Pesquisa sobre Detecção de Forma Tridimensional de Microscópio de Iluminação Interferométrica de Luz Não Paralela
O rápido desenvolvimento da fabricação de máquinas e da indústria eletrônica apresentou requisitos mais elevados para a tecnologia de detecção da morfologia microscópica. Atualmente, a detecção da forma tridimensional pode ser dividida em duas categorias: contato e não contato. O método de contato refere-se principalmente ao método da caneta. Seu princípio é converter o pequeno deslocamento na direção vertical da ponta em um sinal elétrico e amplificá-lo, de modo a obter a distribuição tridimensional da superfície de detecção. Os métodos de detecção sem contato incluem principalmente método de foco de feixe, método de projeção de luz estruturada e interferometria. O método de focalização de feixe usa o ponto de luz focalizado como uma sonda óptica para escanear a superfície de detecção para obter dados tridimensionais. Este método pode realizar detecção tridimensional de contornos complexos, mas a velocidade de medição é lenta. Os métodos de interferometria e projeção de luz estruturada detectam contornos de superfície resolvendo deformações de franja, onde a interferometria usa o princípio de coerência de fibra ou coerência de feixe paralelo, incluindo interferometria a laser e interferometria de varredura de luz branca. Ao usar a coerência da fibra óptica, ela precisa cooperar com a lente objetiva com uma grande distância de trabalho, o que limita a ampliação da lente objetiva. A interferometria de varredura de luz branca usa luz branca de amplo espectro como fonte de iluminação e usa o princípio da coerência de feixe paralelo. O erro de uma única medição está dentro de 20nm. Informações como contraste e intensidade de luz determinam a profundidade absoluta da superfície que está sendo medida. O método de projeção de luz estruturada evita o uso de dispositivos de varredura e tem a maior velocidade de reconstrução. No entanto, quando há um ângulo entre o plano de projeção e o plano do palco, o período de franja precisa ser corrigido, portanto, esse método não é adequado para morfologia de precisão em nível submicrométrico. Medição Neste artigo, as vantagens do método de projeção de luz estruturada e do método de interferometria de luz paralela são combinadas, o feixe de luz é difratado pelo modulador de luz espacial e duas ordens de difração com intensidade de luz próxima são usadas para interferir para gerar franjas. Ajusta a fase de franja. Como o uso de dispositivos de varredura e planos de referência é evitado, o método proposto não requer o uso de objetivas de interferência e não tem limitação na abertura numérica das objetivas usadas, o processo de reconstrução é rápido e maior resolução lateral pode ser alcançada. Além disso, como as franjas são geradas pela interferência do feixe de luz, a fase é distribuída linearmente com as coordenadas do pixel e não há fenômeno de mudanças periódicas nas franjas no método de projeção. Finalmente, este trabalho usa o módulo de comparação de rugosidade com Ra de 100nm como amostra testada para conduzir experimentos. O método de deslocamento de fase de quatro etapas é usado para obter a nuvem de pontos tridimensional na superfície da amostra testada. A verdadeira altura relativa entre os pontos.
caminho de luz experimental
É o diagrama do caminho de luz do microscópio de iluminação por interferência de luz não paralela proposto neste artigo. O feixe de laser entra no prisma de divisão de feixe do microscópio através do expansor de feixe L3, do modulador de luz espacial e da lente de focagem L2, formando o caminho de luz de iluminação do sistema de microscópio. O modulador de luz espacial pode modular a amplitude da luz incidente de acordo com a imagem carregada. Quando a imagem carregada é uma franja, sua função é equivalente a uma grade reflexiva, ajustando a deflexão do modulador de luz espacial para que dois feixes de luz difratada com intensidades de luz semelhantes entrem no prisma dicróico, após serem focalizados pela lente objetiva do microscópio, interfere com a superfície da amostra medida para formar franjas de interferência.
O modulador de luz espacial é o dispositivo central do sistema, e o período e a fase da franja podem ser modulados com precisão alterando o padrão de franja carregado durante o experimento. Normalmente, para melhorar a precisão lateral da nuvem de pontos de reconstrução 3D, é necessário ajustar o período de franja para torná-lo próximo da resolução lateral do microscópio. Neste momento, o ângulo máximo de interferência dos dois feixes pode ser calculado a partir da abertura numérica NA da lente objetiva.
De acordo com os parâmetros da lente objetiva do microscópio usada no sistema (100 , NA=0.8), o ângulo máximo de interferência dos feixes duplos é de 106 graus e a resolução do sistema calculada pelo critério de Rayleigh é de 406 nm. No experimento, o período de franja mínimo que pode ser ajustado é de 452 nm, indicando que dentro de um período de franja existe uma relação correspondente entre a mudança de fase e a altura de pelo menos um ponto de pixel, ou seja, a precisão lateral do reconstruído a nuvem de pontos é de 452 nm, que está próxima da resolução de imagem do sistema. Devido ao pequeno período de franja, a deformação da franja é mais sensível do que a franja de grande período, por isso tem maior precisão axial. Em termos de ajuste de fase, a interferometria de varredura de luz branca precisa mover a lente objetiva de interferência na direção axial com a ajuda de um dispositivo piezoelétrico e, em seguida, ajustar a fase calibrando a diferença de caminho óptico zero em cada imagem de varredura, para que haja um certo erro no valor da fase. Em nosso sistema, o ajuste de fase é realizado controlando os pixels no modulador de luz espacial sem dispositivo de varredura, portanto, possui maior precisão de ajuste de fase. Com base nisso, o método de deslocamento de fase é usado para calcular o valor da modulação de fase de cada ponto da imagem. Os resultados da reconstrução 3D com alta resolução lateral podem ser obtidos com o algoritmo de reconstrução mais rápido.
algoritmo de reconstrução
Neste artigo, o método de deslocamento de fase de quatro etapas é usado para reconstruir o contorno tridimensional da amostra medida, que é dividido em três etapas: pré-processamento da imagem, extração de imagem de modulação de fase e filtragem de ponto de ruído. O seguinte usará o módulo de comparação de rugosidade com Ra=100nm como uma amostra para explicar o algoritmo usado em cada etapa. 2.1 Pré-processamento da imagem Como o sistema de imagem usa iluminação a laser, a influência do speckle do laser no padrão de interferência é inevitável. No processo de pré-processamento das franjas de interferência, este trabalho utiliza um filtro passa-baixa elíptico, de modo que o raio de filtragem ao longo da direção da franja no domínio da frequência da imagem seja o dobro da direção vertical das franjas. O padrão de franja aparece como dois pontos brilhantes com simetria central no domínio da frequência, e a direção da linha de conexão entre os dois pontos é perpendicular à direção da franja, e a direção da linha de conexão é definida como o eixo longo de a elipse. Como o período de franja está próximo da resolução da imagem, o eixo maior é definido para ter o dobro da distância de 2 pontos brilhantes e o eixo menor é igual à distância de 2 pontos. Tal projeto pode, por um lado, reduzir o impacto do ruído speckle na solução de fase relativa e, por outro lado, pode evitar que as informações de modulação no padrão de interferência sejam filtradas tanto quanto possível. São mostrados os resultados do processamento sob os métodos de filtragem isotrópica e anisotrópica, a comparação pode reduzir o ruído da imagem ao longo da direção da franja, mantendo a deformação da franja.
