Neparalēlā gaismas interferometriskā apgaismojuma mikroskopa trīsdimensiju formas noteikšanas pētījumi
Straujā mašīnbūves un elektronikas rūpniecības attīstība ir izvirzījusi augstākas prasības mikroskopiskās morfoloģijas noteikšanas tehnoloģijai. Pašlaik trīsdimensiju formas noteikšanu var iedalīt divās kategorijās: kontakta un bezkontakta. Kontaktu metode galvenokārt attiecas uz irbuli. Tās princips ir pārveidot nelielo nobīdi irbuļa vertikālajā virzienā par elektrisko signālu un pastiprināt to, lai iegūtu noteikšanas virsmas trīsdimensiju formas sadalījumu. Bezkontakta noteikšanas metodes galvenokārt ietver staru fokusēšanas metodi, strukturētas gaismas projekcijas metodi un interferometriju. Stara fokusēšanas metode izmanto fokusēto gaismas punktu kā optisko zondi, lai skenētu noteikšanas virsmu, lai iegūtu trīsdimensiju datus. Ar šo metodi var veikt sarežģītu kontūru trīsdimensiju noteikšanu, taču mērīšanas ātrums ir lēns. Interferometrijas un strukturētās gaismas projekcijas metodes nosaka virsmas kontūras, risinot šķautņu deformācijas, kur interferometrijā tiek izmantots šķiedru koherences jeb paralēlās staru koherences princips, ieskaitot lāzera interferometriju un baltās gaismas skenēšanas interferometriju. Izmantojot optiskās šķiedras koherenci, tai ir jāsadarbojas ar objektīvu ar lielu darba attālumu, kas ierobežo objektīva palielinājumu. Baltās gaismas skenēšanas interferometrija izmanto plaša spektra balto gaismu kā apgaismojuma avotu un izmanto paralēlās staru koherences principu. Viena mērījuma kļūda ir 20 nm robežās. Tāda informācija kā kontrasts un gaismas intensitāte nosaka mērītās virsmas absolūto dziļumu. Strukturētā gaismas projekcijas metode ļauj izvairīties no skenēšanas ierīču izmantošanas un tai ir ātrākais rekonstrukcijas ātrums. Tomēr, ja starp projekcijas plakni un skatuves plakni ir leņķis, ir nepieciešams koriģēt malas periodu, tāpēc šī metode nav piemērota submikronu līmeņa precizitātes morfoloģijai. Mērīšana Šajā rakstā ir apvienotas strukturētās gaismas projekcijas metodes un paralēlās gaismas interferometrijas metodes priekšrocības, gaismas staru izkliedē telpiskais gaismas modulators, un tiek izmantotas divas difrakcijas kārtas ar tuvu gaismas intensitāti, lai radītu šķēršļus. Pielāgo bārkstis fāzi. Tā kā netiek izmantotas skenēšanas ierīces un atskaites plaknes, piedāvātā metode neprasa izmantot traucējumu objektīvus un tai nav ierobežojumu attiecībā uz izmantoto objektīvu skaitlisko apertūru, rekonstrukcijas process ir ātrs un var sasniegt augstāku sānu izšķirtspēju. Turklāt, tā kā bārkstis ģenerē gaismas staru traucējumi, fāze tiek sadalīta lineāri ar pikseļu koordinātām, un projekcijas metodē nav periodisku bārkstiņu izmaiņu fenomena. Visbeidzot, šajā rakstā kā pārbaudītais paraugs eksperimentu veikšanai tiek izmantots raupjuma salīdzināšanas modulis ar Ra 100 nm. Lai iegūtu trīsdimensiju punktu mākoni uz pārbaudāmā parauga virsmas, tiek izmantota četrpakāpju fāzes nobīdes metode. Patiesais relatīvais augstums starp punktiem.
Eksperimentālais gaismas ceļš
Tā ir šajā rakstā piedāvātā neparalēlā gaismas traucējumu apgaismojuma mikroskopa gaismas ceļa diagramma. Lāzera stars caur stara paplašinātāju L3, telpiskās gaismas modulatoru un fokusēšanas lēcu L2 nonāk mikroskopa staru sadalīšanas prizmā, veidojot mikroskopa sistēmas apgaismojuma gaismas ceļu. Telpiskās gaismas modulators var modulēt krītošās gaismas amplitūdu atbilstoši augšupielādētajam attēlam. Ja augšupielādētais attēls ir bārkstis, tā funkcija ir līdzvērtīga atstarojošam režģim, kas pielāgo telpiskā gaismas modulatora novirzi tā, lai divi difrakcijas gaismas kūļi ar līdzīgu gaismas intensitāti nonāktu dihromiskajā prizmā pēc fokusēšanas ar mikroskopa objektīva lēcu, traucē izmērītā parauga virsmu, veidojot traucējumu bārkstis.
Telpiskais gaismas modulators ir sistēmas galvenā ierīce, un malas periodu un fāzi var precīzi modulēt, eksperimenta laikā mainot augšupielādēto bārkstis. Parasti, lai uzlabotu 3D rekonstrukcijas punktu mākoņa sānu precizitāti, ir jāpielāgo frekvenču periods, lai tas būtu tuvu mikroskopa sānu izšķirtspējai. Šobrīd divu staru staru maksimālo traucējumu leņķi var aprēķināt no objektīva objektīva skaitliskās apertūras NA.
Atbilstoši sistēmā izmantotā mikroskopa objektīva parametriem (100 , NA=0.8), dubultstaru maksimālais interferences leņķis ir 106 grādi , un sistēmas izšķirtspēja, kas aprēķināta pēc Reilija kritērija, ir 406 nm. Eksperimentā minimālais regulējamais frekvenču periods ir 452 nm, kas norāda, ka robežperiodā pastāv atbilstoša sakarība starp fāzes nobīdi un vismaz viena pikseļa punkta augstumu, tas ir, rekonstruētā sānu precizitāti. punktu mākonis ir 452 nm, kas ir tuvu sistēmas attēlveidošanas izšķirtspējai. Mazā bārkstiņu perioda dēļ bārkstiņu deformācija ir jutīgāka nekā liela perioda bārkstis, tāpēc tai ir augstāka aksiālā precizitāte. Runājot par fāzes regulēšanu, baltās gaismas skenēšanas interferometrijai ar pjezoelektriskās ierīces palīdzību jāpārvieto traucējumu objektīva lēca aksiālā virzienā un pēc tam jāpielāgo fāze, kalibrējot nulles optiskā ceļa atšķirību katrā skenējamajā attēlā, lai būtu noteikta kļūda fāzes vērtībā. Mūsu sistēmā fāzes regulēšana tiek realizēta, kontrolējot telpiskā gaismas modulatora pikseļus bez skenēšanas ierīces, tāpēc tam ir augstāka fāzes regulēšanas precizitāte. Pamatojoties uz to, fāzes nobīdes metodi izmanto, lai aprēķinātu katra attēla punkta fāzes modulācijas vērtību. 3D rekonstrukcijas rezultātus ar augstu sānu izšķirtspēju var iegūt, izmantojot ātrāku rekonstrukcijas algoritmu.
rekonstrukcijas algoritms
Šajā rakstā četrpakāpju fāzes nobīdes metode tiek izmantota, lai rekonstruētu izmērītā parauga trīsdimensiju kontūru, kas ir sadalīta trīs posmos: attēla priekšapstrāde, fāzes modulācijas attēla ekstrakcija un trokšņu punktu filtrēšana. Tālāk tiks izmantots raupjuma salīdzināšanas modulis ar Ra=100nm kā paraugs, lai izskaidrotu katrā darbībā izmantoto algoritmu. 2.1. Attēla priekšapstrāde Tā kā attēlveidošanas sistēma izmanto lāzera apgaismojumu, lāzera plankumu ietekme uz traucējumu modeli ir neizbēgama. Interferences šķautņu priekšapstrādes procesā šajā rakstā tiek izmantots eliptisks zemas caurlaidības filtrs, lai filtrēšanas rādiuss gar malas virzienu attēla frekvenču diapazonā būtu divreiz lielāks par bārkstiņu vertikālo virzienu. Bārkstes raksts parādās kā divi centrā simetriski spilgti plankumi frekvenču domēnā, un savienojošās līnijas virziens starp diviem punktiem ir perpendikulārs bārkstis virzienam, un savienojošās līnijas virziens ir iestatīts kā garā asi elipse. Tā kā malas periods ir tuvu attēla izšķirtspējai, galvenā ass ir iestatīta tā, lai tā būtu divreiz lielāka par 2 spožu punktu attālumu, bet otrā ass ir vienāda ar 2 punktu attālumu. Šāds dizains var samazināt raibuma trokšņa ietekmi relatīvajā fāzes risinājumā, no vienas puses, un, no otras puses, var novērst, ka modulācijas informācija traucējumu modelī tiek pēc iespējas vairāk izfiltrēta. Parādīti apstrādes rezultāti, izmantojot izotropās un anizotropās filtrēšanas metodes, salīdzinājums var samazināt attēla troksni gar malas virzienu, vienlaikus saglabājot malas deformāciju.
