红外热像仪

一种显微热成像方法

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    热成像技术目前在工业检测、医学诊断和科学研究等领域已 获得广泛的应用,成为有效的热诊断工具。但目前大多数热成像系统为望远工作模式,不适 宜应用在需要显微热分析和检测的场合,影响了对事物的认识和故障的分析,而实际却有许 多需要显微热分析和检测的场合。例如,在微电子集成巧片及其电路的设计、可靠性分析W 及缺陷检测中,需要利用显微热成像技术进行非接触测量诊断;在生物医学诊断中,需要利 用显微热成像技术对癌细胞的诊断与生长分析提供技术手段等。

    为了满足上述领域的需要,国外90年代开始推出显微热成像 系统。由于显微热成像属于放大成像,所W要求探测器具有较高的热灵敏度。因此,国外显 微热成像系统的核屯、部件大多基于制冷型红外探测器,该样的显微热成像系统价格昂贵、 功耗大、体积大、重量重。由于W上原因,显微热成像产品在国内的推广应用受到极大的限 制。目前只有几篇关于进口制冷型热成像显微镜的使用报道。例如,电子五所1996年引进美 国的邸0/BARNES公司的显微红外热像仪In化aScope,它采用液氮制冷的In訊焦平面探测器, 配置10,5,1,1/5的红外物镜,最高空间分辨力可达5m。清华大学引进TVS-5000型显微热像 仪进行热分析和热设计,而目前国内在显微镜热成像产品的研发方面还比较薄弱,尚无热成 像显微镜产品出现。

    非制冷焦平面探测器具有较高性价比、无需制冷、功耗低、 体积小、重量轻等特性,特别是近年来随着热成像技术的发展,非制冷焦平面探测器成本大 大降低,促进了在各种领域的应用。现有的一种显微热像仪是基于非制冷红外焦平面探测器 的,该显微热像仪的衍射限截止频率fc=58.14cycles/mm,探测器采样频率为 22.22cycles/mm,采样奈奎斯特频率为11.llcycles/mm,所W系统属于欠采样系统。而欠采 样是导致频谱混淆的直接因素,所W经红外显微物镜的热图像信号中超过11.llcycles/mmW上 的频率成份将发生混淆,从而降低了图像质量,导致图像分辨力较低。因此上述显微热像仪 尚难满足需要高分辨力图像质量的显微热分析领域的需求。虽然减少频谱混淆模糊效应来提 高图像分辨力最直接的办法是减小探测器单元之间的间距,但高度密集的探测器受到工艺水 平的限制,且成本较高。所W如何在现有器件基础上获得高分辨力的显微热图像是解决问题 的关键。

    解决混淆效应的有效方法之一是微扫描技术。微扫描技术是 一种提高热成像系统空间分辨力的实用技术,通过微扫描技术可提高红外焦平面探测器的空 间采样频率,可减小或消除欠采样对成像的影响,在不增加探测器规模和减小探测器尺寸的 情况下减小混频效应,提高系统空间分辨力。为此,申请人研制了一种基于光学平板旋转微 扫描器的高分辨力显微热成像系统,如图1所示。其通过光路中倾斜平板的旋转,获得2X2微 扫描的图像,进而经过过采样重构,获得高分辨力显微热图像。

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