Forskning om tredimensionell formdetektion av icke-parallellt ljusinterferometriskt belysningsmikroskop
Den snabba utvecklingen av maskintillverkning och elektronikindustrin har ställt högre krav på detekteringstekniken för mikroskopisk morfologi. För närvarande kan upptäckten av tredimensionell form delas in i två kategorier: kontakt och icke-kontakt. Kontaktmetoden avser främst stylusmetoden. Dess princip är att omvandla den lilla förskjutningen i pennans vertikala riktning till en elektrisk signal och förstärka den för att erhålla den tredimensionella formfördelningen av detekteringsytan. Beröringsfria detektionsmetoder inkluderar huvudsakligen strålfokuseringsmetod, strukturerad ljusprojektionsmetod och interferometri. Strålfokuseringsmetoden använder den fokuserade ljuspunkten som en optisk sond för att skanna detekteringsytan för att erhålla tredimensionella data. Denna metod kan utföra tredimensionell detektering av komplexa konturer, men mäthastigheten är långsam. Interferometri och metoder för strukturerad ljusprojektion detekterar ytkonturer genom att lösa fransdeformationer, där interferometri använder principen om fiberkoherens eller parallell strålkoherens, inklusive laserinterferometri och vitljusskanningsinterferometri. När du använder optisk fiberkoherens måste den samarbeta med objektivlinsen med ett stort arbetsavstånd, vilket begränsar objektivets förstoring. Interferometri för scanning av vitt ljus använder vitt ljus med brett spektrum som belysningskälla och använder principen om parallell strålkoherens. Felet för en enstaka mätning är inom 20nm. Information som kontrast och ljusintensitet avgör det absoluta djupet på den yta som mäts. Den strukturerade ljusprojektionsmetoden undviker användningen av skanningsanordningar och har den snabbaste rekonstruktionshastigheten. Men när det finns en vinkel mellan projektionsplanet och scenplanet måste randperioden korrigeras, så denna metod är inte lämplig för precisionsmorfologi på submikronnivå. Mätning I detta dokument kombineras fördelarna med metoden för strukturerad ljusprojektion och metoden med parallellljusinterferometri, ljusstrålen diffrakteras av den rumsliga ljusmodulatorn och två diffraktionsordningar med nära ljusintensitet används för att interferera för att generera fransar. Justerar fransfasen. Eftersom användningen av avsökningsanordningar och referensplan undviks, kräver den föreslagna metoden inte användningen av interferensobjektiv och har ingen begränsning på den numeriska öppningen för de använda objektiven, rekonstruktionsprocessen är snabb och högre lateral upplösning kan uppnås. Dessutom, eftersom fransarna genereras av ljusstråleinterferens, fördelas fasen linjärt med pixelkoordinaterna, och det finns inget fenomen med periodiska fransförändringar i projektionsmetoden. Slutligen använder den här uppsatsen råhetsjämförelsemodulen med Ra på 100nm som det testade provet för att utföra experiment. Fasförskjutningsmetoden i fyra steg används för att erhålla det tredimensionella punktmolnet på ytan av det testade provet. Den sanna relativa höjden mellan punkter.
Experimentell ljusbana
Det är ljusvägsdiagrammet för det icke-parallella ljusinterferensbelysningsmikroskopet som föreslås i detta dokument. Laserstrålen kommer in i mikroskopets stråldelande prisma genom strålexpandern L3, den rumsliga ljusmodulatorn och fokuseringslinsen L2, och bildar belysningsljusbanan för mikroskopsystemet. Den rumsliga ljusmodulatorn kan modulera amplituden för det infallande ljuset enligt den uppladdade bilden. När den uppladdade bilden är en frans, är dess funktion likvärdig med ett reflekterande gitter, som justerar avböjningen av den rumsliga ljusmodulatorn så att två strålar av diffrakterat ljus med liknande ljusintensiteter kommer in i det dikroiska prismat, efter att ha fokuserats av mikroskopets objektivlins, interfererar med ytan på det uppmätta provet för att bilda interferensfransar.
Den rumsliga ljusmodulatorn är kärnan i systemet, och perioden och fasen för fransen kan moduleras exakt genom att ändra det uppladdade fransmönstret under experimentet. Vanligtvis, för att förbättra den laterala noggrannheten för 3D-rekonstruktionspunktmolnet, är det nödvändigt att justera randperioden för att göra den nära mikroskopets laterala upplösning. Vid denna tidpunkt kan den maximala interferensvinkeln för de två strålarna beräknas från objektivlinsens numeriska bländare NA.
Enligt parametrarna för mikroskopobjektivlinsen som används i systemet (100 , NA=0.8) är den maximala interferensvinkeln för de dubbla strålarna 106 grader och systemupplösningen beräknad med Rayleigh-kriteriet är 406 nm. I experimentet är den minsta randperioden som kan justeras 452nm, vilket indikerar att det inom en randperiod finns ett motsvarande förhållande mellan fasförskjutningen och höjden på minst en pixelpunkt, det vill säga den laterala noggrannheten för den rekonstruerade punktmolnet är 452nm, vilket är nära systemets bildupplösning. På grund av den lilla fransperioden är deformationen av fransen känsligare än den för den stora fransen, så den har högre axiell precision. När det gäller fasjustering behöver den vitljusskanningsinterferometrin flytta interferensobjektivets lins i axiell riktning med hjälp av en piezoelektrisk enhet och sedan anpassa fasen genom att kalibrera nollskillnaden i optisk väg på varje skanningsbild, så det finns ett visst fel i fasvärdet. I vårt system realiseras fasjusteringen genom att styra pixlarna på den rumsliga ljusmodulatorn utan skanningsenhet, så den har högre fasjusteringsnoggrannhet. På denna basis används fasförskjutningsmetoden för att beräkna fasmoduleringsvärdet för varje punkt på bilden. 3D-rekonstruktionsresultaten med hög lateral upplösning kan erhållas under den snabbare rekonstruktionsalgoritmen.
rekonstruktionsalgoritm
I detta dokument används den fyrstegsfasskiftningsmetoden för att rekonstruera den tredimensionella konturen av det uppmätta provet, som är uppdelat i tre steg: bildförbehandling, fasmoduleringsbildextraktion och bruspunktsfiltrering. Följande kommer att ta grovhetsjämförelsemodulen med Ra=100nm som ett exempel för att förklara algoritmen som används i varje steg. 2.1 Bildförbehandling Eftersom bildbehandlingssystemet använder laserbelysning är inverkan av laserfläckar på interferensmönstret oundviklig. I processen att förbearbeta interferensfransarna använder detta papper ett elliptiskt lågpassfilter, så att filtreringsradien längs kantriktningen i bildens frekvensdomän är dubbelt så stor som den vertikala riktningen för fransarna. Fransmönstret uppträder som två centrumsymmetriska ljusa fläckar i frekvensdomänen, och riktningen för förbindelselinjen mellan de två punkterna är vinkelrät mot riktningen för fransen, och riktningen för förbindelselinjen är inställd som den långa axeln för ellipsen. Eftersom randperioden är nära bildupplösningen är huvudaxeln inställd på två gånger avståndet för 2 ljusa fläckar, och den lilla axeln är lika med avståndet på 2 punkter. En sådan design kan å ena sidan reducera påverkan av fläckbrus i den relativa faslösningen och å andra sidan undvika att moduleringsinformationen i interferensmönstret filtreras bort så mycket som möjligt. Bearbetningsresultaten visas under de isotropa och anisotropa filtreringsmetoderna, jämförelsen kan minska bruset i bilden längs kantens riktning, samtidigt som deformationen av fransen bibehålls.
