專業制造商如Qioptiq提供的高性能光學元件。Excelitas Technologies的這家德國子公司擴大了其現有的產品范圍,現可提供具有出色成像性能和較高性價比的高分辨率鏡頭。

        完美組合

        鑒于機器視覺領域的要求較高,每個單獨組件的生產都是一大挑戰。然而,更為關鍵的是組件、裝配技術和調整系統之間的相互作用,整個生產工藝鏈必須完美協調,從特定的玻璃,到結合機械設計的光學設計,再到安裝和測量技術。多年來,Qioptiq在這種相互作用方面積累了豐富的經驗。其新的LINOS® d.fine HR 2.4/128mm 3.33x鏡頭基于熔合計算(meltfit calculation);這意味著所使用的每塊玻璃都需經過測量,然后根據特定的玻璃熔體來調整光學設計。這是必要的步驟,因為即使是玻璃制造商提供的最嚴格的公差等級也太大了,無法保證批量生產中始終保持高成像質量。此外,必須極其精確地調整每個單鏡頭元件的位置,以實現傾斜、居中和定位。Qioptiq為此開發了自主的裝配技術,遠遠超過了通常標準鏡頭的安裝精度。

        非常適合全自動檢測系統

        LINOS® d.fine HR 2.4/128mm 3.33x 鏡頭面向圖像處理系統和全自動檢測設備制造商。作為標準產品提供,它可以縮短下一代檢測系統的上市時間,因為不需要考慮定制鏡頭額外的開發時間。Qioptiq還為該鏡頭提供了配套的配件:d.fine HR棱鏡模塊,可確保線掃描應用中同軸照明最佳耦合。還有,d.fine HR 區域掃描模塊,可與區域傳感器一起使用。此外,d.fine HR標準系統能夠精確對焦,并適用于帶有M72、M90和M95螺紋的工業相機。鏡頭和棱鏡模塊的總長度可控制在177.1 mm,帶區域掃描模塊的鏡頭總長度可限制為 146 mm。

        這款新鏡頭的光學性能超過了市場上得到廣泛認可的inspec.x L鏡頭系列。HR鏡頭提供高分辨率、清晰的圖像,在整個圖像場中具有均勻的高對比度,因此非常適用于進一步的電子處理。

         

         

        圖2:例如,它有用于檢查晶片上最精細電路結構的完美分辨率

        其應用領域包括晶圓、平板屏幕、OLED、印刷電路板和玻璃生產中的質量控制。此處必須在短周期內對大面積進行掃描,其公差在微米范圍內。由于具有大光圈,這款新的d.fine HR鏡頭已成為這類應用的理想選擇,即使是在快速應用中,也能為傳感器提供充足的光線。該鏡頭的焦距為128毫米,放大率為3.33x,可滿足工業要求,并能取代inspec.x L 4/105 3.5x。此外,其工作距離相對較大,達60 mm,這為集成到各種系統和應用提供了靈活性。

         

         

        圖3:帶有棱鏡模塊的d.fine HR鏡頭用于耦合同軸照明,確保使用16k/5µm和 16k/3.5µm線傳感器獲得最高的成像質量

        有限衍射和無失真

        LINOS® d.fine HR 2.4/128mm 3.33x可實現極高的分辨率,在物體中每毫米高達 300 線對。它針對82mm的像圈進行了優化,因此成為長線傳感器(16k/32k)和中畫幅大面積傳感器(101MP/151MP)的理想選擇。此外,它還具有出色的色彩校正功能,可確保直達邊緣的高成像性能。在82 mm的大成像圈中幾乎不存在失真。其標稱值小于0.1%,因此無需軟件校正功能。

        2.4的高光圈與3.33x的放大率相比,以及由此產生的0.13的物測數值孔徑,將衍射極限向上推,從而提供了高分辨率和光強度。這有助于縮短曝光時間并加速生產過程,從而提高產量。這就是基于衍射限制設計的新鏡頭的優勢所在。比較來看,inspec.x L 系列鏡頭的光圈為 f/3.5 或 f/4。

        德國精密制造

        d.fine HR鏡頭是LINOS機器視覺鏡頭系列中第一款在放大率大于1的情況下支持低至3.5µm像素尺寸的鏡頭。相較而言,inspec.x-L鏡頭對5µm的像素尺寸進行了優化,理論上在傳感器上實現了50 LP/mm的最大成像性能,在420-680 nm的光譜分布下對比度為38%。 而新的d.fine HR鏡頭在整個82 mm的大像場內以72 LP/mm的速度也能實現這些數值。為了在批量生產中保持這種高質量,必須使用對裝配和測量技術有高要求的穩定的生產工藝。Qioptiq采用各種專有的裝配技術,確保了光學元件精確對準、居中并固定位置,以滿足嚴苛的公差。Qioptiq擁有最先進的實驗室和測量設施,以開發和制造高質量的檢測鏡頭。除了計量行業知名制造商的 MTF 系統外,Qioptiq還開發了自主的 MTF 系統,以展示如何滿足檢測鏡頭的特殊要求并支持產品開發。在2010年德國慕尼黑附近費爾德基興建立的新工廠內,研發、原型制造、系列組裝和認證工作正在齊頭并進地進行中。鏡頭的精密光學元件在巴伐利亞林山的Regen采用了最新工藝進行精確制造、鍍膜和測試。這座超現代化的工廠在 2006 年建成投產。

         

         

        圖 4: MTF (調制傳遞函數) 圖 5: MTF

        d.fine HR 2.4/128 3.33x (左) inspec.x L 4/105 3.5x 棱鏡50 LP/mm

        72 LP/mm

        與圖5相比

        100% 酸性測試

        所有鏡片在交付前都要經過100%的MTF測試,并按照以下ISO測試程序進行環境要求認證。

        溫度: DIN ISO 9022-10-05-1 / 9022-11-05-1 / 9022-14-03-1

        抗沖擊性: DIN ISO 9022-31-01-0

        抗震性: DIN ISO 9022-36-07-1

        這確保了Qioptiq的工業鏡頭堅固耐用,能在運輸和存儲過程中保持完好無損,并在惡劣的工業環境中長期穩定地發揮作用。

        當然,LINOS® d.fine系列也符合現代工業產品的環保要求,符合RoHS和 REACH標準。 讓Qioptiq更很自豪的是,自 2021 年起它被認證為碳中和公司,為創新、可持續發展做出貢獻。

         

         

        圖 6: Qioptiq在德國費爾德基興和雷根擁有最先進的機器視覺鏡頭制造和測試設施(此處:新HR鏡頭的MTF測量)

        完美協調的模塊

        Qioptiq提供的HR鏡頭可與棱鏡模塊或區域掃描模塊相組合。分光棱鏡為配置鏡頭和照明組成的完整光學系統帶來極大便利,因為它能為線掃描相機的同軸照明提供光耦合。這對于具有高反射率的表面(例如顯示器或晶圓)來說尤為重要。鏡頭和分光棱鏡須組成一個光學單元,且組件之間必須完美匹配。對棱鏡的高光學要求和安裝技術在此處也很關鍵。這些組件共同實現了最佳的有限衍射成像性能。通過V型槽可以完成鏡頭與相機和棱鏡的安裝與連接。這使得棱鏡和鏡頭的方位能保持完美對齊,并對照明進行精確調整。

        如果不需要通過棱鏡模塊進行線狀照明,就需要對棱鏡塊的玻璃厚度進行補償,這在鏡頭設計中已經考慮到了。區域掃描模塊可以解決這個問題。其最大的優點在于,根據附加的模塊,同一個鏡頭可用于同軸照明的線傳感器和區域傳感器。

        用于工業圖像處理的鏡頭取景器

        Qioptiq可提供MachVi軟件來幫助用戶選擇合適的鏡頭,可通過www.excelitas.com/product/machvis-lens-configurator下載免費軟件,根據物體尺寸、工作距離、傳感器尺寸和相機支架等四個規格來計算所有必要的光學參數,并從 LINOS 機器視覺系列中選擇合適的鏡頭和必要的機械組件。

        總結

        憑借LINOS機器視覺鏡頭,Qioptiq符合當前工業鏡頭的最高標準。傳感器技術的不斷發展推動用戶對分辨率鏡頭提出更高的要求。傳感器越來越大,像素尺寸卻在不斷減小,從而滿足更高要求的測量任務。這也提高了用戶對光學元件的要求,它必須保證在整個像場中具有相應的高分辨率。通過LINOS® d.fine HR 2.4/128mm 3.33x,Qioptiq為市場提供了一款能完美滿足當前需求的鏡頭。更多資訊,可發送郵件至inspection@excelitas.com

        關于埃賽力達科技有限公司

        埃賽力達科技有限公司(Excelitas Technologies® Corp.)是全球光電技術領域的領導者,致力于提供創新、高性能和具有市場驅動力的解決方案,以滿足OEM客戶對照明、光電、檢測和光學技術的需求。埃賽力達可為生物醫學、實驗室科研、安全、安防、消費產品、半導體、工業制造、國防和航空航天等領域的眾多應用提供服務,以幫助客戶在終端市場取得成功。埃賽力達的光電技術團隊由7000名專業人士組成,遍布北美、歐洲和亞洲,旨在為全球客戶提供服務。您還可通過Facebook、linkedIn及Twitter與埃賽力達聯系。

         
          
          
          
          
         
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