多光谱相机在液晶面板检测中的运用收藏

   多光谱成像技术通过运用多种滤光片、分光器、感光元件，使相机能同时接收到同一物体在不同通带或窄带波长下的信息，将成像的电磁波范围拓展到UV和IR波段多光谱成像技术在生物医疗、天体物理、机器视觉乃至军事侦察等领域都有着广阔的运用前景。

   本次研究的是多光谱成像技术在液晶面板检测技术上的实际运用案例，将被检测对象凸显可以极大地优化精简算法，达到更好的检测率    一、液晶屏的主要组成部件    1 软性电路板FPC　　简称软板，印刷电路板的一种，适用于小而精密的各类电子产品；FPC的基材一般是铜，并由各种保护膜进行覆盖，裸露电路表面以金电镀处理（俗称金手指）。

   2 铟锡氧化物ITO　　一般是约90%In2O3和10%SnO2的混合物，其透明传导薄膜广泛运用于液晶产业ITO透明薄膜属于n型半导体，具有优异的光电特性如良好的可见光透过性，红外线反射性，紫外线吸收性。

在可见光下基本透明    3 异向导电胶ACF    ACF是同时具有粘接、导电、绝缘三大特性的透明高分子连接材料在高温高压力的压头作用下，利用ACF中的导电粒子（所谓金球）连接IC芯片与基板两者之间的电极使之成为导通，同时又能避免相邻两电极间导通短路，而达成只在纵方向导通的目的。

   4 集成电路板IC    　　采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。

   二、实验器材和方案                            1 实验器材     Edmund 带通滤光片五组，中央波长CWL分别为450 500 550 600 650nm 带宽50nm

    Edmund 电动滤光片转轮一套     JAI 500W 黑白相机一台     Moritex 2x/1x 远心镜头　　 液晶屏样品1 与样品2　　 嘉励白色环光一台    2 实验方案　　将镜头、滤光片转轮（滤光片已安装）、相机进行装配；运用白色环光照明，在不同波段下分别对FPC、ITO、ACF、PIN进行拍摄，观察效果。

   3 预期效果　　推测CWL=450nm的滤光片可以很大程度地阻隔金手指、ACF、IC引脚金色表面的反射光ITO的试验效果可能不会很明显    三、实验结果                      。

   1 样品1FPC局部 多光谱拍摄效果 （λd=50nm)

‍    2 样品2FPC局部 多光谱拍摄效果 （λd=50nm)

‍    3 样品1 FPC连接处镀金线（金手指） 多光谱拍摄效果 （λd=50nm)

‍    4 FPC多光谱拍摄实验分析　　FPC在LED白光下呈现金色，现在假设有一个检测项目要求检查FPC表面数字字样是否出现缺失，就需要对局部进行成像样品1由于弯折，局部混合反射强烈，在全响应范围下表面的白色字样无法识别。

多光谱成像技术对于凸显FPC表面白色编号字样并消除其他干扰有极好的效果白光下呈现金色的物体表面主要反射短波可见光，运用CWL=450nm的带通滤光片可以阻隔金色表面的反射光进入感光元件，由此呈现黑色本实验证明对于强烈反光的有色物体，选择合适的带通范围可以消除杂光干扰便于视觉方案的设计。

　　样品2表面可以看到重叠的白色数字编号和黑色数字编号简单地说，呈现黑色的物体对各波段可见光几乎全不反射，金色物体吸收蓝紫光，而白色物体则均有反射在CWL=450nm下，得到了只凸显白色字样的成像效果　　在制定检测方案时，如果遇到需要保留白色对象的信息而消除其他物体色信息的情况。

多光谱成像技术大有可为，可以得到高对比度的清晰成像当然，这种技术不仅局限于液晶面板的检测    5 样品2 ITO ACF多光谱拍摄效果

‍    6 样品2 IC引线 多光谱拍摄效果

   7  ITO 多光谱拍摄实验分析    ① ITO透明导电薄膜厚度与光电性能的关系　　总体而言，不同厚度的ITO薄膜的可见光光谱透射率T都＞80%；且对近红外光有很高的反射率，这是粗略的定性分析。

　　但是，当ITO薄膜的厚度非常小时（与可见光波长一个数量级），薄膜等厚干涉的作用就无法忽视了对于不同厚度（200-1500nm)的ITO薄膜，视觉感观其颜色呈现周期性变化，随着膜厚的增加显现为紫红-蓝-金黄-绿-金黄-蓝-紫红的规律。

‍　　原因是不同厚度的薄膜对不同波长光线的干涉作用不同（薄膜干涉光程差决定了哪些波长的反射光线相消），当薄膜厚度对波长为550nm的绿光透射率较高时，ITO薄膜对紫光、红光的反射较强，因此呈现紫红色；当薄膜厚度对波长 550nm(绿光)反射最强时 , 薄膜反射绿光而透射紫光红光因此呈现绿色 。

本实验中的ITO薄膜呈现青色，显然是薄膜反射蓝绿光而透射红光的结果（可以近似认为在VIS下透射率越高，反射率越低，ITO对可见光吸收很弱可忽略不计）  ② ITO透明导电薄膜的干涉原理

   d=150 175nm的ITO薄膜反射率变化曲线，此产品的厚度应介于两者之间    8  IC引线 ACF 多光谱拍摄实验分析　　宏观尺度上金属的颜色由微观尺度金属的物理特性决定　　金属是一类比较特殊的物质，其电子结构与很多物质都不同，存在着大量自由电子（金属导电的原因）。

自由电子构成的等离子体海洋（Plasma)可以有效反射光波，因此金属就表现出对光线的良好反射，也是其不透明的原因　　有玻尔频率条件：E=En-Em=hv  物质对电磁波的吸收过程伴随着原子外层电子能级的跃迁。

光具有量子性，因此在同一时刻只有高能电磁波才能被金属吸收，而低能量的可见光都被反射掉了，因此金属有着强烈的银白色光泽     Au的原子中最内层电子以0.65c的速度飞驰，由于狭义相对论带来的质量效应，电子质量变大，轨道半径缩小，使得六层电子的轨道半径都跟着缩小了，外层电子也更容易跃迁到内部更高的能级，在宏观上的表现就是金可以吸收可见光中能量较高的那部分-蓝紫光，所以金在宏观尺度上呈现金黄色。

　　所以ACF、IC引线这些镀金的部件在450nm光照下几乎消失，它们把450nm的光都吸收掉了    四、实验小结                          1 ITO薄膜的厚度在微观尺度上影响了薄膜干涉相消与相长之波长，表现在宏观尺度上为可见光波段下薄膜反射率与透射率的周期性变化。

对某个波长的反射光线的相消使得薄膜对该波长光的透射率变大，反射率降低，反之亦然，从ITO薄膜的光谱反射特性我们据此可以测定薄膜的厚度多光谱成像技术对厚度不同的ITO薄膜也会有不同的效果    2 对于物体色有明显差异的检测对象，多光谱成像技术有很好的效果。

例如对IC引线，ACF，FPC的突出检测成像    3 接下来需要测试其他ITO薄膜样品的多光谱成像效果以验证上述结论是否正确    4 ITO薄膜近红外反射率很高，是一种可能的检测手段，值得进一步研究。

   五、参考文献                          1 In2O3/SnO2薄膜的制备及光谱反射特性研究；    2 ITO 透明导电薄膜厚度与光电性能的关系　(中国建筑材料科学研究总院, 北京 100024)；

   3 铟锡氧化物干涉色表。

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