光学相干层析成像(OCT)是一种非侵入式光学成像方法，提供微米尺度的空间分辨率，能够生成内部结构截面图像。自20世纪90年代初发明第一台OCT以来，它在眼科领域得到了广泛应用，并成为临床诊断的黄金标准之一。除了在生物医学领域的广泛研究外，由于其卓越的空间分辨率和快速的成像采集率，OCT也被探索为表征新材料结构，原位检测工业产品缺陷的新兴解决方案。

传统的视觉检测的技术挑战

由玻璃材料组成的器件，其质量会受到包括气泡、污染物和变形、制造过程中的意外划痕等在内的缺陷的影响。如液晶显示器(lcd)、光学薄膜和玻璃层压电子产品的结构健康对其应用至关重要。然而，这些设备通常具有多层结构，这使得传统的视觉检测技术难以应用。

例如，传统的目测与2D工业相机方法无法提供截面信息，因此无法确定子层缺陷的原因和特征。虽然x射线、计算机断层扫描（CT）和超声成像提供了样品的横截面信息，但存在射线辐射或者超声介质接触等问题。因此为了实现对玻璃的质量控制，并避免检测过程的额外损伤，需要一种能够提供更高分辨率的横截面信息来识别缺陷的无损检测方法。

OCT技术应用分析

SD-OCT系统使用红外宽带光源照射样品，使用光谱仪测量干涉光谱，通过对光谱仪测量的干涉光谱进行傅里叶变换来获得采样深度信息。

有研究利用SD-OCT技术获得LCD的正面和横截面图像，从而确定LCD面板缺陷的形状和相应位置，如下图所示。

结果表明，玻璃及其组件的无损检测(NDE)是OCT技术的一个可行应用。我们进一步验证分析利用OCT技术对LCD玻璃面板和光学薄膜进行在线无损高效缺陷检测可行性。注意到，传统的OCT技术具有分段扫描的特点，需要较长的时间才能完成样品测试。然而，由于玻璃制造业的产量大、对检测节拍的要求也高，需要大视场(FOV)设备来实现高检测效率。因此，为了满足光学薄膜快速检测的工业要求，需要一种能够覆盖大成像区域的OCT工业检测系统。

大视场OCT

视场的增加往往会导致图像失真。一种可行的方法是设计一种超宽视场SD-OCT，利用高速2D CMOS相机进行同时平行检测，为了实现超广角平行检测，需要引入负折射新月形透镜作为附加中继透镜，优化整个成像光学系统，包括样品臂和光谱仪，以实现高成像质量。

这样设计的区别在于不像原来仅使用单透镜，而是使用了两个分离的透镜 L3-a 和 L3-b，这种修改有利于超宽场成像，研究表明该系统视场可以扩展到35毫米，可以用于玻璃的实时无损检测，并识别玻璃夹杂物、微变形和气泡等缺陷。

通常，如果需要更大的视场，系统的像差就会增加。因此，虽然超宽视场带来了好处，但它也会导致视场边缘的横向分辨率降低。

双系统并行OCT扫描技术

另一种可能的解决方法是使用两套相同的SD-OCT系统对样品进行平行大面积大范围扫描，与单一系统相比，成像时间缩短了一半。

下图（a）显示了样品的层厚和不同层。顶层由一般保护膜、塑料膜和防指纹膜组成。第二层由玻璃组成，最后一层是用于玻璃保护的玻璃保护膜。

这些层的厚度根据样品面板的规格而不同。其中第一层由三个子层组成，总厚度为 330 μm。中间层由 500 μm 厚的玻璃组成。玻璃保护的底层厚度为 50 μm。OCT扫描通过样品折射率的变化而获得横截面信息。如果观测层很厚且由单个折射率组成，则在 OCT 图像中只有样品层的边界可见。同样，如果该层中存在缺陷，则由于折射率的变化，可以观察到该缺陷。

实验表明，该方法可用于显示电子产品早期制造阶段的快速错误检测，以确保产品质量。结果图显示了使用样品头 2 和 SD-OCT-2 的实验结果。

图a、b 分别显示了玻璃层中具有单个和多个缺陷识别的光学薄膜面板的横截面图像。图c 提供了中间玻璃层中具有多个缺陷的样品的 3D 视图；还可以观察到样品前角的轻微倾斜。

图d 显示了样品的正交切片视图。玻璃层中的横截面隐藏缺陷无法通过目视检查或任何其他技术识别，但结果验证了SD-OCT 系统通过并行扫描检测玻璃层中横截面隐藏缺陷的可行性。这种大面积并行扫描的设置可以在面板制造行业中发挥重要作用，快速识别有缺陷的光学薄膜和 LCD 产品。

友思特OCT技术

以上两种方法均是解决OCT大视场扫描问题的可行尝试，虽然，第一种大FOV扫描的方式可能出现更大的边缘畸变与分辨率影响，第二种双扫描并行系统之间的串扰和同一帧中出现多幅图像的可能性会限制其性能，我们对于OCT工业检测系统成熟化的探索一直在持续。

随着显示技术的快速发展以及智能手机、笔记本电脑和 LCD、OLED、micro-LED 电视的使用，玻璃切割等加工技术也转为更加高精度的超快激光加工，对于此类透明/半透明材料的内部尺度和缺陷信息的检测要求也越来越高，OCT技术可以提供非常适配的检测方案。

友思特OQlabscope3.0系列SD-OCT成像系统，利用840nm/1310nm近红外光线的光学干涉成像技术，经过快速光学处理算法得到多角度穿透截面图像以及3D图像，具有微米级的纵向和横向空间分辨率和毫米级的穿透深度，对透明、半透明、浑浊材料内部可以有很好的细节检测能力，对于不可穿透材质也可轻松实现表面轮廓扫描与精细测量，针对表面以及内部缺陷识别与测量应用具有强大优势，同时提供丰富的定制拓展选型，光源、光谱仪、成像软件均可根据实际应用场景适配。

友思特 OCT成像系统

友思特OCT成像系统采用第二代谱域OCT（SD-OCT）技术，通过快速傅里叶变换计算干涉项一次扫描即可获得单点全深度信息，可同时检测多波长解析不同深度，显著提高SNR和成像速度。此外，友思特也提供第三代成像技术方案：基于扫频激光器的扫频源（SS-OCT），系统只需要一个单点探测器。它可以比CMOS高分辨率光谱仪更快地进行采样，不像光谱仪有线宽限制，使成像速率和成像深度都能提高10倍以上，从而获得更大的视场和速度信息，并实现更大的成像深度。

参考文献：1. Meng-Yu Fu, Zhi-Hao Yin, Xiao-Yong Yao, Ju Xu, Ying Liu, Yue Dong. The Progress of Optical Coherence Tomography in Industry Applications. Advanced Devices & Instrumentation, 2024 Vol 5 Article ID: 0053 DOI: 10.34133/adi.0053.

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转自：友思特 机器视觉与光电

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