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比较全的检测。

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：
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， 并较大的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， 较大的提高了检测速度。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。