作者： 时间：2022-10-29
美国dataray推出的WinCamD光斑分析仪可以和显微镜物镜一起使用从而实现近场成像。例如，放大和重新成像LED/激光刻面或者束腰。对于因太小无法直接测量或在光纤输出口等无法接近的束腰成像，这是一种经济实惠的解决方案，可以实现小尺寸光束成像光斑和光纤成像光斑分析。显微镜物镜不是解决测量小光束和无法接近的光束束腰的唯一办法，还有用于直接测量小光束的扫描式狭缝光束轮廓仪以及能够将不可接近的束腰进行重新成像的LensPlate2配件。但是对于需要测量小光束（<10μm直径）并且要求完整的2D成像，使用带有显微镜物镜的相机是最好的解决方案。
图1 使用WCD-MOM显微镜物镜支架安装在WinCamD-LCM光斑分析仪上的MO-5x物镜
安装方案
符合RMS(DIN)标准的标准显微镜物镜要求物镜的RMS螺纹安装法兰和物镜的像平面之间的总光学距离为150 mm。这确保了在与最佳成像相对应的设计光学距离下工作。
对于WinCamD光斑分析仪，图像平面必须与位于WinCamD-LCM外壳表面下方7.5毫米处的探测器阵列重合（其他型号传感器平面到表面的距离会有所不同）。建议安装如图2所示。
相机饱和功率将比用户手册中显示的曲线高m2，其中m是物镜放大倍率。如果计算出的功率意味着您不需要使用ND-4滤光片，请将其更换为额外的间隔环。
如果您需要将前端靠近物镜以保持机械稳定性，WCD-MOM套件包括一个带1/4-20螺纹的安装环。
零件清单
-WinCamD-LCM或其他WinCamD型号光斑分析仪
-WCD-MOM显微镜物镜支架：1个111.5mmC型安装管，1个15mmC型安装管，2个5mmC型安装管，6mm外部C型底座到内部DIN适配器。
-MO-XXx显微镜物镜：MO-4x、MO-10x、MO-20x或MO-50x。请在订购时指定您的波长。
图2：使用WCD-MOM将显微镜DIN显微镜物镜安装到WincamD相机上
对齐和安装
稳定性
对于物镜放大率m，对准难度通常比没有放大率测量的高出m倍。注意确保相机加物镜系统安装牢固。在高放大率下，即使是来自声学，机械噪声和空调系统振动的共振也会导致安装系统的不良。
衍射极限性能
如果法兰到成像距离与150mm有很大不同，则成像将因某些未量化物质中的衍射限制而退化，这在高放大率下会更糟。此外，光束应该对齐，中心在轴上。如果有问题，请重新成像高分辨率网格图案来确定成像质量。
聚焦
当放大直径最小时，源头就在焦点处。通过将源头或者相机在Z上移动来设置它。必须在测量透镜放大率前设置准确。
镜头放大率测量
该软件可以通过在Capture Setup对话框（Setup->Capture Setup）的Pixel Multiply Factor (PMF)框中输入一个值来补偿已知的放大倍率。
按照以下步骤完成放大率测量：
-对齐和聚焦系统
-单击Centroid [absolute]框，直到它切换到Centroid [relative]并且Xc、Yc 和Rc框重置为0。
-将源或相机加镜头组件移动一个已知的横向距离，并测量屏幕上图像质心位置的横向变化。使用相对质心特征，这将自动计算为Rc。
-实际运动与实测质心运动的比值决定了像素的放大倍数。这应该作为X和Y的像素倍增因子在Capture Setup Dialog中输入。您将源或相机横向移动10 μm，图像质心移动 400 μm。因此像素放大率为(10/400) = 0.04。输入0.04 作为X和Y的PMF因子。然后屏幕上的尺寸将是正确的。
其它注意事项
限制包括像素尺寸，镜头相差残留，镜头NA对收集光和分辨率的限制，如果镜头的AR增透膜不能够完全吸收无用的波长，那么残存的相差将会进行多次反射。
像素尺寸
第一个限制是像素尺寸。图3中50μm的光束图像和轮廓表面了最终像素限制光束可以实现的精度。我们通常推荐1/e2处的光束直径至少要10倍的像素尺寸以上。例如，要对一个6μm的点在13.5%处直径进行10个像素成像，WinCamD-LCM相机有5.5μm像素尺寸需要放大到至少55μm以上。对于这个测量，10x物镜很好，20x物镜更好。
图3：50μm光束在4.65μm像素尺寸的WinCamD-UCD12相机上呈现的2D图像
数值孔径
第二个限制是物镜的NA。对于物镜放大倍率m，物平面中的分辨率也是像素分辨率（像素尺寸/m）μm，或者（0.61xλ/NA），哪个数值大是哪个。NA是光束或者显微物镜的数值孔径，哪个更小是哪个。注意无论理论分辨率是多少，WinCamD的插值允许系统将光束尺寸和质心位置读取到0.1μm。在小光束，这些可以粗略的量化成（像素尺寸/m）μm的采样限制。
图4：NA限制分辨率与波段和NA值的关系
重新成像区域
成像的束腰或者刻面区域将为（传感器XY面积/m x m），m是物镜放大率。
过滤
在过滤器的下拉菜单栏中，重要的是在查看小光束时选择无过滤，以避免光束轮廓的平滑和展宽。
可供选择的显微镜物镜
-购买您能负担得起的最佳物镜。即平面（平场）或半平面，而不是简单的消色差或“标准”物镜。
-确保镜头的数值孔径足以满足您的应用。
-购买适合波长的镀膜物镜。
-除非您添加辅助镜头，否则无限远校正物镜不会形成图像。
-避免使用盖玻片校正的物镜或“浸没”物镜。
-大多数物镜使用0.8”x 36 TPI的RMS (DIN)安装螺纹标准。JIS标准是相同的螺纹，但采用不同的管长度。 Mitutoyo物镜使用26mm x 0.706mm螺距螺纹。
