מחקר על זיהוי צורה תלת מימדית של מיקרוסקופ הארה אינטרפרומטרי אור לא מקביל
ההתפתחות המהירה של ייצור מכונות ותעשיית האלקטרוניקה הציגה דרישות גבוהות יותר לטכנולוגיית הזיהוי של מורפולוגיה מיקרוסקופית. כיום ניתן לחלק את זיהוי הצורה התלת מימדית לשתי קטגוריות: מגע וחוסר מגע. שיטת המגע מתייחסת בעיקר לשיטת הסטיילוס. העיקרון שלו הוא להמיר את התזוזה הקטנה בכיוון האנכי של החרט לאות חשמלי ולהגביר אותו, כדי לקבל את חלוקת הצורה התלת מימדית של משטח הזיהוי. שיטות זיהוי ללא מגע כוללות בעיקר שיטת מיקוד קרן, שיטת הקרנת אור מובנית ואינטרפרומטריה. שיטת מיקוד הקרן משתמשת בנקודת האור הממוקדת כבדיקה אופטית כדי לסרוק את משטח הזיהוי כדי לקבל נתונים תלת מימדיים. שיטה זו יכולה לבצע זיהוי תלת מימדי של קווי מתאר מורכבים, אך מהירות המדידה איטית. שיטות אינטרפרומטריה ושיטות הקרנת אור מובנה מזהות קווי מתאר של פני השטח על ידי פתרון עיוותים בשוליים, כאשר אינטרפרומטריה משתמשת בעקרון של קוהרנטיות סיבים או קוהרנטיות קרן מקבילה, כולל התערבות לייזר ואינטרפרומטריה של סריקת אור לבן. כאשר משתמשים בקוהרנטיות של סיבים אופטיים, הוא צריך לשתף פעולה עם עדשת האובייקטיב עם מרחק עבודה גדול, מה שמגביל את ההגדלה של עדשת האובייקטיב. אינטרפרומטריית סריקת אור לבן משתמשת באור לבן רחב טווח כמקור הארה ומשתמשת בעקרון של קוהרנטיות אלומה מקבילה. השגיאה של מדידה בודדת היא בטווח של 20 ננומטר. מידע כגון ניגודיות ועוצמת האור קובעים את העומק המוחלט של המשטח הנמדד. שיטת הקרנת האור המובנית נמנעת משימוש בהתקני סריקה ובעלת מהירות השחזור המהירה ביותר. עם זאת, כאשר יש זווית בין מישור ההקרנה למישור הבמה, יש לתקן את תקופת השוליים, ולכן שיטה זו אינה מתאימה למורפולוגיה מדויקת ברמת תת-מיקרון. מדידה במאמר זה משולבים היתרונות של שיטת הקרנת האור המובנה ושיטת התערבות האור המקבילה, אלומת האור מופרעת על ידי מאפנן האור המרחבי, ושני סדרי עקיפה בעלי עוצמת אור קרובה משמשים כדי להפריע ליצירת שוליים. מתאים את שלב השוליים. מאחר שנמנע שימוש במכשירי סריקה ומטוסי ייחוס, השיטה המוצעת אינה דורשת שימוש ביעדי הפרעה ואין לה הגבלה על הצמצם המספרי של המטרות בשימוש, תהליך השחזור מהיר וניתן להשיג רזולוציה רוחבית גבוהה יותר. בנוסף, מכיוון שהשוליים נוצרים על ידי הפרעות אלומת אור, הפאזה מופצת באופן ליניארי עם קואורדינטות הפיקסלים, ואין תופעה של שינויי שוליים תקופתיים בשיטת ההקרנה. לבסוף, מאמר זה משתמש במודול השוואת החספוס עם Ra של 100nm כמדגם שנבדק לביצוע ניסויים. שיטת הסטת הפאזה בת ארבעת השלבים משמשת להשגת ענן הנקודות התלת מימדי על פני הדגימה הנבדקת. הגובה היחסי האמיתי בין נקודות.
נתיב אור ניסיוני
זהו דיאגרמת נתיב האור של מיקרוסקופ הארה להפרעות אור שאינו מקביל המוצע במאמר זה. קרן הלייזר חודרת לפריזמת פיצול הקרן של המיקרוסקופ דרך מרחיב הקרן L3, מאפנן האור המרחבי ועדשת המיקוד L2, ויוצרות את נתיב אור ההארה של מערכת המיקרוסקופ. מאפנן האור המרחבי יכול לווסת את משרעת האור הנכנס בהתאם לתמונה שהועלתה. כאשר התמונה שהועלתה היא שוליים, תפקידה שווה ערך לסורג רפלקטיבי, המכוון את הסטייה של מאפנן האור המרחבי כך ששתי אלומות אור מפוזרות בעלות עוצמות אור דומות יכנסו למנסרה הדיכרואית, לאחר מיקוד על ידי עדשת האובייקטיב של המיקרוסקופ, מפריע לפני השטח של הדגימה הנמדדת ליצירת שולי הפרעה.
מאפנן האור המרחבי הוא התקן הליבה של המערכת, וניתן לשנות את התקופה והשלב של השוליים במדויק על ידי שינוי תבנית השוליים שהועלתה במהלך הניסוי. בדרך כלל, על מנת לשפר את הדיוק הרוחבי של ענן נקודות השחזור התלת מימדי, יש צורך להתאים את תקופת השוליים כדי שתהיה קרובה לרזולוציה הרוחבית של המיקרוסקופ. בשלב זה, ניתן לחשב את זווית ההפרעה המקסימלית של שתי הקרניים מהצמצם המספרי NA של עדשת האובייקטיב.
לפי הפרמטרים של עדשת האובייקטיב של המיקרוסקופ המשמשת במערכת (100, NA=0.8), זווית ההפרעה המרבית של הקרניים הכפולות היא 106 מעלות, ורזולוציית המערכת המחושבת לפי קריטריון ריילי היא 406nm. בניסוי, תקופת השוליים המינימלית שניתן לכוונן היא 452 ננומטר, מה שמצביע על כך שבתוך תקופת שוליים, יש קשר תואם בין הסטת הפאזה לגובה של נקודת פיקסל אחת לפחות, כלומר הדיוק הרוחבי של המשוחזר. ענן נקודות הוא 452nm, שזה קרוב לרזולוציית ההדמיה של המערכת. בשל תקופת השוליים הקטנים, העיוות של השוליים רגיש יותר מזה של השוליים הגדולים, ולכן יש לו דיוק צירי גבוה יותר. מבחינת התאמת פאזה, התאבכות סריקת האור הלבן צריכה להזיז את עדשת אובייקטיבי ההפרעות בכיוון הצירי בעזרת מכשיר פיזואלקטרי, ולאחר מכן להתאים את הפאזה על ידי כיול אפס הפרש הנתיב האופטי בכל תמונה סורקת, כך שיש שגיאה מסוימת בערך הפאזה. במערכת שלנו, התאמת הפאזה מתממשת על ידי שליטה בפיקסלים על מאפנן האור המרחבי ללא מכשיר סריקה, כך שיש לו דיוק כוונון פאזה גבוה יותר. על בסיס זה, שיטת שינוי הפאזה משמשת לחישוב ערך אפנון הפאזה של כל נקודה בתמונה. ניתן להשיג את תוצאות השחזור התלת-ממדיות ברזולוציה צידית גבוהה תחת אלגוריתם השחזור המהיר יותר.
אלגוריתם שחזור
במאמר זה, נעשה שימוש בשיטת הסטת פאזה בארבעה שלבים לשחזור קו המתאר התלת מימדי של המדגם הנמדד, המחולק לשלושה שלבים: עיבוד מקדים של תמונה, מיצוי תמונה של אפנון פאזה וסינון נקודות רעש. להלן ייקח את מודול השוואת החספוס עם Ra=100nm כדוגמה כדי להסביר את האלגוריתם המשמש בכל שלב. 2.1 עיבוד מקדים של תמונה מאחר שמערכת ההדמיה משתמשת בתאורת לייזר, ההשפעה של כתמי לייזר על דפוס ההפרעות היא בלתי נמנעת. בתהליך העיבוד המקדים של שולי ההפרעות, נייר זה משתמש במסנן סגלגל נמוך, כך שרדיוס הסינון לאורך כיוון השוליים בתחום התדר של התמונה הוא פי שניים מהכיוון האנכי של השוליים. תבנית השוליים מופיעה כשני נקודות בהירות סימטריות מרכזיות בתחום התדר, וכיוון הקו המחבר בין שתי הנקודות מאונך לכיוון השוליים, וכיוון הקו המחבר נקבע כציר הארוך של האליפסה. מכיוון שתקופת השוליים קרובה לרזולוציית התמונה, הציר הראשי מוגדר להיות כפול ממרחק של 2 נקודות בהירות, והציר המיני שווה למרחק של 2 נקודות. עיצוב כזה יכול להפחית את ההשפעה של רעש כתמים בפתרון הפאזה היחסית מחד, ומאידך, יכול למנוע את סינון המידע המודולציה בדפוס ההפרעות עד כמה שניתן. מוצגות תוצאות העיבוד תחת שיטות הסינון האיזוטרופי והאניזוטרופי, ההשוואה יכולה להפחית את הרעש של התמונה לאורך כיוון השוליים, תוך שמירה על העיוות של השוליים.
