Penelitian Deteksi Bentuk Tiga Dimensi Mikroskop Iluminasi Interferometrik Cahaya Nonparalel
Pesatnya perkembangan manufaktur mesin dan industri elektronik telah mengajukan persyaratan yang lebih tinggi untuk teknologi deteksi morfologi mikroskopis. Saat ini, pendeteksian bentuk tiga dimensi dapat dibagi menjadi dua kategori: kontak dan non-kontak. Metode kontak terutama mengacu pada metode stylus. Prinsipnya adalah mengubah perpindahan kecil dalam arah vertikal stylus menjadi sinyal listrik dan memperkuatnya, untuk mendapatkan distribusi bentuk tiga dimensi dari permukaan deteksi. Metode deteksi non-kontak terutama mencakup metode pemfokusan sinar, metode proyeksi cahaya terstruktur, dan interferometri. Metode pemfokusan sinar menggunakan titik cahaya terfokus sebagai probe optik untuk memindai permukaan deteksi untuk mendapatkan data tiga dimensi. Metode ini dapat melakukan deteksi tiga dimensi dari kontur yang kompleks, tetapi kecepatan pengukurannya lambat. Interferometri dan metode proyeksi cahaya terstruktur mendeteksi kontur permukaan dengan menyelesaikan deformasi pinggiran, di mana interferometri menggunakan prinsip koherensi serat atau koherensi berkas paralel, termasuk interferometri laser dan interferometri pemindaian cahaya putih. Saat menggunakan koherensi serat optik, perlu bekerja sama dengan lensa objektif dengan jarak kerja yang besar, yang membatasi perbesaran lensa objektif. Interferometri pemindaian cahaya putih menggunakan cahaya putih spektrum luas sebagai sumber iluminasi dan menggunakan prinsip koherensi berkas paralel. Kesalahan pengukuran tunggal adalah dalam 20nm. Informasi seperti kontras dan intensitas cahaya menentukan kedalaman absolut dari permukaan yang diukur. Metode proyeksi cahaya terstruktur menghindari penggunaan perangkat pemindaian dan memiliki kecepatan rekonstruksi tercepat. Namun, ketika ada sudut antara bidang proyeksi dan bidang panggung, periode pinggiran perlu dikoreksi, sehingga metode ini tidak cocok untuk morfologi presisi tingkat submikron. Pengukuran Dalam makalah ini, keuntungan dari metode proyeksi cahaya terstruktur dan metode interferometri cahaya paralel digabungkan, berkas cahaya didifraksikan oleh modulator cahaya spasial, dan dua perintah difraksi dengan intensitas cahaya dekat digunakan untuk mengganggu menghasilkan pinggiran. Menyesuaikan fase pinggiran. Karena penggunaan perangkat pemindaian dan bidang referensi dihindari, metode yang diusulkan tidak memerlukan penggunaan tujuan interferensi dan tidak memiliki batasan pada bukaan numerik dari tujuan yang digunakan, proses rekonstruksi cepat, dan resolusi lateral yang lebih tinggi dapat dicapai. Selain itu, karena pinggiran dihasilkan oleh interferensi sinar, fase didistribusikan secara linier dengan koordinat piksel, dan tidak ada fenomena perubahan pinggiran berkala dalam metode proyeksi. Akhirnya, makalah ini menggunakan modul perbandingan kekasaran dengan Ra 100nm sebagai sampel yang diuji untuk melakukan percobaan. Metode pergeseran fasa empat langkah digunakan untuk mendapatkan awan titik tiga dimensi pada permukaan sampel yang diuji. Ketinggian relatif sebenarnya antara titik.
Jalur cahaya eksperimental
Ini adalah diagram jalur cahaya dari mikroskop iluminasi interferensi cahaya non-paralel yang diusulkan dalam makalah ini. Sinar laser memasuki prisma pemecah sinar mikroskop melalui beam expander L3, modulator cahaya spasial dan lensa fokus L2, membentuk jalur cahaya iluminasi dari sistem mikroskop. Modulator cahaya spasial dapat memodulasi amplitudo cahaya insiden sesuai dengan gambar yang diunggah. Ketika gambar yang diunggah adalah pinggiran, fungsinya setara dengan kisi reflektif, mengatur defleksi modulator cahaya spasial sehingga dua berkas cahaya yang dibiaskan dengan intensitas cahaya yang sama masuk ke prisma dichroic, setelah difokuskan oleh lensa objektif mikroskop, mengganggu permukaan sampel yang diukur untuk membentuk pinggiran interferensi.
Modulator cahaya spasial adalah perangkat inti dari sistem, dan periode dan fase pinggiran dapat dimodulasi dengan tepat dengan mengubah pola pinggiran yang diunggah selama percobaan. Biasanya, untuk meningkatkan akurasi lateral awan titik rekonstruksi 3D, periode pinggiran perlu disesuaikan agar mendekati resolusi lateral mikroskop. Pada saat ini, sudut interferensi maksimum dari dua sinar dapat dihitung dari bukaan numerik NA lensa objektif.
Menurut parameter lensa objektif mikroskop yang digunakan dalam sistem (100 , NA=0.8), sudut interferensi maksimum dari sinar ganda adalah 106 derajat , dan resolusi sistem yang dihitung dengan kriteria Rayleigh adalah 406nm. Dalam percobaan, periode pinggiran minimum yang dapat disesuaikan adalah 452nm, yang menunjukkan bahwa dalam periode pinggiran, ada hubungan yang sesuai antara pergeseran fase dan ketinggian setidaknya satu titik piksel, yaitu akurasi lateral dari objek yang direkonstruksi. point cloud adalah 452nm, yang mendekati resolusi pencitraan sistem. Karena periode pinggiran yang kecil, deformasi pinggiran lebih sensitif daripada periode pinggiran yang besar, sehingga presisi aksialnya lebih tinggi. Dalam hal penyesuaian fase, interferometri pemindaian cahaya putih perlu memindahkan lensa objektif interferensi ke arah aksial dengan bantuan perangkat piezoelektrik, dan kemudian menyesuaikan fase dengan mengkalibrasi perbedaan jalur optik nol pada setiap gambar pemindaian, jadi ada kesalahan tertentu dalam nilai fase. Dalam sistem kami, penyesuaian fase diwujudkan dengan mengontrol piksel pada modulator cahaya spasial tanpa perangkat pemindaian, sehingga memiliki akurasi penyesuaian fase yang lebih tinggi. Atas dasar tersebut maka digunakan metode pergeseran fasa untuk menghitung nilai modulasi fasa setiap titik pada citra. Hasil rekonstruksi 3D dengan resolusi lateral yang tinggi dapat diperoleh dengan algoritma rekonstruksi yang lebih cepat.
algoritma rekonstruksi
Dalam makalah ini, metode pergeseran fasa empat langkah digunakan untuk merekonstruksi kontur tiga dimensi dari sampel yang diukur, yang dibagi menjadi tiga langkah: preprocessing citra, ekstraksi citra modulasi fasa, dan pemfilteran titik derau. Berikut ini akan mengambil modul perbandingan kekasaran dengan Ra=100nm sebagai contoh untuk menjelaskan algoritme yang digunakan di setiap langkah. 2.1 Pemrosesan awal citra Karena sistem pencitraan menggunakan iluminasi laser, pengaruh bintik laser pada pola interferensi tidak dapat dihindari. Dalam proses preprocessing pinggiran interferensi, makalah ini menggunakan filter low-pass elips, sehingga radius penyaringan sepanjang arah pinggiran dalam domain frekuensi citra adalah dua kali lipat dari arah vertikal pinggiran. Pola pinggiran muncul sebagai dua titik terang pusat-simetris dalam domain frekuensi, dan arah garis penghubung antara dua titik tegak lurus terhadap arah pinggiran, dan arah garis penghubung ditetapkan sebagai sumbu panjang dari elips. Karena periode pinggiran dekat dengan resolusi gambar, sumbu utama diatur menjadi dua kali jarak 2 titik terang, dan sumbu minor sama dengan jarak 2 titik. Desain seperti itu dapat mengurangi dampak kebisingan bintik dalam larutan fase relatif di satu sisi, dan di sisi lain, dapat menghindari sebanyak mungkin informasi modulasi dalam pola interferensi disaring. Ditampilkan hasil pemrosesan di bawah metode penyaringan isotropik dan anisotropik, perbandingan dapat mengurangi noise gambar sepanjang arah pinggiran, sambil tetap mempertahankan deformasi pinggiran.
