【应用案例】Navitar 显微成像镜头应用于微纳操作及微纳材料分析

微纳技术是指尺度为亚毫米、微米和纳米量级元件以及对这些元件构成的部件或系统进行优化设计、加工、组装、系统集成与应用的技术。

近年来，微纳技术逐渐成熟，并且加快了包括集成电路制造、高能生物细胞工程、微创医疗、新能源等在内的多个产业跨越式的发展和升级。

为了进一步推进微纳技术的发展和应用，研究者和生产者也在不断尝试进一步探索物理、化学性质更合适的材料、追求更精密的微加工、微装配技术， 而这些都离不开成像工具的辅助。

下面分享一些我们的镜头系统在相关领域的应用案例：

显微视觉引导下的微装配机器人为微小零件三维空间装配提供了有效解决方案。

下图所示微颗粒的直径在10-30μm，柱腔外径为200μm左右，柱腔顶端微孔的外径在100μm左右。由于微颗粒与柱腔的尺寸相差较大并且显微视觉具有高放大倍数与大视场、大景深相矛盾的特点，因此不易实现装配过程中对微颗粒与柱腔的实时监测。

MEMS材料的力学性能测试

在不同类型的MEMS（微机电系统）中，包含了特征尺寸在亚微米至毫米范围的电子和机械元件。

当构件细微到微米/纳米尺寸后，材料本身的力学、物理性质及其受环境影响的程度将发生很大变化，会出现强烈的尺寸效应、表面效应，传统的性能参数已经不能满足MEMS微结构的设计需要。

因此，逐渐出现了多种结合力学、光学的新型分析方案。这些分析方案需要搭配精密的分析仪器，才能完成每一次的MEMS材料分析。

例如，在MEMS拉伸测试中，主要需要是指对材料弹性模量、泊松比、 屈服强度和断裂强度的测量。由于被拉伸试样尺寸在微米量级， 试样的驱动位移在1μm甚至nm量级， 拉伸力在mN量级， 这就要求位移与力检测精度非常高。因此，试验装置需要有高分辨力的图像监控与采集装置。

应用人员选择了开放式的Navitar Zoom6000 长工作距离连续变倍镜头，搭配不同规格物镜，稳定呈现超变焦视野范围。

在该应用中，Zoom6000长工作距离连续变倍镜头与高分辨力 CCD相机、计算机、 CRT显示器和led光源组成一套图像监控采集系统，实现高分辨力显微镜超变焦视野：

• 5X镜头的工作距离为34mm，电子放大倍率为94.7-538.2X， 最高分辨力为 1.2 μm， 用于试件的安装和操纵

• 50X镜头的工作距离为13mm， 电子放大倍率为 1274.9-5357.8X， 最高分辨力为0.3 μm， 用于加载过程中试件表面状况的监控。

应用小结

对高倍数的显微应用而言，主要面临以下三个关键点：

• 高倍数下的图像清晰度， 这取决于镜头系统的数值孔径设计以及自身的像差校正能力；

• 高倍数下的视野范围，为了实现检测效率，一次成像的视野往往是越多越好，但同时镜头的放大倍数越大，视野范围就越小；

• 高倍数下的景深，高倍数下成像系统的景深往往非常小，对系统的稳定性提出了非常高的要求。 

综合我们收集的用户反馈和应用总结，我们发现搭建一个最合适的光学成像系统的过程就是在光学成像规则的限制下，高效地平衡各方限制因素，和用户一起解决应用关键问题点的过程。

我们非常期待在未来和用户一起继续挑战更多的成像应用，创造性地呈现更多高质量图像，解决更多应用问题。在接下来的文章中，我们将进一步向您介绍我们的光学镜头属性特点以及更多的光学成像案例，敬请关注。

文章转自Navitar官方微信公众号。