明眸科技 大视场相位显微镜 MMTScope

明眸科技是国内以计算相位显微成像为核心技术的机器视觉公司，目前针对光学元件无色、透明、透光无法成像的问题，研发了集光学、控制、计算成像、图像处理等多学科为一体的大视场相位显微镜（图1），突破了透明样本中气泡、裂纹等缺陷无法成像的技术难题，填补光学显微成像领域在毫米级成像视场、亚微米级分辨率的定量相位显微成像领域的空白。公司掌握了光学设计、集成制造、算法软件等核心技术，实现了光学镜片、镜头表面缺陷检测、胶合透镜、手机玻璃背板和镜头模组的分层检测，解决了光学元件“透、厚、微”缺陷快速精密检测的难题。

图1大视场相位显微镜完整设备图

显微成像技术的发展达到了一定高度，其成像系统虽然能够达到亚微米级分辨率，但由于光学元件具有高透明、高透光的特征，使得划痕、麻点等缺陷成像对比度极低，缺陷成像难以定量。此外，分辨率越大，视场越小，导致检测扫描时间长，检测效率低。从成像技术角度讲，可归纳为存在相位信息无法定量成像、大视场与高分辨无法兼顾2个痛点。

（1）相位信息丢失导致对无色透明样本成像无能为力。现有的大多数光电采集只能感应到光场强度或入射波长的改变，而无法直接响应其相位变化，导致物体的相位信息在数据采集过程中被丢失，无法进行清晰有效的高对比度成像。表现为对无色透明样本的定量相位成像困难，对于其中的气泡等缺陷无能为力。

（2）大视场与高分辨无法调和导致检测效率低。当前的光学显微镜，受到物镜数值孔径比例法则的制约：使用低倍镜观察，视场大但分辨率较低；使用高倍镜观察，分辨率高但视场小。如不能解决大视场与高分辨兼顾问题，会导致检测效率极低。

为解决上述问题，本产品基于昆虫复眼的仿生原理，使用 LED 光源阵列仿生昆虫复眼结构，通过点亮不同位置处的 LED，从不同照射角度对目标样本进行照明，采集一组不同角度含有不同频域信息的低分辨率强度图像。再使用计算成像中的相位恢复算法，在频域中对采集图像的频谱值进行融合，进而重构出兼顾大视场，高分辨率的相位图像。产品光路图如图2所示。

得益于仿生计算光学成像算法，本产品有如下的优势：

（1） 常见的缺陷如划痕、裂纹、突起等，会引入光程差从而导致成像模糊。本产品具备的定量相位图成像功能则规避了这一干扰，使得缺陷图像清晰呈现。

（2） 本产品可以进行焦面选择，保证成像在具体某一层，从而降低其他面对成像面（缺陷检测面）的干扰。

（3） 本产品在采用低倍物镜的条件下，保证大视场的同时还能兼顾高分辨成像，能加快透镜检测效率，为工厂提升效益。

（4） 无色透明的气泡缺陷成像对比度低，难以区分，而本产品的仿生结构能实现定量相位成像，折射率不同的气泡将导致入射光的光程差，相位图能敏锐地捕捉这种差异，清晰检测气泡缺陷。

产品在不同倍率物镜下所能达到的成像参数如表1所示，由于采用了计算成像算法及自适应照明LED阵列，系统合成孔径得到明显增大，在同等放大倍率的物镜下，成像分辨率得到大幅提升。以2倍镜为例，2倍镜的数值孔径NA为0.055，在蓝光（波长465nm）下，分辨率为5.157μm；在2/3″靶面大小的CCD下，视场大小为4.40mm。通过孔径融合计算成像算法，本系统有效照明孔径可达0.4，故能将成像数值孔径NA提高到0.455，在蓝光（波长465nm）下，分辨率为0.623μm，对应传统显微物镜50倍镜的效果（视场大小0.18mm），视场大小提高了24倍，视场面积提高了576倍，在保证微小缺陷检出分辨率的情况下大幅增大视场，提高检测效率。

表1 系统在不同放大倍率物镜下的成像参数