Mitteparalleelse valguse interferomeetrilise valgustusmikroskoobi kolmemõõtmelise kuju tuvastamise uurimine
Masinatööstuse ja elektroonikatööstuse kiire areng on seadnud kõrgemad nõuded mikroskoopilise morfoloogia tuvastamise tehnoloogiale. Praegu saab kolmemõõtmelise kuju tuvastamise jagada kahte kategooriasse: kontakt ja mittekontaktne. Kontaktmeetod viitab peamiselt pliiatsimeetodile. Selle põhimõte on muuta väike nihe pliiatsi vertikaalsuunas elektriliseks signaaliks ja võimendada seda, et saada tuvastamispinna kolmemõõtmeline kujujaotus. Kontaktivabad tuvastamismeetodid hõlmavad peamiselt kiire teravustamise meetodit, struktureeritud valguse projektsiooni meetodit ja interferomeetriat. Kiire teravustamise meetod kasutab fokuseeritud valguspunkti optilise sondina, et skaneerida tuvastuspinda, et saada kolmemõõtmelisi andmeid. Selle meetodi abil saab teostada keerukate kontuuride kolmemõõtmelist tuvastamist, kuid mõõtmiskiirus on aeglane. Interferomeetria ja struktureeritud valguse projektsioonimeetodid tuvastavad pinnakontuure ääredeformatsioonide lahendamise teel, kus interferomeetria kasutab kiudude koherentsuse või paralleelkiire koherentsuse põhimõtet, sealhulgas laserinterferomeetria ja valge valguse skaneerimise interferomeetria. Kiudoptilise koherentsuse kasutamisel peab see tegema koostööd suure töökaugusega objektiiviga, mis piirab objektiivi suurendust. Valge valguse skaneerimise interferomeetria kasutab valgusallikana laia spektriga valget valgust ja kasutab paralleelse kiire koherentsuse põhimõtet. Ühe mõõtmise viga jääb 20 nm piiresse. Teave, nagu kontrast ja valguse intensiivsus, määravad mõõdetava pinna absoluutse sügavuse. Struktureeritud valguse projitseerimismeetod väldib skaneerimisseadmete kasutamist ja omab kõige kiiremat rekonstrueerimiskiirust. Kui aga projektsioonitasandi ja lavatasandi vahel on nurk, tuleb ääreperioodi korrigeerida, mistõttu see meetod ei sobi submikronilise täpsusega morfoloogia jaoks. Mõõtmine Käesolevas töös on kombineeritud struktureeritud valguse projektsiooni meetodi ja paralleelse valguse interferomeetria meetodi eelised, valguskiir hajutatakse ruumilise valguse modulaatoriga ning ääriste tekitamiseks kasutatakse kahte difraktsioonijärku tiheda valguse intensiivsusega. Reguleerib äärefaasi. Kuna välditakse skaneerimisseadmete ja võrdlustasapindade kasutamist, ei nõua pakutud meetod interferentsiobjektiivide kasutamist ega piira kasutatavate objektiivide numbrilist ava, rekonstrueerimisprotsess on kiire ja võimalik saavutada suurem külglahutusvõime. Lisaks, kuna ääred tekivad valguskiire interferentsiga, jaotub faas pikslikoordinaatidega lineaarselt ja projektsioonimeetodis ei esine perioodilisi ääremuutusi. Lõpuks kasutatakse selles artiklis katsete läbiviimiseks kareduse võrdlusmoodulit, mille Ra on 100 nm. Kolmemõõtmelise punktipilve saamiseks testitava proovi pinnal kasutatakse neljaastmelist faasinihke meetodit. Punktide vaheline tegelik suhteline kõrgus.
Eksperimentaalne valgustee
See on käesolevas artiklis pakutud mitteparalleelse valguse interferentsi valgustusmikroskoobi valgustee diagramm. Laserkiir siseneb mikroskoobi kiirt jagavasse prismasse läbi kiire laiendaja L3, ruumilise valguse modulaatori ja teravustamisläätse L2, moodustades mikroskoobisüsteemi valgustusvalguse tee. Ruumilise valguse modulaator saab moduleerida langeva valguse amplituudi vastavalt üleslaaditud pildile. Kui üleslaaditud kujutis on ääreala, on selle funktsioon samaväärne peegeldava võrega, mis reguleerib ruumilise valguse modulaatori läbipainde nii, et kaks sarnase valguse intensiivsusega hajutatud valguskiirt sisenevad pärast mikroskoobi objektiivi fokuseerimist dikrootilisse prismasse, häirib mõõdetud proovi pinda, moodustades interferentsi narmad.
Ruumiline valgusmodulaator on süsteemi tuumseade ning äärise perioodi ja faasi saab täpselt moduleerida, muutes katse ajal üleslaaditud ääremustrit. Tavaliselt on 3D-rekonstrueerimise punktipilve külgmise täpsuse parandamiseks vaja reguleerida ääreperioodi, et see läheks mikroskoobi külglahutusvõimele. Sel ajal saab kahe kiire maksimaalse interferentsinurga arvutada objektiiviläätse numbrilise ava NA järgi.
Vastavalt süsteemis kasutatava mikroskoobi objektiivi parameetritele (100 , NA=0.8) on topeltkiirte maksimaalne interferentsnurk 106 kraadi ja Rayleighi kriteeriumi järgi arvutatud süsteemi eraldusvõime on 406 nm. Katses on minimaalne reguleeritav äärisperiood 452 nm, mis näitab, et ääreperioodi sees on vastav seos faasinihke ja vähemalt ühe pikslipunkti kõrguse vahel, st rekonstrueeritava külgmise täpsuse vahel. punktipilv on 452 nm, mis on lähedane süsteemi kujutise eraldusvõimele. Väikese äärise perioodi tõttu on ääre deformatsioon tundlikum kui suure perioodiga servade deformatsioon, seega on sellel suurem aksiaalne täpsus. Faasi reguleerimise osas peab valget valgust skaneeriv interferomeetria nihutama piesoelektrilise seadme abil interferentsiobjektiivi läätse aksiaalsuunas ja seejärel sobitama faasi, kalibreerides iga skaneeritava kujutise optilise tee nulli erinevust, nii et teatud viga faasi väärtuses. Meie süsteemis toimub faasi reguleerimine ruumilise valguse modulaatori pikslite juhtimisega ilma skaneerimisseadmeta, seega on sellel suurem faasi reguleerimise täpsus. Selle põhjal kasutatakse pildi iga punkti faasimodulatsiooni väärtuse arvutamiseks faasinihke meetodit. Suure külgeraldusvõimega 3D-rekonstrueerimise tulemusi saab saada kiirema rekonstrueerimisalgoritmi abil.
rekonstrueerimise algoritm
Käesolevas artiklis kasutatakse neljaastmelist faasinihke meetodit mõõdetud proovi kolmemõõtmelise kontuuri rekonstrueerimiseks, mis jaguneb kolmeks etapiks: pildi eeltöötlus, faasimodulatsiooniga kujutise eraldamine ja mürapunktide filtreerimine. Järgnevalt võetakse igas etapis kasutatava algoritmi selgitamiseks näidisena kareduse võrdlusmoodul koos Ra=100nm-iga. 2.1 Kujutise eeltöötlus Kuna pildistamissüsteem kasutab laservalgustust, on laseri täppide mõju häiremustrile vältimatu. Häireribade eeltöötlemisel kasutatakse selles paberis elliptilist madalpääsfiltrit, nii et filtreerimisraadius piki servasuunda pildi sageduspiirkonnas on kaks korda suurem servade vertikaalsuunast. Ääremuster ilmub sageduspiirkonnas kahe kesksümmeetrilise ereda laiguna ja kahe punkti vahelise ühendusjoone suund on risti ääre suunaga ning ühendusjoone suund on seatud sageduspiirkonna pikiteljeks. ellips. Kuna ääreperiood on pildi eraldusvõimele lähedane, on suurtelg seatud kahekordseks kauguseks 2 ereda laiguga ja kõrvaltelg on võrdne 2 punkti kaugusega. Selline konstruktsioon võib ühelt poolt vähendada täpimüra mõju suhtelises faasilahenduses ja teisest küljest vältida häiremustri modulatsiooniteabe nii palju kui võimalik väljafiltreerimist. Näidatud on töötlemistulemused isotroopse ja anisotroopse filtreerimise meetodil, võrdlus võib vähendada pildi müra piki serva suunda, säilitades samas serva deformatsiooni.
