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                        如何為顯微分析選擇合適的光源

                        更新時間:2023-09-05      點擊次數:289


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                        本文旨在為使用顯微鏡檢測的用戶提供實用的建議,幫助他們為零件或組件觀察選擇照明或照明系統。顯微鏡使用的照明會嚴重影響到最終的圖像質量,并且會對可視化細節造成顯著影響。以下信息可以幫助用戶選擇可針對顯微分析需求優化成像結果的照明。




                        顯微鏡檢測需要什么樣的照明?

                        工業制造和生產、流程工藝、質量控制和保證(QC/QA)、故障分析(FA)或研發(R&D)的零部件檢查通常需要借助顯微鏡完成。所用顯微鏡的性能對于檢測效率有著巨大影響。


                        如何選擇有助于幫助使用顯微鏡檢測的用戶獲取最佳圖像結果的照明,取決于此類零部件的類型以及必須顯示的感興趣細節[1-4]。


                        本文可以為需要使用顯微鏡檢測的用戶提供實用的建議,幫助他們為零件或組件觀察選擇照明或照明系統。以下信息可以幫助用戶選擇適合顯微分析的照明。




                        什么類型的顯微鏡光源

                        最合適顯微分析?

                        10 到 20 多年前,鹵素燈[5]是顯微鏡檢測常用的照明類型。不過,也是從那時候起,LED(發光二極管)燈[6、7]越來越多用于顯微鏡照明。




                        LED 照明的優點

                        相比鹵素燈,LED 顯微鏡照明技術可以為顯微鏡成像提供多項優點。具體包括:

                        • 更長的使用壽命(25,000 到 50,000 小時)

                        • 更低的功耗

                        • 色溫自然

                        • 即使在低亮度狀況下也能保持恒定色溫

                        • 更低的發熱(作為冷光源,用于對溫度敏感的樣品)

                        • 更為實用且緊湊的設計




                        為什么顯微鏡照明

                        在顯微分析過程中極為重要?

                        如果需要選擇合適的照明類型以便對部件或零件進行高質量的顯微觀察和成像,需要考慮哪些關鍵因素:

                        • 待觀察的樣品類型(組件、零件等);

                        • 需要分析的樣品特征(發光或透明區域、孔洞、劃痕、表面結構等);

                        • 當前采用的照明類型很難用于某些特定應用(顯微分析、FA、R&D 等);

                        • 在顯微鏡觀察過程中需要接觸樣品,例如,使用鑷子、烙鐵或其他需要在樣品和物鏡之間保持足夠工作距離的工具[8、9]。

                        使用顯微鏡進行檢測的用戶可以必須嘗試多種照明類型才能找到照明[10、11]。




                        選擇合適的 LED 顯微鏡照明

                        LED 照明解決方案描述如下。包括 LED3000 和 LED5000 系統,主要用于立體[9]或數碼顯微鏡[12],通常用于進行顯微分析。需要用到它們的其他應用示例包括故障分析(FA)和研發(R&D)。LED3000 和 LED5000 照明系統的一些基本信息如表 1 所示。




                        LED3000 和 LED5000 顯微鏡照明解決方案概述


                        環形燈(RL)提供明亮且均勻的照明;適用于多種類型的零部件。此外,擴散器和偏振光組可用于兩種環形燈類型。這些配件可以減少眩光和斑點突出的問題。

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                        同軸照明(CXI),其中的光束經引導通過光學器件,在零部件上發生反射,適合光滑和反射組件。如果必須評估細微裂紋或表面質量,這種光源尤其有用。

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                        近垂直照明(NVI)通過非??拷廨S放置的 LED 燈實現。它能提供幾乎沒有陰影的照明,適用于有凹槽和深孔的零部件,或者需要長工作距離的零部件。

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                        采用靈活鵝頸設計的聚光燈照明(SLI)提供適合多種類型零部件的高對比度照明。

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                        漫射和高度漫射照明(DI 和 HDI)專為反光、非平面或彎曲的零部件設計。由于背反射光的數量,這些情況很難成像。

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                        多重對比照明,利用來自兩個不同方向和角度的照明實現可重復對比,對于很難找到細節的零部件特別有用。

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                        背光照明(BLI)可以為具有透明區域的零部件提供透射照明。

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                        徠卡 LED5000 和 LED3000 的照明效果

                        不同樣品的示例圖如下所示。這些圖像由配備 Flexacam C3 顯微鏡相機和 LED3000 或LED5000 照明系統的徠卡立體顯微鏡(M60 或 M125)記錄。所用照明類型為環形燈(RL)[帶漫射器或偏振器]、近垂直(NVI)、同軸(CXI)、聚光燈(SLI)、多重對比(MCI)和漫射(DI)或高度漫射(HDI)照明。




                        參考樣品:硬幣

                        圖 1 顯示了使用各種 LED 照明獲得的金屬硬幣圖像。硬幣圖像清晰展示出不同對比度帶來的差異。

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                        圖 1a:環形燈(RL),所有區段

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                        圖 1b:環形燈(RL),所有左半區段

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                        圖 1c:環形燈(RL),左上象限區段

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                        圖 1d:近垂直照明(NVI)

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                        圖 1e:同軸照明(CXI)

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                        圖 1f:高度漫射照明(HDI)

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                        圖 1g:多重對比照明(MCI)

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                        圖 1h:聚光燈照明(SLII),雙燈印刷電路板(PCB)




                        印刷電路板(PCB)

                        圖 2 顯示了使用 RL、NVI 和 SLI 照明記錄的印刷電路板圖像。

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                        圖 2a:環形燈(RL),配漫射器:多樣品特征

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                        圖 2b:近垂直照明(NVI):孔洞和凹槽

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                        圖 2c:環形燈(RL),配交叉偏振器:反光區域

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                        圖 2d:聚光燈照明(SLI):多樣品特征晶圓加工




                        晶圓加工

                        圖 3 顯示了使用 RL、NVI、CXI 和 SLI 照明記錄的晶圓加工圖像。

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                        圖 3a:環形燈(RL),配漫射器:多樣品特征

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                        圖 3b:同軸照明(CXI):晶圓加工的表面紋理

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                        圖 3c:近垂直照明(NVI):晶圓加工的孔洞和凹槽

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                        圖 3d:聚光燈照明(SLI):多樣品特征汽車零部件




                        汽車零部件

                        圖 4 顯示了使用 RL、NVI 和 SLI 照明記錄的鏈輪圖像。

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                        圖 4a:環形燈(RL),配漫射器:多樣品特征

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                        圖 4b:近垂直照明(NVI):孔洞和凹槽

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                        圖 4c:環形燈(RL),配交叉偏振器:反光區域

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                        圖 4d:聚光燈照明(SLI):多樣品特征醫療器械


                        醫療器械

                        圖 5 顯示了使用 RL、NVI 或 SLI 照明記錄的髖關節植入物圖像。

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                        圖 5a:環形燈(RL),配漫射器:多樣品特征

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                        圖 5b:近垂直照明(NVI):孔洞和凹槽

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                        圖 5c:環形燈(RL),配交叉偏振器:反光區域

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                        圖 5d:聚光燈照明(SLI):多樣品特征




                        顯微鏡檢測時 LED 照明選擇指南

                        下方表 2 顯示了 LED3000 和 LED5000 系列照明解決方案的快速選擇指南。LED3000 系列專為常規應用(例如纖維分析和質量控制)設計,而 LED5000 系列更適合高級應用(例如故障分析和研發)。本指南可以幫助顯微鏡用戶,為特定組件或零件的顯微分析尋找最為合適的照明系統。

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                        圖 6:LED3000/LED5000 快速選擇指南




                        其他推薦

                        除了集成到徠卡顯微鏡的高質量光學器件,在選擇照明系統時,必須確定要分析的組件細節和觀察所需的視場(物場)。還值得考慮顯微鏡計算機編碼的優勢和顯微鏡光學性能,例如物鏡在傳輸、色差校正和平面偏差方面的優勢,即平面復消色差、消色差等。







                        結 論

                        有時,很難找到適合檢測零部件的顯微鏡照明系列。然而,此處提到的意見和建議可以幫助用戶了解各種照明解決方案,從而找到能夠為圖像觀察和記錄提供最佳結果的解決方案。




                        參考文獻:(上下滑動查看更多)

                        1. Nelson, L. Sample Determines Lighting Techniques, Back to Basics Microscopy, R&D Magazine (2001) vol. 43, iss. 7, p. 49.

                        2. Diez, D.: Metallography – an Introduction: How to Reveal Microstructural Features of Metals and Alloys. Science Lab (2020) Leica Microsystems.

                        3. Christian, U., and Jost, N.: Metallography with Color and Contrast: The Possibilities of Microstructural Contrasting. Science Lab (2011) Leica Microsystems.

                        4. Ockenga, W.: Polarization Contrast: An Introduction. Science Lab (2011) Leica Microsystems.

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                        6. LEDS and OLEDS (2013) Edison Tech Center.

                        7. J. Cho, J.H. Park, J.K. Kim, E.F. Schubert, White light-emitting diodes: History, progress, and future, Laser & Photonics Reviews (2017) vol. 11, iss. 2, 1600147, DOI: 10.1002/lpor.201600147.

                        8. J. DeRose, D. Barbero, How to select the right solution for visual inspection: Factors to consider when looking for a routine inspection microscope, Science Lab (2021) Leica Microsystems. 

                        9. Goeggel, D. Key Factors to Consider When Selecting a Stereo Microscope, Science Lab (2020) Leica Microsystems.

                        10. Goeggel, D., and Schlaffer, G.: 3D Visualization of Surface Structures, Vertical Resolution –Small Steps, Big Effect. Science Lab (2012) Leica Microsystems.

                        11. Birlenbach, M., Holenstein, R. Higher Motivation, Longer Concentration - Ergonomics as a Competitive Advantage: Microscope Workplace Design in Quality Control. Science Lab (2013) Leica Microsystems.

                        12. J. DeRose, G. Schlaffer, What You Always Wanted to Know About Digital Microscopy, but Never Got Around to Asking, Science Lab (2015) Leica Microsystems.



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