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技术趋势
Technology Trends

的折射率。对于所有类型的 3DPIXAS 相机，该近似在 n
<4.191 mm <3.997 mm
<4.697 mm <3.526 mm
<3.203 mm <3.054 mm ＝ [1.4，1.7] 的区间是有效的。位移的方向朝向更靠近样
<2.709 mm <2.583 mm
<2.215 mm <2.112 mm 品的分束器的末端，因此在图 1 中的方案中，相机必须向
<1.720 mm <1.641 mm
<1.226 mm <1.169 mm
<0.732 mm <0.698 mm 左移动。
<0.238 mm <0.227 mm
由于分束器的 45°倾斜导致散光，因此工作距离的
变化沿系统的 X 轴和 Y 轴有所不同。在 Y 方向，工作距
离的增加可由如下公式计算 ：Δzy = +d*(0.24n +0.23)。

图2：使用管灯照明的石蜡图像（左图）和使用同轴照明的石蜡蜡图像（右 如上所述，该公式对于所有 d 和 n ＝ [1.4，1.7 ] 都是
图）。拍摄使用的相机为具有30μm横向分辨率的3DPIXA相机，具体型号为 有效的。工作方向沿 X 方向的变化不是恒定的，但也随
CP000 047 0C01-030 0105。
着成像点的位置而变化，这将导致场曲。散光和场曲都会
这可以在蜡烛的外边缘图像中看到。 轻微降低图像质量，这影响了接近分辨率极限的结构成像。
另一个案例是电子线路板基板材料，通常是半透明的 但是它们不应该影响 3D 算法，因为通常只能计算大小为
具有光滑表面的塑料材料。扫描后的样品如图 3 所示。 几个像素的高度结构。
在管灯照明图像（左图）中的基板区域显示的纹理较 此外，对于上面讨论的光学效果，分束器也改变由
少，导致部分低性能的高度重建（假彩色图像叠加中的黑 3D 算法计算的绝对高度值，即到相机的绝对距离。对于
色点）。利用同轴照明（右图），从材料表面反射回来的光 每个相机而言，这个高度变化的精确值略有不同。一般来
线量大于次表面散射光，图像纹理更高，高度重建性能得 说，相机和样品之间的测量距离减小，因此结构看起来比
到改善。 实际更靠近相机。
然而，如果球的高度是焦点而不是检查基板，则情况 <0.643 mm <0.709 mm
<0.571 mm <0.626 mm
变得更加复杂，因为同轴照明导致球上的镜面反射。如果 <0.495 mm <0.542 mm
<0.419 mm <0.456 mm
这些区域是饱和的，它也会对高度测量产生负面影响。 <0.342 mm <0.375 mm
<0.256 mm <0.291 mm
<0.190mm <0.205 mm
因此，最佳照明强烈取决于实际的测量任务和使用的 <0.113 mm <0.124 mm
<0.037 mm <0.040 mm
材料，并且通常只能通过测试来确定。

光学影响
图3：使用管灯照明获得的具有假彩色高度的球栅阵列图像（左图），和使用
分束器本质上是一个平面平行玻璃板，用于将入射光 同轴照明获得的图像（右图）。
分束，一束与入射光同向，另一束方向放生偏移。偏移量 这种变化在整个高度范围内是恒定的，模拟显示 0.2%
的大小取决于入射角、玻璃的厚度和折射率。因此，分束 的变化，并且在整个视场中也是恒定的。总之，相对高度
器的厚度应尽可能小，以满足稳定需求。在下面的分析中， 测量根本不受影响，并且绝对高度测量发生恒定的偏移。
假设分光器中 Borofloat 玻璃的厚度为 d ＝ 1.1mm。 由于计算高度的精确变化是未知的，所以高度图的零
分束器带来的影响是点的运动，进而可以在所有三个 平面不能用于将相机调整到正确的工作距离。建议使用制
空间坐标中获得最锐利的图像。沿传感器方向的变化（称 造商建议的自由工作距离设置相机，并用上面的 Δzy 进
为 X 方向）导致成像系统的放大率变化可以忽略（＜ 0.4%， 行校正。
对相机类型的依赖性很小）。
沿扫描方向的变化（称为 Y 方向）只偏移图像的起 总结
始点。如果扫描线的精确位置非常重要，即当观察滚动 在某些半透明材料（也就是那些具有明显次表面散射
时，相机需要相对于预定扫描线偏移，偏移量为 Δy = 的材料）中，使用同轴照明可以在图像中表现出清晰的纹

d*(0.30n – 0.12)。 理，这非常有益于 3D 高度重建。然而，在使用同轴照明时，
该方程对于所有玻璃厚度 d 都是有效的，并且是对 n 在相机系统的光路中增加分束器，会对光学质量带来负面

的真实依赖性的线性近似，n 是引入到光路中的玻璃材料 影响。

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