Έρευνα για την τρισδιάστατη ανίχνευση σχήματος μικροσκοπίου συμβολομετρικού φωτισμού μη παράλληλου φωτός
Η ταχεία ανάπτυξη της κατασκευής μηχανημάτων και της βιομηχανίας ηλεκτρονικών έχει προβάλει υψηλότερες απαιτήσεις για την τεχνολογία ανίχνευσης της μικροσκοπικής μορφολογίας. Επί του παρόντος, η ανίχνευση τρισδιάστατου σχήματος μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: επαφής και μη επαφής. Η μέθοδος επαφής αναφέρεται κυρίως στη μέθοδο της γραφίδας. Η αρχή του είναι να μετατρέπει τη μικρή μετατόπιση στην κατακόρυφη διεύθυνση της γραφίδας σε ηλεκτρικό σήμα και να την ενισχύει, έτσι ώστε να λαμβάνεται η τρισδιάστατη κατανομή σχήματος της επιφάνειας ανίχνευσης. Οι μέθοδοι ανίχνευσης χωρίς επαφή περιλαμβάνουν κυρίως τη μέθοδο εστίασης δέσμης, τη μέθοδο δομημένης προβολής φωτός και την παρεμβολή. Η μέθοδος εστίασης δέσμης χρησιμοποιεί το εστιασμένο φωτεινό σημείο ως οπτικό ανιχνευτή για τη σάρωση της επιφάνειας ανίχνευσης για τη λήψη τρισδιάστατων δεδομένων. Αυτή η μέθοδος μπορεί να εκτελέσει τρισδιάστατη ανίχνευση πολύπλοκων περιγραμμάτων, αλλά η ταχύτητα μέτρησης είναι αργή. Η συμβολομετρία και οι μέθοδοι δομημένης προβολής φωτός ανιχνεύουν τα περιγράμματα της επιφάνειας επιλύοντας παραμορφώσεις κροσσών, όπου η συμβολομετρία χρησιμοποιεί την αρχή της συνοχής ινών ή της συνοχής παράλληλης δέσμης, συμπεριλαμβανομένης της συμβολομετρίας λέιζερ και της συμβολομετρίας σάρωσης λευκού φωτός. Όταν χρησιμοποιείται συνοχή οπτικών ινών, πρέπει να συνεργάζεται με τον αντικειμενικό φακό με μεγάλη απόσταση εργασίας, η οποία περιορίζει τη μεγέθυνση του αντικειμενικού φακού. Η συμβολομετρία σάρωσης λευκού φωτός χρησιμοποιεί λευκό φως ευρέως φάσματος ως πηγή φωτισμού και χρησιμοποιεί την αρχή της συνοχής παράλληλης δέσμης. Το σφάλμα μιας μεμονωμένης μέτρησης είναι εντός 20 nm. Πληροφορίες όπως η αντίθεση και η ένταση του φωτός καθορίζουν το απόλυτο βάθος της επιφάνειας που μετράται. Η μέθοδος δομημένης προβολής φωτός αποφεύγει τη χρήση συσκευών σάρωσης και έχει την ταχύτερη ταχύτητα ανακατασκευής. Ωστόσο, όταν υπάρχει γωνία μεταξύ του επιπέδου προβολής και του επιπέδου του σταδίου, η περίοδος κροσσών πρέπει να διορθωθεί, επομένως αυτή η μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για μορφολογία ακριβείας σε επίπεδο υπομικρών. Μέτρηση Σε αυτό το άρθρο, τα πλεονεκτήματα της μεθόδου δομημένης προβολής φωτός και της μεθόδου συμβολομετρίας παράλληλου φωτός συνδυάζονται, η δέσμη φωτός διαθλάται από τον χωρικό διαμορφωτή φωτός και δύο τάξεις περίθλασης με στενή ένταση φωτός χρησιμοποιούνται για παρεμβολή για τη δημιουργία κροσσών. Ρυθμίζει τη φάση του κροσσού. Εφόσον αποφεύγεται η χρήση συσκευών σάρωσης και επιπέδων αναφοράς, η προτεινόμενη μέθοδος δεν απαιτεί τη χρήση αντικειμενικών παρεμβολών και δεν έχει περιορισμό στο αριθμητικό άνοιγμα των χρησιμοποιούμενων αντικειμένων, η διαδικασία ανακατασκευής είναι γρήγορη και μπορεί να επιτευχθεί υψηλότερη πλευρική ανάλυση. Επιπλέον, δεδομένου ότι τα κρόσσια δημιουργούνται από παρεμβολή δέσμης φωτός, η φάση κατανέμεται γραμμικά με τις συντεταγμένες των εικονοστοιχείων και δεν υπάρχει φαινόμενο περιοδικών αλλαγών κροσσών στη μέθοδο προβολής. Τέλος, αυτό το έγγραφο χρησιμοποιεί τη μονάδα σύγκρισης τραχύτητας με Ra των 100nm ως το δοκιμασμένο δείγμα για τη διεξαγωγή πειραμάτων. Η μέθοδος μετατόπισης φάσης τεσσάρων βημάτων χρησιμοποιείται για τη λήψη του τρισδιάστατου νέφους σημείου στην επιφάνεια του δείγματος που δοκιμάστηκε. Το πραγματικό σχετικό ύψος μεταξύ των σημείων.
Πειραματικό μονοπάτι φωτός
Είναι το διάγραμμα διαδρομής φωτός του μικροσκοπίου φωτισμού μη παράλληλης παρεμβολής φωτός που προτείνεται σε αυτή την εργασία. Η δέσμη λέιζερ εισέρχεται στο πρίσμα διαχωρισμού δέσμης του μικροσκοπίου μέσω του διαστολέα δέσμης L3, του διαμορφωτή χωρικού φωτός και του φακού εστίασης L2, σχηματίζοντας τη διαδρομή φωτός φωτισμού του συστήματος μικροσκοπίου. Ο διαμορφωτής χωρικού φωτός μπορεί να διαμορφώσει το πλάτος του προσπίπτοντος φωτός σύμφωνα με την ανεβασμένη εικόνα. Όταν η μεταφορτωμένη εικόνα είναι περιθώριο, η λειτουργία της είναι ισοδύναμη με ένα ανακλαστικό πλέγμα, προσαρμόζοντας την εκτροπή του διαμορφωτή χωρικού φωτός έτσι ώστε δύο δέσμες περιθλαμένου φωτός με παρόμοιες εντάσεις φωτός να εισέρχονται στο διχρωικό πρίσμα, αφού εστιαστούν από τον αντικειμενικό φακό του μικροσκοπίου. παρεμβαίνει στην επιφάνεια του μετρούμενου δείγματος για να σχηματίσει κρόσσια παρεμβολής.
Ο διαμορφωτής χωρικού φωτός είναι η βασική συσκευή του συστήματος και η περίοδος και η φάση του κροσσού μπορούν να διαμορφωθούν με ακρίβεια αλλάζοντας το μεταφορτωμένο μοτίβο κροσσών κατά τη διάρκεια του πειράματος. Συνήθως, για να βελτιωθεί η πλευρική ακρίβεια του τρισδιάστατου νέφους σημείου ανακατασκευής, είναι απαραίτητο να ρυθμιστεί η περίοδος περιθωρίου ώστε να πλησιάζει την πλευρική ανάλυση του μικροσκοπίου. Αυτή τη στιγμή, η μέγιστη γωνία παρεμβολής των δύο ακτίνων μπορεί να υπολογιστεί από το αριθμητικό άνοιγμα NA του αντικειμενικού φακού.
Σύμφωνα με τις παραμέτρους του αντικειμενικού φακού του μικροσκοπίου που χρησιμοποιείται στο σύστημα (100 , NA=0.8), η μέγιστη γωνία παρεμβολής των διπλών ακτίνων είναι 106 μοίρες και η ανάλυση συστήματος που υπολογίζεται με το κριτήριο Rayleigh είναι 406 nm. Στο πείραμα, η ελάχιστη περίοδος περιθωρίου που μπορεί να ρυθμιστεί είναι 452 nm, υποδεικνύοντας ότι εντός μιας περιόδου περιθωρίου, υπάρχει αντίστοιχη σχέση μεταξύ της μετατόπισης φάσης και του ύψους τουλάχιστον ενός σημείου pixel, δηλαδή της πλευρικής ακρίβειας του ανακατασκευασμένου το νέφος σημείων είναι 452 nm, το οποίο είναι κοντά στην ανάλυση απεικόνισης του συστήματος. Λόγω της μικρής περιόδου κροσσών, η παραμόρφωση του κροσσού είναι πιο ευαίσθητη από αυτή του κροσσού μεγάλης περιόδου, επομένως έχει μεγαλύτερη αξονική ακρίβεια. Όσον αφορά τη ρύθμιση φάσης, η συμβολομετρία σάρωσης λευκού φωτός πρέπει να μετακινήσει τον αντικειμενικό φακό παρεμβολής στην αξονική κατεύθυνση με τη βοήθεια μιας πιεζοηλεκτρικής συσκευής και στη συνέχεια να προσαρμόσει τη φάση βαθμονομώντας τη διαφορά οπτικής διαδρομής μηδέν σε κάθε εικόνα σάρωσης, ώστε να υπάρχει ένα συγκεκριμένο σφάλμα στην τιμή της φάσης. Στο σύστημά μας, η ρύθμιση φάσης πραγματοποιείται ελέγχοντας τα pixel στον διαμορφωτή χωρικού φωτός χωρίς συσκευή σάρωσης, έτσι ώστε να έχει μεγαλύτερη ακρίβεια προσαρμογής φάσης. Σε αυτή τη βάση, η μέθοδος μετατόπισης φάσης χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της τιμής διαμόρφωσης φάσης κάθε σημείου στην εικόνα. Τα αποτελέσματα 3D ανακατασκευής με υψηλή πλευρική ανάλυση μπορούν να ληφθούν με τον αλγόριθμο ταχύτερης ανακατασκευής.
αλγόριθμος ανακατασκευής
Σε αυτό το άρθρο, η μέθοδος μετατόπισης φάσης τεσσάρων βημάτων χρησιμοποιείται για την ανακατασκευή του τρισδιάστατου περιγράμματος του μετρούμενου δείγματος, το οποίο χωρίζεται σε τρία βήματα: προεπεξεργασία εικόνας, εξαγωγή εικόνας διαμόρφωσης φάσης και φιλτράρισμα σημείου θορύβου. Τα παρακάτω θα πάρουν τη μονάδα σύγκρισης τραχύτητας με Ra=100nm ως δείγμα για να εξηγήσει τον αλγόριθμο που χρησιμοποιείται σε κάθε βήμα. 2.1 Προεπεξεργασία εικόνας Εφόσον το σύστημα απεικόνισης χρησιμοποιεί φωτισμό λέιζερ, η επίδραση των κηλίδων λέιζερ στο μοτίβο παρεμβολής είναι αναπόφευκτη. Στη διαδικασία της προεπεξεργασίας των κροσσών παρεμβολής, αυτό το έγγραφο χρησιμοποιεί ένα ελλειπτικό χαμηλοπερατό φίλτρο, έτσι ώστε η ακτίνα φιλτραρίσματος κατά μήκος της κατεύθυνσης των κροσσών στον τομέα συχνότητας της εικόνας να είναι διπλάσια από την κατακόρυφη διεύθυνση των κροσσών. Το μοτίβο κροσσών εμφανίζεται ως δύο κεντροσυμμετρικά φωτεινά σημεία στον τομέα συχνότητας και η κατεύθυνση της γραμμής σύνδεσης μεταξύ των δύο σημείων είναι κάθετη προς την κατεύθυνση του κροσσού και η κατεύθυνση της γραμμής σύνδεσης ορίζεται ως ο μακρύς άξονας η έλλειψη. Δεδομένου ότι η περίοδος περιθωρίου είναι κοντά στην ανάλυση της εικόνας, ο κύριος άξονας έχει οριστεί να είναι διπλάσια από την απόσταση 2 φωτεινών σημείων και ο δευτερεύων άξονας είναι ίσος με την απόσταση 2 σημείων. Ένας τέτοιος σχεδιασμός μπορεί να μειώσει τον αντίκτυπο του θορύβου κηλίδων στη λύση σχετικής φάσης αφενός, και αφετέρου, μπορεί να αποτρέψει όσο το δυνατόν περισσότερο το φιλτράρισμα των πληροφοριών διαμόρφωσης στο μοτίβο παρεμβολών. Εμφανίζονται τα αποτελέσματα επεξεργασίας με τις μεθόδους ισότροπου και ανισότροπου φιλτραρίσματος, η σύγκριση μπορεί να μειώσει τον θόρυβο της εικόνας κατά μήκος της κατεύθυνσης του κροσσού, διατηρώντας παράλληλα την παραμόρφωση του κροσσού.
