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【打造光學系統】第十五集:高倍率鏡頭一定獲得清楚影像?剖析光學解析度

關於解析度,您是否抱有以下疑問:
1. 面對不同大小的瑕疵,如何抓出最適合的光學系統解析度?
2. 為什麼在高倍率鏡頭下,還是無法獲得清楚的瑕疵影像? 

關於如何抓出最適合的光學系統解析度,基本上要觀看的最小物體會需要3個像素或是它大小的0.44來成像,例如10μm大小的物體,會需要使用3.3μm/pixel~4.4μm/pixel的光學解析度以獲得最佳成像,如果使用較低的解析度,影像會像素化,稱之為「欠採樣」。

欠採樣
最佳採樣

然而,某些應用會特意使用欠採樣影像進行檢測,例如追求速度的面板線路瑕疵檢查,因解析度低,系統的FOV就會比較大,可以用較短的時間來完成大尺寸面板的取像,但檢測出的瑕疵還是會透過顯微鏡系統(Review或OM)使用較高的解析度(最佳採樣或過採樣)來確認瑕疵的樣貌。

而問題1就會延伸出問題2,當客戶依據3個像素或是0.44這個規則選了鏡頭搭配了相機,但影像還是不夠清晰,為什麼?

以拍攝2μm線寬的線路為例, 2μm的線寬大約需要0.7μm的檢測能力,如果有三款相機可供選擇,pixel size分別為2.5μm、5μm和7μm,則對應的0.7μm/pixel解析度鏡頭的倍率會是3.5X、7X和10X,很多客戶會選擇2.5μm+3.5X的版本,因為相機的pixel size小解析度高,鏡頭倍率較低、景深較深、價格也相對較低,但其實pixel size較大的相機在感光表現和動態範圍都會比較好,高倍的鏡頭數值孔徑較大解像力也會較高,所以實際拍攝起來通常後面兩組的表現都會優於第一組。

另外一個更極端的案例是拍攝奈米級的尺寸,而可見光的極限是0.3μm,單靠高倍鏡頭是不夠的,還需要導入短波長光源,例如UV或是DUV來提高解像力表現,且高倍的光學系統對光源的需求也特別強烈,使用高感光的TDI相機會比使用面陣相機來得有優勢,這也是為什麼許多半導體或是RDL檢測都會選擇使用TDI相機。