Výskum trojrozmernej detekcie tvaru neparalelného svetelného interferometrického iluminačného mikroskopu
Rýchly rozvoj strojárskej výroby a elektronického priemyslu kladie vyššie požiadavky na detekčnú technológiu mikroskopickej morfológie. V súčasnosti možno detekciu trojrozmerného tvaru rozdeliť do dvoch kategórií: kontaktná a bezkontaktná. Kontaktná metóda sa týka hlavne dotykovej metódy. Jeho princípom je previesť malé posunutie dotykového pera vo vertikálnom smere na elektrický signál a zosilniť ho tak, aby sa získalo trojrozmerné rozloženie tvaru detekčnej plochy. Medzi bezkontaktné metódy detekcie patrí najmä metóda zaostrovania lúča, metóda projekcie štruktúrovaného svetla a interferometria. Metóda zaostrovania lúča využíva zaostrený svetelný bod ako optickú sondu na skenovanie detekčného povrchu na získanie trojrozmerných údajov. Táto metóda môže vykonávať trojrozmernú detekciu zložitých obrysov, ale rýchlosť merania je pomalá. Metódy interferometrie a projekcie štruktúrovaného svetla zisťujú obrysy povrchu riešením okrajových deformácií, kde interferometria využíva princíp koherencie vlákien alebo koherencie paralelného lúča vrátane laserovej interferometrie a skenovacej interferometrie bieleho svetla. Pri použití koherencie optického vlákna potrebuje spolupracovať so šošovkou objektívu s veľkou pracovnou vzdialenosťou, ktorá obmedzuje zväčšenie šošovky objektívu. Skenovacia interferometria bieleho svetla využíva ako zdroj osvetlenia širokospektrálne biele svetlo a využíva princíp koherencie paralelného lúča. Chyba jedného merania je do 20 nm. Informácie ako kontrast a intenzita svetla určujú absolútnu hĺbku meraného povrchu. Metóda projekcie štruktúrovaného svetla sa vyhýba použitiu skenovacích zariadení a má najvyššiu rýchlosť rekonštrukcie. Ak je však medzi rovinou projekcie a rovinou javiska uhol, periódu okrajov je potrebné opraviť, takže táto metóda nie je vhodná pre presnú morfológiu na submikrónovej úrovni. Meranie V tomto článku sa kombinujú výhody metódy projekcie štruktúrovaného svetla a metódy paralelnej svetelnej interferometrie, svetelný lúč je difraktovaný modulátorom priestorového svetla a dva difrakčné rády s blízkou intenzitou svetla sa používajú na rušenie na generovanie prúžkov. Upravuje fázu okrajov. Keďže sa vyhýba použitiu skenovacích zariadení a referenčných rovín, navrhovaná metóda nevyžaduje použitie interferenčných objektívov a nemá žiadne obmedzenie na numerickú apertúru použitých objektívov, proces rekonštrukcie je rýchly a možno dosiahnuť vyššie bočné rozlíšenie. Okrem toho, keďže sú pruhy generované interferenciou svetelného lúča, fáza je distribuovaná lineárne so súradnicami pixelov a v metóde projekcie nedochádza k javu periodických zmien okrajov. Nakoniec tento dokument používa modul porovnávania drsnosti s Ra 100 nm ako testovanou vzorkou na vykonávanie experimentov. Na získanie trojrozmerného mračna bodov na povrchu testovanej vzorky sa používa štvorkroková metóda fázového posunu. Skutočná relatívna výška medzi bodmi.
Experimentálna svetelná dráha
Je to diagram svetelnej dráhy neparalelného svetelného interferenčného iluminačného mikroskopu navrhnutý v tomto článku. Laserový lúč vstupuje do hranola na rozdeľovanie lúčov mikroskopu cez expandér lúčov L3, modulátor priestorového svetla a zaostrovaciu šošovku L2, čím tvorí svetelnú dráhu osvetlenia mikroskopického systému. Modulátor priestorového svetla dokáže modulovať amplitúdu dopadajúceho svetla podľa nahraného obrázku. Keď je nahratý obrázok okraj, jeho funkcia je ekvivalentná reflexnej mriežke, ktorá upravuje vychýlenie modulátora priestorového svetla tak, aby do dichroického hranola vstúpili dva lúče difraktovaného svetla s podobnou intenzitou svetla po zaostrení šošovkou objektívu mikroskopu, zasahuje do povrchu meranej vzorky a vytvára interferenčné prúžky.
Modulátor priestorového svetla je základným zariadením systému a periódu a fázu okraja možno presne modulovať zmenou nahratého vzoru okrajov počas experimentu. Zvyčajne, aby sa zlepšila laterálna presnosť 3D rekonštrukčného mračna bodov, je potrebné upraviť periódu okrajov tak, aby sa priblížila k bočnému rozlíšeniu mikroskopu. V tomto čase možno maximálny interferenčný uhol dvoch lúčov vypočítať z numerickej apertúry NA šošovky objektívu.
Podľa parametrov objektívu mikroskopu použitého v systéme (100 , NA=0.8) je maximálny interferenčný uhol dvojitých lúčov 106 stupňov a rozlíšenie systému vypočítané podľa Rayleighovho kritéria je 406 nm. V experimente je minimálna perióda okrajov, ktorú je možné nastaviť, 452 nm, čo naznačuje, že v rámci periódy okrajov existuje zodpovedajúci vzťah medzi fázovým posunom a výškou aspoň jedného pixelového bodu, teda laterálnou presnosťou rekonštruovaného mračno bodov je 452 nm, čo je blízko k zobrazovaciemu rozlíšeniu systému. Vzhľadom na malú periódu strapcov je deformácia strapcov citlivejšia ako pri veľkom perióde, takže má vyššiu axiálnu presnosť. Pokiaľ ide o fázovú úpravu, interferometria skenovania bieleho svetla potrebuje posunúť šošovku interferenčného objektívu v axiálnom smere pomocou piezoelektrického zariadenia a potom prispôsobiť fázu kalibráciou nulového rozdielu optickej dráhy na každom skenovanom obrázku, takže určitá chyba v hodnote fázy. V našom systéme je nastavenie fázy realizované ovládaním pixelov na modulátore priestorového svetla bez skenovacieho zariadenia, takže má vyššiu presnosť nastavenia fázy. Na tomto základe sa metóda fázového posunu používa na výpočet hodnoty fázovej modulácie každého bodu na obrázku. Výsledky 3D rekonštrukcie s vysokým laterálnym rozlíšením možno získať pomocou rýchlejšieho algoritmu rekonštrukcie.
rekonštrukčný algoritmus
V tomto príspevku je metóda štvorstupňového fázového posunu použitá na rekonštrukciu trojrozmerného obrysu meranej vzorky, ktorá je rozdelená do troch krokov: predspracovanie obrazu, extrakcia obrazu s fázovou moduláciou a filtrovanie šumových bodov. V nasledujúcom texte bude použitý modul porovnávania drsnosti s Ra=100nm ako vzor na vysvetlenie algoritmu použitého v každom kroku. 2.1 Predspracovanie obrazu Keďže zobrazovací systém využíva laserové osvetlenie, vplyvu laserových škvŕn na interferenčný obrazec sa nedá vyhnúť. V procese predbežného spracovania interferenčných prúžkov tento článok používa eliptický dolnopriepustný filter, takže polomer filtrovania v smere okrajov vo frekvenčnej oblasti obrazu je dvakrát väčší ako zvislý smer prúžkov. Okrajový vzor sa javí ako dve stredovo symetrické svetlé body vo frekvenčnej oblasti a smer spojovacej čiary medzi týmito dvoma bodmi je kolmý na smer okraja a smer spojovacej čiary je nastavený ako dlhá os elipsa. Keďže perióda okrajov je blízka rozlíšeniu obrazu, hlavná os je nastavená na dvojnásobok vzdialenosti 2 jasných bodov a vedľajšia os sa rovná vzdialenosti 2 bodov. Takáto konštrukcia môže na jednej strane znížiť vplyv škvrnitého šumu v relatívnom fázovom riešení a na druhej strane môže zabrániť tomu, aby sa modulačné informácie v interferenčnom obrazci čo najviac odfiltrovali. Zobrazené sú výsledky spracovania pri metódach izotropného a anizotropného filtrovania, porovnanie môže znížiť šum obrazu v smere okrajov pri zachovaní deformácie okraja.
