摘　要:为提高已研制的基于非制冷焦平面探测器的显微热成像系统的空间分辨力, 研究提出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。分析了光学平板旋转微扫描的工作原理, 给出了微扫描器相关的参数设计、加工容差, 并与现有的非制冷显微热成像系统实现了一体化设计与加工, 确定了光学微扫描显微热成像系统的技术指标。利用该系统实际采集的显微热图像与过采样处理结果表明系统整体设计的有效性, 系统空间分辨力得到提高, 可应用于高分辨力显微热分析。

关键词:显微热成像系统;光学平板旋转微扫描;高分辨力;过采样重构

引　　言

为了满足大规模集成电路、生物医学和科学研究等领域对细微热分析的需求, 国外上世纪90年代开始推出显微热成像系统[ 1] , 但由于采用制冷红外探测器作为成像组件, 不仅系统体积重量较大, 而且价格昂贵, 限制了系统的普及和使用[ 2] 。由于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[ 3] ,近年来,随着非制冷焦平面探测器的发展和普及,非制冷焦平面热成像系统也被用于电路板测试评价中,但其光学放大倍率大都小于1, 即仍然为缩小成像, 对于大规模集成芯片等的检测存在分辨力不足的问题。作者已研制了一种基于320 ×240长波非冷焦平面探测器的显微热像仪[ 4-5] 。但对于更精细的观察, 需要更高的系统空间分辨力。由于显微红外物镜数值孔径(NA)为0.44, 即红外光学系统的衍射限截止频率约为44 cyc/mm, 对于单元尺寸45 μm的探测器, 其采样率约为22.2 cyc/mm, 采样奈奎斯特频率为11.11 cyc/mm, 因此, 显微热成像系统属于欠采样系统, 可通过提高采样率或减小探测器单元尺寸来提高该显微热像仪的空间分辨力。采用大面阵小探测器单元的焦平面探测器受到工艺、价格及多种市场因素限制。采用光学微扫描技术[ 5-7] 是解决这一问题的有效技术之一, 它可在现有成像器件基础上提高空间采样率,并通过图像处理方法, 提高系统的空间分辨力。本文介绍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及其设计。