大靶面显微挑战 I 宽视场和解析度如何平衡？

时间：2026-06-25

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在半导体自动化检测、平板显示制造以及生命科学高通量成像领域，设备端既希望获得更大的检测覆盖范围，又需要维持微米级甚至亚微米级的缺陷识别能力。

而在实际项目中，“高吞吐量（Throughput）”与“高解析度”是相互对立的两个工程参数。

对于 OCD（Optical Critical Dimension）测量、微小缺陷检测或宽幅 AOI 应用来说，设备工程师经常会遇到这样的取舍：

最终，设备的 UPH（每小时产出）会逐渐被成像系统拖慢。

在显微成像应用领域中，我们越来越多使用大靶面高像素密度相机以期实现更高精度更高速度，但这也给显微镜光学系统提出了很高的要求。

宽视场和解析度如何平衡.jpg

大靶面显微成像实测及所遇挑战

很多宽场显微系统在中心区域表现不错，但真正进入宽幅检测后，边缘区域会逐渐成为算法误检与漏检的高发区域。

这是因为部署大靶面相机进行显微成像时，理想的成像质量依赖于系统级的匹配考量以及各个光学参数之间的平衡。

为了直观说明这一核心要素，我们搭建了两组大靶面显微光学系统进行对比测试。

两组大靶面系统均无黑角/暗角，我们把USAF1951分辨率测试标定板分别放在视场的中心和四个角落，观察它们整个视场内的分辨率差异。

两套系统的光学配置及结果如下，请参考：

宽视场和解析度如何平衡1.png

37mm靶面显微系统一

中心到边缘解析力表现

37mm靶面显微系统二

中心到边缘解析力表现

尽管2套光学系统的成像都没有暗角，但通过仔细测试，我们发现大画幅显微成像，比如37mm画幅，6500万像素相机显微成像，相比4/3“，1”等画幅的显微成像，工程人员需要应对更多以下挑战：

边缘像差校正挑战

大视场成像面临的核心挑战是场曲和畸变。大靶面相机会将光学系统中哪怕微小的场曲和像差在传感器边缘放大，导致画面边缘模糊。因此需要优质的宽视场平场复消色差(Plan APO)物镜，并搭配同样为大靶面优化的管镜。

照明均匀性挑战

成像系统要覆盖更大的视场，需要更均匀的照明，否则会因边缘偏暗而产生渐晕。因此光学系统需要采用针对大靶面设计的同轴科勒照明系统，以实现>90%的均匀性。

物镜数值孔径管镜焦距与相机像元匹配挑战

物镜数值孔径NA 决定成像系统能收集到多细的细节，相机像元大小决定这个系统能呈现出的细节有多细。这个可以用奈奎斯特采样定理作为镜头分辨率和相机像元的匹配基准，简单说来，是需要至少2～3个像素去Mapping一个镜头能看到的细节。

结语

市场有一些海外和本土的优秀光学厂商有提供支持37mm画幅6500万像素相机，或者40mm画幅更高像素相机的显微成像光学系统。这无疑对半导体AOI检测设备是很大的利好消息，意味AOI检测设备能实现更高精度和更高效率的检测。

技术在向前演进，部署大靶面宽视场显微成像的挑战也许依然存在。

我们也希望通过分享本次测试的结果，和用户（比如半导体AOI检测设备制造商）以及同行有更多交流，共同探讨，一起应对和克服大靶面相机大视场显微成像中的挑战。

文章转自Navitar官方微信公众号。