高光谱成像技术在薄膜厚度检测上的应用

厚度是评价薄膜和涂层的关键质量参数，厚度和均匀性影响着薄膜的性能，所以制备膜层的研究人员需要对其准确检测。

目前常用的检测技术是X射线技术和光谱学技术，尤其是光谱学技术，被广泛应用于膜层制备检测工艺当中。厚度检测所使用的点传感器，通常被安装在横向扫描平台上，从而形成锯齿形检测模式，由下图可以看出，这种检测技术无法对薄膜进行全面检测。

而阵列式的高光谱相机（推扫式）可以克服这一限制并检测整个胶片或涂层。每次采集一行数据信息，再以高空间分辨率生成整个胶片宽度上的光谱数据。

为了演示该应用中的高光谱成像，Specim 使用在 900–1700 nm 范围内运行的光谱相机（Specim FX17）测量了四个聚合物薄膜样品。样品薄膜的标称厚度为 17um、20um（两层薄膜）和 23 um。采用了镜面几何的方式，排查了干扰误差。之后根据相长干涉之间的光谱位置和距离，可以推导出薄膜厚度：

镜面反射中测量的光谱干涉图案被转换为厚度图

使用 Matlab 将光谱信息转换为厚度热图。根据从FX17所获得的光谱数据，所计算出的膜层平均厚度为 18.4um、20.05um、21.7um和23.9 um，标准偏差分别为 0.12、0.076、0.34 和 0.183。在测量薄膜时，它们都还没有进行拉伸处理。这可以解释为什么测量值略高于标称值。

由此试验可知，膜层厚度检测技术运用高光谱成像技术将会显著提高检测效率。高光谱相机（如 Specim FX17）每秒可采集多达数千条线图像，它们可以提供全天候的薄膜在线检测，能够很好的提供产品的质量以及一致性，并大大减小因误筛所导致的材料浪费。

高光谱相机技术与当前基于点光谱仪的 XY 扫描解决方案相比，大大提高了检测速度。此外高光谱相机还消除了X射线传感器所带来的有害辐射风险。

FX17是芬兰Specim的近红外高光谱相机，专为工业和实验室使用。 它工作在线扫描模式，并收集900至1700 nm的高光谱数据。  

产品特点：

◆ 光谱范围为 900-1700 nm

◆空间分辨率高达640像素

◆GigE版图像帧频可达527 FPS；CameraLink 版的高达670 FPS

◆相机波长覆盖范围内的224个光谱通道可自由选择

◆内置图像校正

◆GigE 或 CameraLink 标准接口

◆易于安装到工业环境

芬兰Specim是高光谱成像生产商，是该领域的先*，为市场提供广泛的高光谱相机，成像光谱仪、系统和附件。其高光谱相机包含VIS、NIR、SWIR、MWIR以及LWIR的全线产品。西安立鼎光电为芬兰Specim高光谱相机中国区的合作伙伴，可以为您提供专业的咨询和售前、售中以及售后服务。