軍用光學(xué)是光學(xué)的一種應(yīng)用，光學(xué)是物理學(xué)的重要分支學(xué)科。也是與光學(xué)工程技術(shù)相關(guān)的學(xué)科。下面是小編為大家精心推薦的軍用光學(xué)技術(shù)論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　軍用光學(xué)技術(shù)論文篇一

　　光學(xué)觸摸技術(shù)綜述

　　文章編號(hào)：1006-6268(2008)10-0016-05

　　摘要：光學(xué)觸摸技術(shù)最初是1970年代引入的，最新的突破帶來(lái)了該技術(shù)的復(fù)蘇。研發(fā)者已經(jīng)能夠解決成本、亮環(huán)境光下的顯示性能，以及組成要素等問(wèn)題，這里只提及其中的一小部分。本文詳細(xì)介紹了這些問(wèn)題是如何解決的;該技術(shù)的前景，包括深入了解一下光學(xué)觸摸系統(tǒng)的幾個(gè)嶄新的發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：光學(xué)觸摸技術(shù);發(fā)光二極管;光學(xué)傳感器

　　光學(xué)觸摸技術(shù)最初是1970年代Caroll Touch公司(現(xiàn)在是Elo TouchSystems的一部分)發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)有不少供應(yīng)商出售該項(xiàng)技術(shù)。和其它的觸摸技術(shù)相比，光學(xué)觸摸技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)界的很多人都認(rèn)為，如果沒(méi)有下面將要提到的兩個(gè)相當(dāng)大的缺點(diǎn)，光學(xué)觸摸技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為觸摸技術(shù)的主流。光學(xué)觸摸屏技術(shù)的最新發(fā)展使得光學(xué)觸摸技術(shù)復(fù)興，為其成主流觸摸技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

　　引言

　　傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸系統(tǒng)是在顯示器的兩個(gè)相鄰斜面上采用紅外發(fā)光(IR)二極管(LED)陣列，并在相對(duì)的斜面邊緣放置光敏元件，用于分析系統(tǒng)、確定觸摸動(dòng)作。LED-光傳感元件對(duì)在顯示器上形成光束柵格。當(dāng)物體(例如手指或者鋼筆)觸摸屏幕遮斷了光束，就會(huì)在相應(yīng)光傳感元件處引起光測(cè)量值的減弱。光傳感的輸出測(cè)量值可以用于確定出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。通?？刂破魇菕呙韫鈧鞲嘘嚵?，而不是同時(shí)測(cè)量所有的光傳感器，因此這項(xiàng)技術(shù)有時(shí)被稱為"掃描IR"。在這項(xiàng)技術(shù)的高級(jí)版本中，每個(gè)光傳感器測(cè)量來(lái)自不止一個(gè)LED的光，這使得控制器可以補(bǔ)償由于屏上不可移動(dòng)的碎片而引起的光的阻斷(見(jiàn)圖1)。

　　這項(xiàng)傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸技術(shù)已經(jīng)主要用于觸摸市場(chǎng)中的相關(guān)領(lǐng)域。過(guò)去，它的廣泛應(yīng)用由于兩大原因曾經(jīng)受到限制：技術(shù)成本比與之競(jìng)爭(zhēng)的其他觸摸技術(shù)要高，還有在亮環(huán)境光下的顯示性能問(wèn)題。后一個(gè)問(wèn)題是由于背光源放大了光傳感元件的背景噪聲。在有些情況下，噪聲大到無(wú)法檢測(cè)到觸摸屏的LED光，導(dǎo)致觸摸屏的暫時(shí)失靈。這個(gè)問(wèn)題在陽(yáng)光直射下最為顯著，因?yàn)殛?yáng)光在紅外區(qū)域分布有大量的能量。

　　另外，傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸技術(shù)由于其它的一些技術(shù)問(wèn)題，例如功耗、機(jī)械包裝約束、分辨率的限制導(dǎo)致系統(tǒng)檢測(cè)PDA筆等小物體的能力受限等，而沒(méi)有被手持式觸摸屏(例如手機(jī)和PDA等)采用。其它技術(shù)例如模擬電阻技術(shù)由于成本低很多，主導(dǎo)了移動(dòng)設(shè)備觸摸屏的市場(chǎng)。

　　但是光學(xué)觸摸的特性還是可取的，代表了理想觸摸屏的屬性，包括可以去除其它觸摸技術(shù)都必需的顯示屏前的玻璃或塑料層。在很多情況下，這種覆蓋層采用透明導(dǎo)電材料，例如氧化銦錫(ITO)，這會(huì)導(dǎo)致顯示屏的光學(xué)性能下降。光學(xué)觸摸屏的這個(gè)優(yōu)勢(shì)對(duì)于很多設(shè)備、顯示屏供應(yīng)商來(lái)說(shuō)是極其重要的，因?yàn)樵O(shè)備的售出與使用者的感覺(jué)質(zhì)量相關(guān)。

　　光學(xué)觸摸的另一個(gè)長(zhǎng)期需求的性能是傳感器的數(shù)字輸出，相比之下，很多其它的觸摸系統(tǒng)是依賴于模擬信號(hào)處理來(lái)確定觸摸位置。這些與之競(jìng)爭(zhēng)的模擬系統(tǒng)通常需要不停的再校準(zhǔn)，對(duì)信號(hào)處理(增加了成本和功耗)的要求比較復(fù)雜，與數(shù)字系統(tǒng)相比精確度相對(duì)降低;并且由于操作環(huán)境引起更長(zhǎng)時(shí)間使用后系統(tǒng)失靈。

　　光學(xué)觸摸的另一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)是通常情況下沒(méi)有手指、筆或其它被識(shí)別硬件的直接接觸。這就減少了觸摸屏由于接觸失敗、老化、疲勞引起失靈的可能。這與低壓力觸摸的要求也有關(guān)。在一個(gè)光學(xué)觸摸系統(tǒng)中，只要與光束接觸就可以了，不需要檢測(cè)力量或者觸發(fā)系統(tǒng)。

　　最后，光學(xué)觸摸可以執(zhí)行同時(shí)觸摸，這是其它觸摸技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。盡管同時(shí)觸摸在過(guò)去沒(méi)有被廣泛地發(fā)展，近期由于蘋(píng)果iPhone等新設(shè)備引起了關(guān)注，它讓同時(shí)觸摸成為用戶界面不可或缺的一部分。

　　1最新技術(shù)提高

　　1.1新元件和信號(hào)處理的改進(jìn)

　　處理：自從傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)展，關(guān)鍵元件如LED、光敏二極管、CMoS芯片在性能上有了長(zhǎng)足的發(fā)展，成本大大降低。產(chǎn)生模塑光學(xué)和信號(hào)處理算法的技術(shù)也有了很大的發(fā)展和改進(jìn)。因此，傳統(tǒng)光學(xué)觸摸技術(shù)有了發(fā)展，至少與其它也在不斷發(fā)展的觸摸技術(shù)相比保持著競(jìng)爭(zhēng)力。

　　1.2改進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　近期，Elo TouchSystems和IRTouch等公司試圖解決光學(xué)觸摸的背景或環(huán)境光問(wèn)題，主要采用改進(jìn)邊緣(縫隙)設(shè)計(jì)、光學(xué)濾光片和更加復(fù)雜的信號(hào)處理來(lái)增強(qiáng)信噪比。如，紅外LED可以通過(guò)特定頻率調(diào)制，光傳感器的輸出只可以在該特定頻率下解調(diào)。由此來(lái)降低陽(yáng)光對(duì)未調(diào)制的紅外光的影響。制造商聲稱的最新產(chǎn)品能承受75~100klx的環(huán)境光，表明這些技術(shù)在降低光學(xué)觸摸對(duì)日光的敏感度方面有了不錯(cuò)的成就。

　　2 新型光學(xué)觸摸系統(tǒng)

　　新元件技術(shù)和關(guān)鍵器件的成本降低使得大量嶄新的光學(xué)觸摸系統(tǒng)得以產(chǎn)生。便宜和更尖端的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的結(jié)合，為現(xiàn)有光學(xué)觸摸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造的再次提出創(chuàng)造了完善的條件。

　　現(xiàn)有兩大類(lèi)新的光學(xué)觸摸系統(tǒng)：一類(lèi)是取決于光源的，通過(guò)阻斷來(lái)檢測(cè)觸摸的;還有一類(lèi)是利用環(huán)境光，而與光源無(wú)關(guān)的。另外，這些新系統(tǒng)還可以根據(jù)規(guī)定光束的遮斷，以及通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)處理來(lái)確定顯示器上方圖像的觸摸點(diǎn)來(lái)分類(lèi)。本文回顧了這些新型的光學(xué)觸摸系統(tǒng)。

　　3 Neonode

　　Neonode采用了傳統(tǒng)的IR觸摸技術(shù)，LED以及光敏二極管，關(guān)鍵在于將其微型化以用于手持設(shè)備。除了將該技術(shù)用于其N(xiāo)2手機(jī)，Neonode還將它銷(xiāo)售給其他的設(shè)備制造商。但是還不清楚該技術(shù)是否被其他的手機(jī)銷(xiāo)售商采納。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于斜面的高度。很多手機(jī)制造商不斷地嘗試制造能在頂面齊平或者接近齊平的新元件，他們希望顯示器盡量延伸，盡量靠近設(shè)備的邊緣(使得顯示器的尺寸和對(duì)多媒體功能的體驗(yàn)都盡可能的大)。參考圖2中給出的Neonode N2和蘋(píng)果iPhone，可以立刻明顯發(fā)現(xiàn)iPhone屏幕的表面是平滑的，而N2手機(jī)屏的表面是凹的。通過(guò)對(duì)樣品的檢測(cè)，N2的斜高約為1.6mm(包括包裝材料的厚度);而iPhone的斜高為0(平滑)。其它妨礙Neonode觸摸屏技術(shù)在手機(jī)市場(chǎng)使用的問(wèn)題有成本和功耗，都是因?yàn)樵O(shè)備中大量的采用光電子元件(LED和光敏二極管)造成的。

　　對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)及蘋(píng)果iPhone的另外一個(gè)潛在的挑戰(zhàn)是只能用手指觸摸的限制。亞洲智能手機(jī)制造商更希望能夠采用觸摸筆輸入，以支持字符識(shí)別。Neonode N2上的光束間隔比較寬，大約每厘米2.5個(gè)光束，手指大約能夠覆蓋9個(gè)光束交叉點(diǎn)。這能節(jié)約能量，但是使得觸摸筆在觸摸屏上無(wú)法使用。即使使用大的觸摸筆，由于分辨率不夠，手寫(xiě)識(shí)別還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)。相比較而言，用于iPhone的導(dǎo)電軌跡間隔相對(duì)比較窄，大概每厘米25個(gè)軌跡交叉點(diǎn)。但是，即便是投射式電容性技術(shù)的分辨率更高，它只能支持手指觸摸，限制了觸摸筆或是戴手套時(shí)的使用。所以這個(gè)比較結(jié)論有待討論。

　　4 NextWindow、SMART以及其它技術(shù)

　　NextWindow和SMART技術(shù)實(shí)現(xiàn)了基于照相機(jī)的光學(xué)觸摸，至少有一個(gè)新的開(kāi)始。

　　NextWindow的光學(xué)觸摸屏技術(shù)采用了兩個(gè)放置在顯示器相鄰邊角上的線掃描照相機(jī)(圖3)。照相機(jī)根據(jù)紅外光源的截?cái)鄟?lái)檢測(cè)任何靠近表面物體的移動(dòng)。由屏表面的一個(gè)平面產(chǎn)生光，并由屏三個(gè)邊上的定向反射條( 定向反射鏡使得光從入射角沿著平行但相反的路徑反射回來(lái))反射回相機(jī)。當(dāng)手指(或任何物體)觸摸屏幕時(shí)，控制器就分析了相機(jī)中的圖像，觸摸物體位置的三角關(guān)系。SMART光學(xué)觸摸屏技術(shù)使用的是相同的原理，區(qū)別在于它用了四個(gè)面掃描照相機(jī)。

　　即使技術(shù)上允許光學(xué)觸摸技術(shù)不需要玻璃觸摸表面，供應(yīng)商也不會(huì)這樣做，因?yàn)樾枰Ｗo(hù)LCD的軟(2H)表面。這些技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)在它們的有源器件更少，因此可以減少成本，具有更長(zhǎng)的平均失誤間隔時(shí)間(MTBF)。NextWindow銷(xiāo)售的觸摸屏的尺寸在12～120in范圍之間，到目前為止大多數(shù)應(yīng)用于監(jiān)視器尺寸的顯示屏(例如HP TouchSmart家用電腦)，以及用于交互數(shù)字簽名的大尺寸顯示[1]。盡管這項(xiàng)技術(shù)具有很高的分辨率和數(shù)據(jù)傳輸率，能夠支持觸摸筆的手寫(xiě)識(shí)別;但是，對(duì)于小于10in，由于邊界寬度、成本、功耗的考慮不采用掌上反射顯示屏的還無(wú)法應(yīng)用。總的來(lái)說(shuō)，基于相機(jī)的光學(xué)觸摸技術(shù)在近期內(nèi)還無(wú)法應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備。

　　5 Perceptive Pixel

　　紐約大學(xué)的研究者最新研制了一種可以同時(shí)用10個(gè)、20個(gè)，甚至更多手指觸摸的大型多處觸摸屏。Perceptive Pixel公司的成立，旨在將該項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化――盡管這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于交互性白板、觸摸屏桌、數(shù)字墻等領(lǐng)域，所有的這些設(shè)備都可以由多人同時(shí)操作。

　　Perceptive Pixel技術(shù)原理是將紅外LED光引入玻璃或塑料的背投屏上。該技術(shù)應(yīng)用非全內(nèi)反射(FTIR)，即當(dāng)手指觸摸玻璃表面時(shí)，光從手指處散射出去，被垂直于普通玻璃表面的光學(xué)傳感器檢測(cè)到[2]。在Perceptive Pixel應(yīng)用中，光傳感器是投影機(jī)旁邊的一個(gè)攝像機(jī)(見(jiàn)圖4)。因?yàn)樵摷夹g(shù)是為背投顯示屏設(shè)計(jì)的，它不能應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備中。

　　6夏普、東芝-松下顯示(TMD)及其它

　　夏普、TMD以及LG-飛利浦LCD都展示了顯示屏本身作為光傳感器件的光學(xué)圖像觸摸系統(tǒng)。這些新型的LCD在每個(gè)LCD像素中集成了一個(gè)光傳感器件(發(fā)光二極管或光敏晶體管)，這使得整個(gè)顯示屏成為一個(gè)大矩陣光傳感器;加上合適的圖像分析技術(shù)，它可以成為觸摸傳感器甚至一個(gè)讀卡掃描器。夏普最新展示了320×480像素光傳感分辨率的3.5in LCD。由于固有的數(shù)字技術(shù)，它具有識(shí)別出同時(shí)多處觸摸事件的能力(圖5)。

　　將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于觸摸屏需要面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是，在有各種不同類(lèi)型環(huán)境光的情況下進(jìn)行信號(hào)處理。與普通的觸摸屏不同，該技術(shù)需要分析一幅復(fù)雜的圖像來(lái)確認(rèn)是否有觸摸發(fā)生。與普通的觸摸屏相比，這項(xiàng)技術(shù)需要更加先進(jìn)、昂貴、耗電的處理器。另外，多種背景光的存在會(huì)使得圖像分析更為復(fù)雜。另外一個(gè)需要考慮的問(wèn)題是速度。比如說(shuō)，手寫(xiě)識(shí)別通常被認(rèn)為需要至少每秒130幀的觸摸識(shí)別速度，以避免識(shí)別延時(shí)。這種處理速度對(duì)于基于圖像矩陣、低功耗的、用于手持設(shè)備的觸摸技術(shù)來(lái)說(shuō)是一種挑戰(zhàn)。

　　由于移動(dòng)設(shè)備的顯示屏的尺寸、比例、分辨率有很多種，生產(chǎn)商沒(méi)有真正的標(biāo)準(zhǔn)。因此，生產(chǎn)能夠用于任意顯示器的傳感器將帶來(lái)高成本，并且需要處理復(fù)雜觸摸傳感LCD的NRE。另外，這些LCD可能具有更小的像素-孔徑比，因此與沒(méi)有觸摸傳感的類(lèi)似顯示屏相比亮度可能會(huì)低一些。

　　7 RPO數(shù)字波導(dǎo)觸摸技術(shù)

　　RPO數(shù)字波導(dǎo)觸摸(DWT)技術(shù)是基于傳統(tǒng)IR系統(tǒng)概念發(fā)展而來(lái)的光學(xué)觸摸系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用1～2個(gè)低成本LED，用來(lái)從兩個(gè)相鄰斜邊提供可控的光源(事實(shí)上是一個(gè)紅外光平面)，然后在另兩個(gè)相鄰的斜邊上，利用聚合物光學(xué)波導(dǎo)來(lái)將光線引入分立的10 m管道進(jìn)入一個(gè)小的光傳感器矩陣(圖6)。

　　這項(xiàng)由傳統(tǒng)IR觸摸改進(jìn)的技術(shù)有效地解決了傳統(tǒng)技術(shù)所有的缺點(diǎn)。下面將討論這些缺點(diǎn)。

　　由于光電器件(LED和傳感器)不再放置在顯示器的斜邊上;與傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸系統(tǒng)相比，斜面高度和寬度對(duì)觸摸系統(tǒng)的影響減弱了。RPO展示了在顯示區(qū)域外只有2mm的觸摸系統(tǒng)，從屏保護(hù)(鏡片)到器件外殼的內(nèi)表面的側(cè)面高度只有0.5mm。

　　DWT因?yàn)橹挥?~2個(gè)LED和1個(gè)光傳感器芯片，所以成本要低很多;由于接收端的光學(xué)信號(hào)進(jìn)入分立的光導(dǎo)，被光傳感器矩陣的獨(dú)立像素分別檢測(cè)而具有"數(shù)字性"，所以它的分辨率要高很多。因此，筆檢測(cè)和手寫(xiě)輸入識(shí)別成為了可能。

　　濾波器和孔隙化的發(fā)展使得環(huán)境光不再是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榧?xì)小光學(xué)波導(dǎo)作為接收管道。

　　使這項(xiàng)技術(shù)成為可能的關(guān)鍵是RPO公司改進(jìn)的低成本光刻印刷聚合物光學(xué)波導(dǎo)。這家公司采用類(lèi)似LCD的處理工具來(lái)沉積濕膜，用直接的光刻圖案處理薄膜，還有溶劑的改進(jìn)。這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是改進(jìn)聚合物材料和用于生產(chǎn)大量、高強(qiáng)度的高分辨率光導(dǎo)的工藝用了很多年。另外，這個(gè)RPO使用的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，但是在物理系統(tǒng)中簡(jiǎn)單、便宜、便于集成。

　　RPO在Display Week 2007上演示了這個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)用于PDA設(shè)備的多重觸摸。DWT現(xiàn)用于高端用戶產(chǎn)品之中。理論上講，這個(gè)系統(tǒng)可以用于任意尺寸的顯示屏，但是RPO最初是面向中小型消費(fèi)類(lèi)電子和車(chē)載顯示器的。

　　8 結(jié)論

　　以上這些新的光學(xué)觸摸技術(shù)都可以在廣大且持續(xù)發(fā)展的觸摸屏市場(chǎng)中占據(jù)屬于自己的一席之地。排除所有的技術(shù)缺陷，我們可以預(yù)測(cè)光學(xué)觸摸技術(shù)與其它觸摸技術(shù)相比具有關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，這些新技術(shù)，如果都?xì)w類(lèi)于"光學(xué)觸摸系統(tǒng)"，最終可以占據(jù)觸摸屏市場(chǎng)的一大份。

　　促進(jìn)手持式觸摸屏迅猛發(fā)展的是蘋(píng)果iPhone以及其它智能手機(jī)、GPS手持設(shè)備，還有個(gè)人多媒體播放器。上面的這些技術(shù)，Neonode、夏普、TMD、RPO目標(biāo)都很明確，并希望能和現(xiàn)有的電阻和投射式電容性觸摸技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]"Introducing the NextWindow 1900 Optical Touch Screen:A NextWindow White Paper" (2007).

　　[2] J. Han, "Low-Cost Multi-Touch Sensing through Frustrated Total Internal Reflection," Proceedings of the 18th Annual ACM Sympo-sium on User Interface Software and Technology (UIST), (2005) (ACM 1-59593-023- X/05/0010).

　　(東南大學(xué) 石卉創(chuàng) 譯自《Information Display》12/07)

　　軍用光學(xué)技術(shù)論文篇二

　　自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)

　　[摘 要]介紹PCB制作過(guò)程中檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，重點(diǎn)介紹自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)方法(AOI)的工作原理及其關(guān)鍵技術(shù)。

　　[關(guān)鍵詞]PCB檢測(cè)、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)、檢測(cè)算法。

　　一、PCB檢測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程

　　在PCB的生產(chǎn)工藝流程中，蝕刻是重要環(huán)節(jié)之一，即用化學(xué)藥劑腐蝕掉設(shè)計(jì)線路以外多余的銅。該工藝流程中，藥劑量、溫度、流速和腐蝕時(shí)間等因素直接影響生產(chǎn)的質(zhì)量，控制不好將會(huì)產(chǎn)生諸如短路、開(kāi)路、線寬缺損、殘留銅和針孔等缺陷。

　　PCB通常用目視、電測(cè)試和AOI方法檢測(cè)。

　　20世紀(jì)70年代以前，PCB檢測(cè)主要依靠人眼加放大鏡，檢測(cè)速度慢，漏檢率高，同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致檢驗(yàn)人員視力下降，影響人體健康。

　　電測(cè)試的原理是根據(jù)PCB線路圖的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一副針床夾具和相應(yīng)的網(wǎng)點(diǎn)測(cè)試程序。測(cè)試時(shí)，探針壓在PCB表面的待測(cè)點(diǎn)，然后通電測(cè)試每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的通斷，并報(bào)告存在的短路和斷路缺陷。其局限在于○1只能檢測(cè)短路和斷路兩種缺陷，缺口、針孔和殘留銅等其他缺陷都無(wú)法檢測(cè)。○2針床夾具的成本過(guò)高，小批量生產(chǎn)不合適。

　　電測(cè)試受到PCB向高密度、小型化方向發(fā)展的限制。隨著線路板的密度不斷增大，電測(cè)試需不斷增加測(cè)試接點(diǎn)數(shù)，導(dǎo)致測(cè)試編程和針床夾具成本上升，開(kāi)發(fā)測(cè)試程序和夾具通常需要數(shù)星期乃至一個(gè)多月時(shí)間，同時(shí)將導(dǎo)致電測(cè)試出錯(cuò)和重測(cè)次數(shù)增多。對(duì)電測(cè)試構(gòu)成挑戰(zhàn)的還有不斷減少的引腳距離。因此，電測(cè)試已不能滿足未來(lái)線路板的測(cè)試要求。

　　二、PCB自動(dòng)光學(xué)測(cè)試技術(shù)

　　(2) 自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)的工作原理

　　AOI是檢測(cè)PCB表面圖形品質(zhì)(如表面缺陷、斷路和短路)的設(shè)備，用于生產(chǎn)過(guò)程中半成品品質(zhì)檢測(cè)，是高精密單層印制板，尤其是多層印制板加工的關(guān)鍵技術(shù)。測(cè)試系統(tǒng)集光學(xué)、精密機(jī)械、識(shí)別診斷算法和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，功能或激光自動(dòng)掃描PCB，采集圖像后送與計(jì)算機(jī)處理，再與數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，查出PCB上缺陷，用顯示器或自動(dòng)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)顯示或標(biāo)識(shí)缺陷，供維修人員修理。

　　2.PCB自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)圖像處理技術(shù)

　　(3) 圖像采集

　　獲取圖像是AOI的關(guān)鍵，所獲取圖像的質(zhì)量好壞直接影響最終的檢測(cè)效果。從使用的圖像采集器件來(lái)看，目前AOI分為兩類(lèi)，一類(lèi)是使用高精度線掃描CCD成像;另一類(lèi)是利用激光作為光源，用光電倍增管(PMT)作為光電轉(zhuǎn)換器件來(lái)獲取圖像。

　　圖像的處理是將光電器件(CCD或PMT)輸出的有關(guān)PCB信息的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)。首先進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為灰階數(shù)字信號(hào)，利用PCB基材和銅的灰階值不同的特性，形成二維灰度圖像，然后利用閾值法，將大于指定閾值的像素轉(zhuǎn)換成黑(銅)像素，等于或小于指定閾值的像素轉(zhuǎn)換成白(基材)像素。閾值根據(jù)材質(zhì)來(lái)選取，一般在灰階數(shù)值的60～110之間，最后得到關(guān)于PCB信息的二值(0，1)圖像。

　　(2)圖像處理技術(shù)

　　(A)圖像特征提取

　　對(duì)轉(zhuǎn)換后的二值圖像進(jìn)行分析并與標(biāo)準(zhǔn)圖像比較以發(fā)現(xiàn)PCB上存在的缺陷。常用的分析方法有兩種。其中矢量分析法是一種圖形位置搜索技術(shù)，八支射線沿著垂直、水平和對(duì)角線由中心往外計(jì)算，在影像圖上找出主要特征并將其分離出來(lái)，然后對(duì)這些進(jìn)行測(cè)量，包括形狀、尺寸、角度和坐標(biāo)。由于該方法方向性很強(qiáng)，兩支射線間的空隙是檢測(cè)盲區(qū)，漏檢率較高，現(xiàn)在已經(jīng)較少采用。另一種是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分析法，其優(yōu)點(diǎn)是在將圖像簡(jiǎn)化至骨架時(shí)，可大大減少圖像的數(shù)據(jù)量;對(duì)圖像特征的記錄穩(wěn)定可靠且精準(zhǔn);新算法的研發(fā)具有很強(qiáng)的彈性。

　　(B)圖像處理算法

　　在PCB檢測(cè)中，常用的算法有四類(lèi)：

　　(4) 數(shù)據(jù)處理類(lèi)：對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步過(guò)濾，過(guò)濾小的針孔和殘留銅及不需檢測(cè)孔等。

　　(5) 測(cè)量類(lèi)：對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，記錄特征代碼、尺寸和位置并于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

　　(6) 拓?fù)漕?lèi)：用于檢測(cè)增加或丟失的特征。

　　(7) 孔及細(xì)微缺陷類(lèi)算法。

　　三、AOI檢測(cè)系統(tǒng)

　　(8) 常用的AOI檢測(cè)系統(tǒng)

　　目前AOI產(chǎn)品的主要供應(yīng)商有以色列ORBOTECH及CAMTEK公司，日本LIOYD DOYLE和SCREEN，下面以O(shè)RBOTECH公司INSPIRE9060及V309 Blaser為例說(shuō)明AOI系統(tǒng)的性能特點(diǎn)。

　　INSPIRE9060是目前世界上自動(dòng)化程度較高的AOI系統(tǒng)，具備自動(dòng)上板/下板功能，使用三個(gè)8kbyte彩色CCD成像，用形態(tài)學(xué)算法進(jìn)行圖像分析處理，可檢測(cè)最小線寬/間距為75?m。

　　V309 Blaser是用激光來(lái)獲取圖像的AOI系統(tǒng)，對(duì)高密度互連板HDI、細(xì)線路板及雷射鉆孔板方面具有較強(qiáng)的檢測(cè)能力。最小解析度為6.3?m，可檢測(cè)最小線寬/間距為50?m。

　　2.AOI的發(fā)展趨勢(shì)。

　　(9) 在線檢測(cè)：PCB生產(chǎn)商希望AOI能夠直接與蝕刻線相連，無(wú)需人員上下板，這樣既可降低人員成本，又可提高產(chǎn)量。

　　(10) HDI板/激光鉆孔板檢測(cè)：由于HDI板線路很細(xì)，其缺陷更為細(xì)小，要求增強(qiáng)AOI對(duì)細(xì)微缺陷的檢測(cè)能力。

　　(11) 超大板檢測(cè)：通訊背板的設(shè)計(jì)向高層、大板面(>1270mm×762mm)方向發(fā)展。

　　盡管AOI可以完成目視檢查難以勝任的工作，可靠性仍有不完全令人滿意的地方。該技術(shù)高度依賴計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，如原始光學(xué)圖像提供的信息不足，或者圖像處理算法不夠有效，將導(dǎo)致誤判。因此，高分辨率電路板AOI技術(shù)還將進(jìn)一步發(fā)展。

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