Onderzoek naar driedimensionale vormdetectie van niet-parallelle lichtinterferometrische verlichtingsmicroscoop
De snelle ontwikkeling van de machinebouw en de elektronica-industrie heeft hogere eisen gesteld aan de detectietechnologie van microscopische morfologie. Op dit moment kan de detectie van driedimensionale vormen worden onderverdeeld in twee categorieën: contact en contactloos. De contactmethode verwijst voornamelijk naar de stylusmethode. Het principe is om de kleine verplaatsing in de verticale richting van de stylus om te zetten in een elektrisch signaal en dit te versterken, om zo de driedimensionale vormverdeling van het detectieoppervlak te verkrijgen. Contactloze detectiemethoden omvatten voornamelijk bundelfocusmethode, gestructureerde lichtprojectiemethode en interferometrie. De bundelfocusseringsmethode gebruikt de gefocusseerde lichtvlek als een optische sonde om het detectieoppervlak te scannen om driedimensionale gegevens te verkrijgen. Deze methode kan driedimensionale detectie van complexe contouren uitvoeren, maar de meetsnelheid is laag. Interferometrie en gestructureerde lichtprojectiemethoden detecteren oppervlaktecontouren door randvervormingen op te lossen, waarbij interferometrie het principe van vezelcoherentie of parallelle bundelcoherentie gebruikt, inclusief laserinterferometrie en witlichtscanninginterferometrie. Bij gebruik van optische vezelcoherentie moet deze samenwerken met de objectieflens met een grote werkafstand, wat de vergroting van de objectieflens beperkt. Interferometrie met witlichtscanning gebruikt wit licht met een breed spectrum als verlichtingsbron en maakt gebruik van het principe van parallelle bundelcoherentie. De fout van een enkele meting is binnen 20nm. Informatie zoals contrast en lichtintensiteit bepalen de absolute diepte van het te meten oppervlak. De gestructureerde lichtprojectiemethode vermijdt het gebruik van scanapparatuur en heeft de hoogste reconstructiesnelheid. Wanneer er echter een hoek is tussen het projectievlak en het platformvlak, moet de randperiode worden gecorrigeerd, dus deze methode is niet geschikt voor precisiemorfologie op submicronniveau. Meting In dit artikel worden de voordelen van de gestructureerde lichtprojectiemethode en de parallelle lichtinterferometriemethode gecombineerd, de lichtstraal wordt afgebogen door de ruimtelijke lichtmodulator en twee diffractieorden met een nauwe lichtintensiteit worden gebruikt om te interfereren om franjes te genereren. Past de randfase aan. Aangezien het gebruik van scanapparatuur en referentievlakken wordt vermeden, vereist de voorgestelde methode geen gebruik van interferentieobjectieven en heeft het geen beperking op de numerieke apertuur van de gebruikte objectieven, is het reconstructieproces snel en kan een hogere laterale resolutie worden bereikt. Bovendien, aangezien de randen worden gegenereerd door lichtbundelinterferentie, wordt de fase lineair verdeeld met de pixelcoördinaten en is er geen fenomeen van periodieke randveranderingen in de projectiemethode. Ten slotte gebruikt dit artikel de ruwheidsvergelijkingsmodule met Ra van 100 nm als het geteste monster om experimenten uit te voeren. De faseverschuivingsmethode in vier stappen wordt gebruikt om de driedimensionale puntenwolk op het oppervlak van het geteste monster te verkrijgen. De ware relatieve hoogte tussen punten.
Experimenteel lichtpad
Het is het lichtpaddiagram van de niet-parallelle lichtinterferentiebelichtingsmicroscoop die in dit artikel wordt voorgesteld. De laserstraal komt het bundelsplitsende prisma van de microscoop binnen via de bundelverbreder L3, de ruimtelijke lichtmodulator en de focusseerlens L2, en vormt het verlichtingslichtpad van het microscoopsysteem. De ruimtelijke lichtmodulator kan de amplitude van het invallende licht moduleren volgens het geüploade beeld. Wanneer het geüploade beeld een rand is, is zijn functie gelijk aan een reflecterend tralie, waarbij de afbuiging van de ruimtelijke lichtmodulator wordt aangepast zodat twee bundels afgebogen licht met vergelijkbare lichtintensiteiten het dichroïsche prisma binnenkomen, nadat ze zijn gefocusseerd door de objectieflens van de microscoop. interfereert met het oppervlak van het gemeten monster om interferentielijnen te vormen.
De ruimtelijke lichtmodulator is het kernapparaat van het systeem en de periode en fase van de rand kunnen nauwkeurig worden gemoduleerd door het geüploade randpatroon tijdens het experiment te wijzigen. Gewoonlijk is het, om de laterale nauwkeurigheid van de 3D-reconstructiepuntenwolk te verbeteren, nodig om de randperiode aan te passen om deze dicht bij de laterale resolutie van de microscoop te brengen. Op dit moment kan de maximale interferentiehoek van de twee bundels worden berekend uit de numerieke apertuur NA van de objectieflens.
Volgens de parameters van de microscoopobjectieflens die in het systeem wordt gebruikt (100 , NA=0.8), is de maximale interferentiehoek van de dubbele bundels 106 graden en is de systeemresolutie berekend volgens het Rayleigh-criterium 406 nm. In het experiment is de minimale randperiode die kan worden aangepast 452 nm, wat aangeeft dat er binnen een randperiode een overeenkomstige relatie bestaat tussen de faseverschuiving en de hoogte van ten minste één pixelpunt, dat wil zeggen de laterale nauwkeurigheid van de gereconstrueerde puntenwolk is 452nm, wat dicht bij de beeldresolutie van het systeem ligt. Vanwege de korte franjeperiode is de vervorming van de franje gevoeliger dan die van de franje met een grote periode, dus het heeft een hogere axiale precisie. In termen van fase-aanpassing moet de interferometrie voor het scannen van wit licht de interferentie-objectieflens in de axiale richting verplaatsen met behulp van een piëzo-elektrisch apparaat, en vervolgens de fase aanpassen door het nul optische padverschil op elk scanbeeld te kalibreren, dus er is een bepaalde fout in de fasewaarde. In ons systeem wordt de fase-aanpassing gerealiseerd door de pixels op de ruimtelijke lichtmodulator te regelen zonder scanapparaat, zodat het een hogere fase-aanpassingsnauwkeurigheid heeft. Op basis hiervan wordt de faseverschuivingsmethode gebruikt om de fasemodulatiewaarde van elk punt op het beeld te berekenen. De 3D-reconstructieresultaten met hoge laterale resolutie kunnen worden verkregen met het snellere reconstructie-algoritme.
reconstructie algoritme
In dit document wordt de faseverschuivingsmethode in vier stappen gebruikt om de driedimensionale contour van het gemeten monster te reconstrueren, die is verdeeld in drie stappen: beeldvoorverwerking, fasemodulatie beeldextractie en ruispuntfiltering. In het volgende wordt de ruwheidsvergelijkingsmodule met Ra=100nm als voorbeeld gebruikt om het algoritme uit te leggen dat in elke stap wordt gebruikt. 2.1 Beeldvoorbewerking Aangezien het beeldvormingssysteem laserbelichting gebruikt, is de invloed van laserspikkels op het interferentiepatroon onvermijdelijk. Bij het voorbewerken van de interferentiefranjes gebruikt dit artikel een elliptisch laagdoorlaatfilter, zodat de filterradius langs de randrichting in het frequentiedomein van het beeld tweemaal zo groot is als de verticale richting van de randen. Het randpatroon verschijnt als twee centrumsymmetrische heldere vlekken in het frequentiedomein, en de richting van de verbindingslijn tussen de twee punten staat loodrecht op de richting van de rand, en de richting van de verbindingslijn wordt ingesteld als de lange as van de ellips. Omdat de randperiode dicht bij de beeldresolutie ligt, is de hoofdas ingesteld op tweemaal de afstand van 2 heldere vlekken en is de secundaire as gelijk aan de afstand van 2 punten. Een dergelijk ontwerp kan enerzijds de impact van spikkelruis in de relatieve fase-oplossing verminderen en anderzijds voorkomen dat de modulatie-informatie in het interferentiepatroon zoveel mogelijk wordt uitgefilterd. Getoond worden de verwerkingsresultaten onder de isotrope en anisotrope filtermethoden, de vergelijking kan de ruis van het beeld langs de randrichting verminderen, terwijl de vervorming van de rand behouden blijft.
