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鏡頭倍率夠高就一定看得到細微瑕疵?數值孔徑才是高解析設備勝出關鍵

初入機器視覺的工程師在幫光學系統選擇鏡頭時,通常只會注意到鏡頭的倍率,因為他們會有一種既定印象:當鏡頭倍率夠高,就可以看到很細小的東西。但結果通常會是什麼都看不到,這是因為這種印象忽略了鏡頭數值孔徑(Numerical Aperture,英文縮寫為NA )的重要。

解像力的公式如下:  

Res~λ/NA

它定義了能分辨兩個很近物體的理論極限值,光源波長越短、NA越大,解像力就越好。因此,當我們要觀測一個一個非常小的物體時,除了選擇放大倍率夠大的鏡頭之外,還需要注意這顆鏡頭的NA值是否夠大。

NA差異有多大?比比看就知道

以下我們挑幾顆同樣倍率,但NA值不同的鏡頭看看成像結果。下圖是拍攝較大的物體時,其實已經可以看出差異,但還不算非常明顯:

但是當拍攝較細微的待測物時,一點小小的差別就可能失之千里。從下圖可以看到,隨著NA值變低,除了線對變得無法分辨之外,在160線對左邊紅色箭頭旁的一顆小particle也越來越不清晰,到最右圖時已經甚至消失。

也就是說,如果選擇了一顆高倍率但NA不夠的鏡頭做AOI檢測,無可避免會漏檢一些細微的瑕疵,或者檢測表現就是不夠好。


高NA的鏡頭代表大光圈設計,也代表設計鏡頭時有很多艱難的問題需要克服。這也是為什麼高品質的鏡頭供應商就是只有那幾間,而同樣倍率的鏡頭不同廠牌可以價差到十倍以上;這代表的是鏡頭廠商技術力的差異。在這一波半導體浪潮,如果您想要研發高解析的檢測設備,這些硬體的投資是必要的。

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