Forskning på tredimensjonal formdeteksjon av ikke-parallell lys interferometrisk belysningsmikroskop
Den raske utviklingen av maskinproduksjon og elektronikkindustrien har stilt høyere krav til deteksjonsteknologien for mikroskopisk morfologi. For tiden kan deteksjon av tredimensjonal form deles inn i to kategorier: kontakt og ikke-kontakt. Kontaktmetoden refererer hovedsakelig til stylusmetoden. Prinsippet er å konvertere den lille forskyvningen i vertikal retning av pennen til et elektrisk signal og forsterke det, for å oppnå den tredimensjonale formfordelingen til deteksjonsflaten. Berøringsfrie deteksjonsmetoder inkluderer hovedsakelig strålefokuseringsmetode, strukturert lysprojeksjonsmetode og interferometri. Strålefokuseringsmetoden bruker det fokuserte lyspunktet som en optisk sonde for å skanne deteksjonsoverflaten for å få tredimensjonale data. Denne metoden kan utføre tredimensjonal deteksjon av komplekse konturer, men målehastigheten er langsom. Interferometri og strukturert lysprojeksjonsmetoder oppdager overflatekonturer ved å løse kantdeformasjoner, der interferometri bruker prinsippet om fiberkoherens eller parallell strålekoherens, inkludert laserinterferometri og skanneinterferometri for hvitt lys. Når du bruker optisk fiberkoherens, må den samarbeide med objektivlinsen med stor arbeidsavstand, noe som begrenser forstørrelsen til objektivlinsen. Hvitt lys skanningsinterferometri bruker bredspektret hvitt lys som belysningskilden og bruker prinsippet om parallell strålekoherens. Feilen for en enkelt måling er innenfor 20nm. Informasjon som kontrast og lysintensitet bestemmer den absolutte dybden på overflaten som måles. Den strukturerte lysprojeksjonsmetoden unngår bruk av skanneenheter og har den raskeste rekonstruksjonshastigheten. Men når det er en vinkel mellom projeksjonsplanet og sceneplanet, må randperioden korrigeres, så denne metoden er ikke egnet for presisjonsmorfologi på submikronnivå. Måling I denne artikkelen kombineres fordelene med den strukturerte lysprojeksjonsmetoden og den parallelle lysinterferometrimetoden, lysstrålen diffrakteres av den romlige lysmodulatoren, og to diffraksjonsrekkefølger med nær lysintensitet brukes til å interferere for å generere frynser. Justerer randfasen. Siden bruk av skanneenheter og referanseplan unngås, krever den foreslåtte metoden ikke bruk av interferensmål og har ingen begrensning på den numeriske blenderåpningen til de brukte målene, rekonstruksjonsprosessen er rask, og høyere sideoppløsning kan oppnås. I tillegg, siden frynsene genereres av lysstråleinterferens, er fasen fordelt lineært med pikselkoordinatene, og det er ikke noe fenomen med periodiske frynseendringer i projeksjonsmetoden. Til slutt bruker denne artikkelen ruhetssammenligningsmodulen med Ra på 100nm som den testede prøven for å utføre eksperimenter. Fire-trinns faseforskyvningsmetoden brukes for å oppnå den tredimensjonale punktskyen på overflaten av den testede prøven. Den sanne relative høyden mellom punktene.
Eksperimentell lysbane
Det er lysbanediagrammet for det ikke-parallelle lysinterferensbelysningsmikroskopet som er foreslått i denne artikkelen. Laserstrålen går inn i stråledelingsprismet til mikroskopet gjennom stråleutvideren L3, den romlige lysmodulatoren og fokuseringslinsen L2, og danner lysbanen til mikroskopsystemet. Den romlige lysmodulatoren kan modulere amplituden til det innfallende lyset i henhold til det opplastede bildet. Når det opplastede bildet er en frynser, tilsvarer funksjonen det et reflekterende gitter, som justerer avbøyningen av den romlige lysmodulatoren slik at to stråler av diffraktert lys med lignende lysintensiteter kommer inn i det dikroiske prismet, etter å ha blitt fokusert av mikroskopets objektivlinse, interfererer med overflaten til den målte prøven for å danne interferenskanter.
Den romlige lysmodulatoren er kjerneenheten i systemet, og perioden og fasen til frynsene kan moduleres nøyaktig ved å endre det opplastede frynsemønsteret under eksperimentet. Vanligvis, for å forbedre den laterale nøyaktigheten til 3D-rekonstruksjonspunktskyen, er det nødvendig å justere randperioden for å gjøre den nær den laterale oppløsningen til mikroskopet. På dette tidspunktet kan den maksimale interferensvinkelen til de to strålene beregnes fra den numeriske blenderåpningen NA til objektivlinsen.
I henhold til parametrene til mikroskopobjektivlinsen som brukes i systemet (100, NA=0.8), er den maksimale interferensvinkelen til de doble strålene 106 grader, og systemoppløsningen beregnet ved Rayleigh-kriteriet er 406nm. I eksperimentet er den minste frynseperioden som kan justeres 452nm, noe som indikerer at innenfor en frynseperiode er det et tilsvarende forhold mellom faseforskyvningen og høyden til minst ett pikselpunkt, det vil si den laterale nøyaktigheten til det rekonstruerte punktskyen er 452nm, som er nær bildeoppløsningen til systemet. På grunn av den lille frynseperioden er deformasjonen av frynser mer følsom enn for frynser med store perioder, så den har høyere aksial presisjon. Når det gjelder fasejustering, må den hvite lysskanningsinterferometrien flytte interferensobjektivlinsen i aksial retning ved hjelp av en piezoelektrisk enhet, og deretter tilpasse fasen ved å kalibrere null optisk baneforskjell på hvert skannebilde, så det er en viss feil i faseverdien. I vårt system realiseres fasejusteringen ved å kontrollere pikslene på den romlige lysmodulatoren uten skanneenhet, slik at den har høyere fasejusteringsnøyaktighet. På dette grunnlaget brukes faseforskyvningsmetoden for å beregne fasemodulasjonsverdien til hvert punkt på bildet. 3D-rekonstruksjonsresultatene med høy lateral oppløsning kan oppnås under den raskere rekonstruksjonsalgoritmen.
rekonstruksjonsalgoritme
I denne artikkelen brukes den fire-trinns faseforskyvningsmetoden til å rekonstruere den tredimensjonale konturen til den målte prøven, som er delt inn i tre trinn: bildeforbehandling, fasemodulasjonsbildeekstraksjon og støypunktfiltrering. Følgende vil ta ruhetssammenligningsmodulen med Ra=100nm som et eksempel for å forklare algoritmen som brukes i hvert trinn. 2.1 Bildeforbehandling Siden bildebehandlingssystemet bruker laserbelysning, er påvirkningen av laserflekker på interferensmønsteret uunngåelig. I prosessen med å forhåndsbehandle interferenskantene, bruker dette papiret et elliptisk lavpassfilter, slik at filtreringsradiusen langs kantretningen i frekvensdomenet til bildet er dobbelt så stor som den vertikale retningen til frynsene. Frynsemønsteret fremstår som to sentersymmetriske lyspunkter i frekvensdomenet, og retningen på forbindelseslinjen mellom de to punktene er vinkelrett på retningen til frynsene, og retningen til forbindelseslinjen er satt som den lange aksen til ellipsen. Siden randperioden er nær bildeoppløsningen, er hovedaksen satt til å være to ganger avstanden til 2 lyspunkter, og den lille aksen er lik avstanden til 2 punkter. En slik utforming kan på den ene siden redusere virkningen av flekkstøy i den relative faseløsningen, og på den andre siden unngå at modulasjonsinformasjonen i interferensmønsteret filtreres ut mest mulig. Vist er prosesseringsresultatene under de isotropiske og anisotrope filtreringsmetodene, sammenligningen kan redusere støyen i bildet langs kantretningen, samtidig som deformasjonen av frynsene beholdes.
