摘　要:為提高已研制的基于非制冷焦平面探測器的顯微熱成像系統(tǒng)的空間分辨力, 研究提出了一種基于光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)微掃描器的高分辨力顯微熱成像系統(tǒng)。分析了光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)微掃描的工作原理, 給出了微掃描器相關(guān)的參數(shù)設(shè)計、加工容差, 并與現(xiàn)有的非制冷顯微熱成像系統(tǒng)實現(xiàn)了一體化設(shè)計與加工, 確定了光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。利用該系統(tǒng)實際采集的顯微熱圖像與過采樣處理結(jié)果表明系統(tǒng)整體設(shè)計的有效性, 系統(tǒng)空間分辨力得到提高, 可應(yīng)用于高分辨力顯微熱分析。

關(guān)鍵詞:顯微熱成像系統(tǒng);光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)微掃描;高分辨力;過采樣重構(gòu)

引　　言

為了滿足大規(guī)模集成電路、生物醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究等領(lǐng)域?qū)?xì)微熱分析的需求, 國外上世紀(jì)90年代開始推出顯微熱成像系統(tǒng)[ 1] , 但由于采用制冷紅外探測器作為成像組件, 不僅系統(tǒng)體積重量較大, 而且價格昂貴, 限制了系統(tǒng)的普及和使用[ 2] 。由于非制冷焦平面探測器具有較高性價比、無需制冷、功耗低、體積小、重量輕等特性[ 3] ,近年來,隨著非制冷焦平面探測器的發(fā)展和普及,非制冷焦平面熱成像系統(tǒng)也被用于電路板測試評價中,但其光學(xué)放大倍率大都小于1, 即仍然為縮小成像, 對于大規(guī)模集成芯片等的檢測存在分辨力不足的問題。作者已研制了一種基于320 ×240長波非冷焦平面探測器的顯微熱像儀[ 4-5] 。但對于更精細(xì)的觀察, 需要更高的系統(tǒng)空間分辨力。由于顯微紅外物鏡數(shù)值孔徑(NA)為0.44, 即紅外光學(xué)系統(tǒng)的衍射限截止頻率約為44 cyc/mm, 對于單元尺寸45 μm的探測器, 其采樣率約為22.2 cyc/mm, 采樣奈奎斯特頻率為11.11 cyc/mm, 因此, 顯微熱成像系統(tǒng)屬于欠采樣系統(tǒng), 可通過提高采樣率或減小探測器單元尺寸來提高該顯微熱像儀的空間分辨力。采用大面陣小探測器單元的焦平面探測器受到工藝、價格及多種市場因素限制。采用光學(xué)微掃描技術(shù)[ 5-7] 是解決這一問題的有效技術(shù)之一, 它可在現(xiàn)有成像器件基礎(chǔ)上提高空間采樣率,并通過圖像處理方法, 提高系統(tǒng)的空間分辨力。本文介紹一種基于光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)微掃描器的高分辨力顯微熱成像系統(tǒng)及其設(shè)計。