Penyelidikan tentang Pengesanan Bentuk Tiga Dimensi Mikroskop Pencahayaan Interferometri Cahaya Bukan Selari
Perkembangan pesat industri pembuatan jentera dan elektronik telah mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk teknologi pengesanan morfologi mikroskopik. Pada masa ini, pengesanan bentuk tiga dimensi boleh dibahagikan kepada dua kategori: sentuhan dan bukan sentuhan. Kaedah sentuhan terutamanya merujuk kepada kaedah stylus. Prinsipnya adalah untuk menukar anjakan kecil dalam arah menegak stylus kepada isyarat elektrik dan menguatkannya, untuk mendapatkan taburan bentuk tiga dimensi permukaan pengesanan. Kaedah pengesanan bukan sentuhan terutamanya termasuk kaedah pemfokusan rasuk, kaedah unjuran cahaya berstruktur dan interferometri. Kaedah pemfokusan rasuk menggunakan titik cahaya terfokus sebagai probe optik untuk mengimbas permukaan pengesanan untuk mendapatkan data tiga dimensi. Kaedah ini boleh melakukan pengesanan tiga dimensi kontur kompleks, tetapi kelajuan pengukuran adalah perlahan. Interferometri dan kaedah unjuran cahaya berstruktur mengesan kontur permukaan dengan menyelesaikan ubah bentuk pinggir, di mana interferometri menggunakan prinsip koheren gentian atau koheren pancaran selari, termasuk interferometri laser dan interferometri pengimbasan cahaya putih. Apabila menggunakan keselarasan gentian optik, ia perlu bekerjasama dengan kanta objektif dengan jarak kerja yang besar, yang mengehadkan pembesaran kanta objektif. Interferometri pengimbasan cahaya putih menggunakan cahaya putih spektrum luas sebagai sumber pencahayaan dan menggunakan prinsip koheren pancaran selari. Ralat pengukuran tunggal adalah dalam lingkungan 20nm. Maklumat seperti kontras dan keamatan cahaya menentukan kedalaman mutlak permukaan yang diukur. Kaedah tayangan cahaya berstruktur mengelakkan penggunaan peranti pengimbasan dan mempunyai kelajuan pembinaan semula terpantas. Walau bagaimanapun, apabila terdapat sudut antara satah unjuran dan satah peringkat, tempoh pinggir perlu diperbetulkan, jadi kaedah ini tidak sesuai untuk morfologi ketepatan peringkat submikron. Pengukuran Dalam kertas ini, kelebihan kaedah unjuran cahaya berstruktur dan kaedah interferometri cahaya selari digabungkan, pancaran cahaya dibiaskan oleh modulator cahaya spatial, dan dua susunan pembelauan dengan intensiti cahaya rapat digunakan untuk mengganggu untuk menjana pinggir. Melaraskan fasa pinggir. Memandangkan penggunaan peranti pengimbasan dan satah rujukan dielakkan, kaedah yang dicadangkan tidak memerlukan penggunaan objektif gangguan dan tidak mempunyai had pada apertur berangka bagi objektif yang digunakan, proses pembinaan semula adalah pantas, dan resolusi sisi yang lebih tinggi boleh dicapai. Di samping itu, memandangkan pinggir dijana oleh gangguan pancaran cahaya, fasa diedarkan secara linear dengan koordinat piksel, dan tiada fenomena perubahan pinggir berkala dalam kaedah unjuran. Akhir sekali, kertas ini menggunakan modul perbandingan kekasaran dengan Ra 100nm sebagai sampel yang diuji untuk menjalankan eksperimen. Kaedah anjakan fasa empat langkah digunakan untuk mendapatkan awan titik tiga dimensi pada permukaan sampel yang diuji. Ketinggian relatif sebenar antara titik.
Laluan cahaya eksperimen
Ia adalah gambarajah laluan cahaya mikroskop pencahayaan gangguan cahaya tidak selari yang dicadangkan dalam kertas ini. Rasuk laser memasuki prisma membelah rasuk mikroskop melalui pengembang rasuk L3, modulator cahaya ruang dan kanta fokus L2, membentuk laluan cahaya pencahayaan sistem mikroskop. Modulator cahaya spatial boleh memodulasi amplitud cahaya kejadian mengikut imej yang dimuat naik. Apabila imej yang dimuat naik adalah pinggir, fungsinya adalah bersamaan dengan parut pemantul, melaraskan pesongan modulator cahaya spatial supaya dua pancaran cahaya difraksi dengan intensiti cahaya yang sama memasuki Prisma dichroic, selepas difokuskan oleh kanta objektif mikroskop, mengganggu permukaan sampel yang diukur untuk membentuk pinggiran gangguan.
Modulator cahaya spatial ialah peranti teras sistem, dan tempoh dan fasa pinggir boleh dimodulasi dengan tepat dengan menukar corak pinggir yang dimuat naik semasa percubaan. Biasanya, untuk meningkatkan ketepatan sisi awan titik pembinaan semula 3D, adalah perlu untuk melaraskan tempoh pinggir untuk menjadikannya dekat dengan resolusi sisi mikroskop. Pada masa ini, sudut gangguan maksimum kedua-dua rasuk boleh dikira daripada bukaan berangka NA kanta objektif.
Mengikut parameter kanta objektif mikroskop yang digunakan dalam sistem (100 , NA=0.8), sudut gangguan maksimum bagi rasuk berkembar ialah 106 darjah dan resolusi sistem yang dikira oleh kriteria Rayleigh ialah 406nm. Dalam eksperimen, tempoh pinggir minimum yang boleh dilaraskan ialah 452nm, menunjukkan bahawa dalam tempoh pinggir, terdapat hubungan yang sepadan antara peralihan fasa dan ketinggian sekurang-kurangnya satu titik piksel, iaitu ketepatan sisi yang dibina semula. awan titik ialah 452nm, yang hampir dengan resolusi pengimejan sistem. Disebabkan oleh tempoh pinggir yang kecil, ubah bentuk pinggir adalah lebih sensitif daripada pinggiran tempoh besar, jadi ia mempunyai ketepatan paksi yang lebih tinggi. Dari segi pelarasan fasa, interferometri pengimbasan cahaya putih perlu menggerakkan kanta objektif gangguan ke arah paksi dengan bantuan peranti piezoelektrik, dan kemudian menyesuaikan fasa dengan menentukur perbezaan laluan optik sifar pada setiap imej imbasan, jadi terdapat ralat tertentu dalam nilai fasa. Dalam sistem kami, pelarasan fasa direalisasikan dengan mengawal piksel pada modulator cahaya spatial tanpa peranti pengimbasan, jadi ia mempunyai ketepatan pelarasan fasa yang lebih tinggi. Atas dasar ini, kaedah anjakan fasa digunakan untuk mengira nilai modulasi fasa setiap titik pada imej. Keputusan pembinaan semula 3D dengan resolusi sisi yang tinggi boleh diperolehi di bawah algoritma pembinaan semula yang lebih pantas.
algoritma pembinaan semula
Dalam makalah ini, kaedah anjakan fasa empat langkah digunakan untuk membina semula kontur tiga dimensi sampel yang diukur, yang dibahagikan kepada tiga langkah: prapemprosesan imej, pengekstrakan imej modulasi fasa, dan penapisan titik hingar. Berikut akan mengambil modul perbandingan kekasaran dengan Ra=100nm sebagai sampel untuk menerangkan algoritma yang digunakan dalam setiap langkah. 2.1 Prapemprosesan imej Memandangkan sistem pengimejan menggunakan pencahayaan laser, pengaruh bintik laser pada corak gangguan tidak dapat dielakkan. Dalam proses prapemprosesan pinggir gangguan, kertas ini menggunakan penapis laluan rendah elips, supaya jejari penapisan di sepanjang arah pinggir dalam domain frekuensi imej adalah dua kali ganda daripada arah menegak pinggir. Corak pinggiran muncul sebagai dua titik terang simetri pusat dalam domain frekuensi, dan arah garis penghubung antara dua titik adalah berserenjang dengan arah pinggir, dan arah garis penyambung ditetapkan sebagai paksi panjang bagi elips. Memandangkan tempoh pinggir adalah hampir dengan peleraian imej, paksi utama ditetapkan kepada dua kali jarak 2 titik terang, dan paksi kecil adalah sama dengan jarak 2 titik. Reka bentuk sedemikian boleh mengurangkan kesan bunyi bintik-bintik dalam penyelesaian fasa relatif di satu pihak, dan sebaliknya, boleh mengelakkan maklumat modulasi dalam corak gangguan daripada ditapis sebanyak mungkin. Ditunjukkan adalah hasil pemprosesan di bawah kaedah penapisan isotropik dan anisotropik, perbandingan boleh mengurangkan hingar imej sepanjang arah pinggir, sambil mengekalkan ubah bentuk pinggir.
