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精密生产线上的产品正以飞快的速度滑过检测工位,要揪出微米级的瑕疵,同时跟上产线的“疾驰”,检测设备必须兼具“鹰眼”般的精度和“闪电”般的速度!
这对负责“看”的核心——光学成像系统,提出了极致挑战:既要看得清(解析度=放大倍数),又要看得广(速度=成像视野)。
然而,放大倍数和成像视野处在光学成像天平的两端。视野 = 相机芯片尺寸 / 放大倍数。
速度和精度之争从应用层面出发:用超大靶面相机搭配高倍镜头,视野增大,是否意味着效率的提升?
视野中心区域:该区域照度均匀,8-6线对分辨率表现优异,成像快速准确。
关键验证-将8-6线对区域移动到视野的边缘时,图像发生了变化:
边缘VS中心,USAF 1951分辨率板,8-6线对解析度实拍对比
从上述对比,我们不难发现,37mm靶面CCD+10x 显微成像镜头,成像系统的解析度从中心到边缘呈现明显衰减。
这种现象的根本原因在于镜头设计的适配性:
每一款显微物镜在设计时,都针对一个最佳成像靶面尺寸进行优化(例如,某款10x物镜的Exit Pupil Diameter为11.2mm,适配2/3”传感器,对角线约11mm)。
传感器靶面尺寸与镜头设计的最佳适配靶面尺寸差异越大,成像系统从中心到边缘的分辨率差异(衰减)就越显著。
在高精度的显微成像应用中:忽视或夸大镜头与传感器的适配性,成像系统即使获得了更大视野,也将损失边缘区域的解析能力,丧失整体的检测精度。
从对比图像中,我们可以看到,6x HR物镜中心到边缘的解析度差异明显减少。
10x标准物镜VS6x HR物镜,边缘解析度对比:
采用高NA值设计的宽视场物镜:
HR物镜设计考虑了更大的成像圈(适配更大靶面),缩小了最佳适配靶面与实际传感器靶面的差异,从而缓解了边缘分辨率衰减问题。
然而,分辨率从中心到边缘的差异并未完全消除,这是光学原理决定的固有特性,是解析度(精度)与视野(速度)之间必须权衡的代价
检测设备对差异的接受程度则取决于检测应用对不同区域之间的精度要求。
靶面尺寸非越大越好:盲目采用大靶面传感器追求“低质量”的宽视场,不仅无法提升检测效率,反而可能因边缘解析度下降导致检测结果失准。
显微成像领域,空标参数无法创造任何价值。我们建议用户基于具体应用需求进行成像验证。如果您也正面临着检测精度与速度方面的权衡,欢迎随时联系我们进行配置选型验证。
欢迎有相关应用需求的用户与我们联系, 进行镜头打光测试,探讨并构建最优化的光学成像方案。
文章转自Navitar官方微信公众号。