تحقیق در مورد تشخیص شکل سه بعدی میکروسکوپ تداخل سنجی نوری غیر موازی
توسعه سریع ماشین آلات و صنعت الکترونیک الزامات بالاتری را برای فناوری تشخیص مورفولوژی میکروسکوپی مطرح کرده است. در حال حاضر تشخیص شکل سه بعدی را می توان به دو دسته تماسی و غیر تماسی تقسیم کرد. روش تماس عمدتاً به روش قلم اشاره دارد. اصل آن تبدیل جابجایی کوچک در جهت عمودی قلم به یک سیگنال الکتریکی و تقویت آن است تا توزیع شکل سه بعدی سطح تشخیص را بدست آوریم. روش‌های تشخیص بدون تماس عمدتاً شامل روش فوکوس پرتو، روش پرتاب نور ساختاریافته و تداخل سنجی است. روش فوکوس پرتو از نقطه نور متمرکز به عنوان یک پروب نوری برای اسکن سطح تشخیص برای به دست آوردن داده های سه بعدی استفاده می کند. این روش می تواند تشخیص سه بعدی خطوط پیچیده را انجام دهد، اما سرعت اندازه گیری کند است. روش‌های تداخل سنجی و پرتاب نور ساختاریافته خطوط سطح را با حل تغییر شکل‌های حاشیه‌ای شناسایی می‌کنند، جایی که تداخل سنجی از اصل پیوستگی فیبر یا انسجام پرتو موازی، از جمله تداخل سنجی لیزری و تداخل سنجی اسکن نور سفید استفاده می‌کند. هنگام استفاده از پیوستگی فیبر نوری، باید با لنز شیئی با فاصله کاری زیاد همکاری کند، که بزرگنمایی لنز شیئی را محدود می کند. تداخل سنجی روبشی نور سفید از نور سفید با طیف گسترده به عنوان منبع روشنایی استفاده می کند و از اصل پیوستگی پرتوهای موازی استفاده می کند. خطای یک اندازه گیری منفرد در 20 نانومتر است. اطلاعاتی مانند کنتراست و شدت نور، عمق مطلق سطح اندازه گیری شده را تعیین می کند. روش پرتاب نور ساختاریافته از استفاده از دستگاه های اسکن اجتناب می کند و سریع ترین سرعت بازسازی را دارد. با این حال، هنگامی که یک زاویه بین صفحه طرح ریزی و صفحه مرحله وجود دارد، دوره حاشیه باید اصلاح شود، بنابراین این روش برای مورفولوژی دقیق در سطح زیر میکرون مناسب نیست. اندازه‌گیری در این مقاله، مزایای روش پیش‌بینی نور ساختاریافته و روش تداخل سنجی نور موازی ترکیب شده‌اند، پرتو نور توسط مدولاتور نور فضایی پراش می‌شود و از دو مرتبه پراش با شدت نور نزدیک برای ایجاد تداخل برای ایجاد حاشیه استفاده می‌شود. فاز حاشیه را تنظیم می کند. از آنجایی که از استفاده از دستگاه های اسکن و صفحات مرجع اجتناب می شود، روش پیشنهادی نیازی به استفاده از اهداف تداخلی ندارد و محدودیتی در دیافراگم عددی اهداف مورد استفاده ندارد، فرآیند بازسازی سریع است و وضوح جانبی بالاتری قابل دستیابی است. علاوه بر این، از آنجایی که حاشیه ها توسط تداخل پرتو نور ایجاد می شوند، فاز به صورت خطی با مختصات پیکسل توزیع می شود و هیچ پدیده ای از تغییرات حاشیه ای دوره ای در روش طرح ریزی وجود ندارد. در نهایت، این مقاله از ماژول مقایسه زبری با Ra 100 نانومتر به عنوان نمونه آزمایش شده برای انجام آزمایش‌ها استفاده می‌کند. روش تغییر فاز چهار مرحله ای برای به دست آوردن ابر نقطه سه بعدی در سطح نمونه آزمایش شده استفاده می شود. ارتفاع نسبی واقعی بین نقاط.
مسیر نور آزمایشی
این نمودار مسیر نور میکروسکوپ روشنایی تداخل نور غیر موازی است که در این مقاله پیشنهاد شده است. پرتو لیزر از طریق گسترش دهنده پرتو L3، تعدیل کننده نور فضایی و عدسی متمرکز L2 وارد منشور تقسیم پرتو میکروسکوپ می شود و مسیر نور روشنایی سیستم میکروسکوپ را تشکیل می دهد. مدولاتور نور فضایی می تواند دامنه نور فرودی را با توجه به تصویر بارگذاری شده تعدیل کند. هنگامی که تصویر آپلود شده یک حاشیه است، عملکرد آن معادل یک توری بازتابنده است، انحراف تعدیل کننده نور فضایی را طوری تنظیم می کند که دو پرتو نور پراکنده با شدت نور مشابه، پس از فوکوس توسط عدسی شیئی میکروسکوپ وارد منشور دو رنگی شوند. با سطح نمونه اندازه گیری شده تداخل ایجاد می کند تا حاشیه های تداخلی ایجاد کند.
مدولاتور نور فضایی دستگاه اصلی سیستم است و دوره و فاز حاشیه را می توان با تغییر الگوی حاشیه بارگذاری شده در طول آزمایش به طور دقیق مدوله کرد. معمولاً برای بهبود دقت جانبی ابر نقطه بازسازی سه بعدی، لازم است دوره حاشیه ای تنظیم شود تا به وضوح جانبی میکروسکوپ نزدیک شود. در این زمان، حداکثر زاویه تداخل دو پرتو را می توان از دیافراگم عددی NA عدسی شیئی محاسبه کرد.
با توجه به پارامترهای عدسی شیئی میکروسکوپ مورد استفاده در سیستم (100، NA=0.8)، حداکثر زاویه تداخل پرتوهای دوتایی 106 درجه و قدرت تفکیک سیستم محاسبه شده با معیار رایلی 406 نانومتر است. در آزمایش، حداقل دوره حاشیه ای که می توان تنظیم کرد 452 نانومتر است، که نشان می دهد در یک دوره حاشیه، یک رابطه متناظر بین تغییر فاز و ارتفاع حداقل یک نقطه پیکسل، یعنی دقت جانبی بازسازی شده وجود دارد. ابر نقطه ای 452 نانومتری است که به وضوح تصویربرداری سیستم نزدیک است. با توجه به دوره کوچک حاشیه، تغییر شکل حاشیه حساس تر از حاشیه پریود بزرگ است، بنابراین دقت محوری بالاتری دارد. از نظر تنظیم فاز، تداخل سنجی اسکن نور سفید باید با کمک یک دستگاه پیزوالکتریک، لنز هدف تداخلی را در جهت محوری حرکت دهد و سپس با کالیبره کردن اختلاف مسیر نوری صفر در هر تصویر اسکن، فاز را متناسب کند، بنابراین یک خطای مشخص در مقدار فاز در سیستم ما، تنظیم فاز با کنترل پیکسل ها در مدولاتور نور فضایی بدون دستگاه اسکن محقق می شود، بنابراین دقت تنظیم فاز بالاتری دارد. بر این اساس از روش تغییر فاز برای محاسبه مقدار مدولاسیون فاز هر نقطه روی تصویر استفاده می شود. نتایج بازسازی سه بعدی با وضوح جانبی بالا را می توان تحت الگوریتم بازسازی سریعتر به دست آورد.
الگوریتم بازسازی
در این مقاله از روش تغییر فاز چهار مرحله ای برای بازسازی کانتور سه بعدی نمونه اندازه گیری شده استفاده شده است که به سه مرحله پیش پردازش تصویر، استخراج تصویر مدولاسیون فاز و فیلتر نقطه نویز تقسیم می شود. در زیر ماژول مقایسه زبری با Ra{2}}nm به عنوان نمونه برای توضیح الگوریتم مورد استفاده در هر مرحله انتخاب می‌شود. 2.1 پیش پردازش تصویر از آنجایی که سیستم تصویربرداری از نور لیزر استفاده می کند، تأثیر لکه های لیزر بر الگوی تداخل اجتناب ناپذیر است. در فرآیند پیش پردازش حاشیه های تداخلی، این مقاله از یک فیلتر پایین گذر بیضوی استفاده می کند، به طوری که شعاع فیلتر در امتداد جهت حاشیه در حوزه فرکانس تصویر دو برابر جهت عمودی حاشیه ها است. الگوی حاشیه به صورت دو نقطه روشن متقارن مرکز در حوزه فرکانس ظاهر می شود و جهت خط اتصال بین دو نقطه عمود بر جهت حاشیه است و جهت خط اتصال به عنوان محور طولانی تنظیم می شود. بیضی از آنجایی که دوره حاشیه نزدیک به وضوح تصویر است، محور اصلی دو برابر فاصله 2 نقطه روشن و محور فرعی برابر با فاصله 2 نقطه است. چنین طراحی می تواند از یک طرف تاثیر نویز لکه ای را در محلول فاز نسبی کاهش دهد و از طرف دیگر می تواند تا حد امکان از فیلتر شدن اطلاعات مدولاسیون در الگوی تداخل جلوگیری کند. نتایج پردازش تحت روش های فیلتر همسانگرد و ناهمسانگرد نشان داده شده است، مقایسه می تواند نویز تصویر را در جهت حاشیه کاهش دهد، در حالی که تغییر شکل حاشیه را حفظ می کند.
