Scanner med hvidt lys - White light scanner

Image
Figur 1. Lunate celler fra Nepenthes khasiana visualiseret ved scanning af hvidt lysinterferometri (SWLI).

En scanner med hvidt lys ( WLS ) er en enhed til at udføre overfladehøjdemålinger af et objekt ved hjælp af kohærensscanningsinterferometri ( CSI ) med spektralt bredbånd, "hvidt lys" -belysning. Forskellige konfigurationer af scanningsinterferometer kan bruges til at måle makroskopiske objekter med overfladeprofiler, der måler i centimeterområdet, til mikroskopiske objekter med overfladeprofiler, der måler i mikrometerområdet . For ikke-interferometriske målesystemer i stor skala, se 3D-scanner med struktureret lys .

Beskrivelse

Image
Figur 2. Fil: Twyman-Green interferometer opsat som en hvid lysscanner

Lodret scanninginterferometri er et eksempel på interferometri med lav kohærens, der udnytter den lave kohærens af hvidt lys. Interferens opnås kun, når støjlængden forsinkelser af interferometeret matches inden for sammenhængstiden for lyskilden. VSI overvåger frynsekontrasten snarere end frynsernes form.

Fig. 2 illustrerer et Twyman – Green interferometer opsat til scanning af hvidt lys af en makroskopisk genstand. Lys fra testprøven blandes med reflekteret lys fra referencespejlet for at danne et interferensmønster. Frynser vises kun i CCD-billedet, hvor de optiske kurslængder adskiller sig med mindre end halvdelen af ​​kohærenslængden af ​​lyskilden, som generelt er i størrelsesordenen mikrometer. Interferenssignalet (korrelogram) registreres og analyseres, når enten prøven eller referencespejlet scannes. Fokuspositionen for ethvert bestemt punkt på overfladen af ​​prøven svarer til punktet med maksimal frynsekontrast (dvs. hvor moduleringen af ​​korrelogrammet er størst).

Fig. 3 illustrerer et interferometrisk mikroskop med hvidt lys ved anvendelse af et Mirau-interferometer i målet. Andre former for interferometer brugt med hvidt lys inkluderer Michelson interferometeret (for mål med lav forstørrelse, hvor referencespejlet i et Mirau-mål ville afbryde for meget af blænden) og Linnik-interferometeret (for mål med høj forstørrelse med begrænset arbejdsafstand). Målet (eller alternativt prøven) bevæges lodret over prøveens fulde højdeområde, og placeringen af ​​maksimal frynsekontrast findes for hver pixel.

Den største fordel ved interferometri med lav kohærens er, at der kan designes systemer, der ikke lider af 2 pi-tvetydigheden af ​​kohærent interferometri, og som det ses i fig. 1, der scanner et 180 μm × 140 μm × 10 μm volumen, er det velegnet til profilering af trin og ru overflader. Systemets aksiale opløsning bestemmes af lyskildens kohærenslængde og ligger typisk i mikrometerområdet. Industrielle applikationer omfatter overflademetrologi , ruhedsmåling, 3D-overflademetrologi i vanskeligt tilgængelige områder og i fjendtlige miljøer, profilometri af overflader med høje aspektforholdsfunktioner (riller, kanaler, huller) og måling af filmtykkelse (semi leder og optisk industri osv.).

Teknisk

Image
Figur 3. Interferometrisk mikroskop med hvidt lys

Hvidt lys-interferometri-scanning (WLS) -systemer registrerer intensitetsdata i en række positioner langs den lodrette akse og bestemmer, hvor overfladen er placeret ved hjælp af formen af ​​det hvide lys-interferogram, den lokale fase af interferogrammet eller en kombination af både form og fase. Det hvide lys-interferogram består faktisk af overlejringen af ​​frynser, der genereres af flere bølgelængder, hvilket opnår maksimal frynsekontrast som en funktion af scanningspositionen, dvs. den røde del af objektstrålen interfererer med den røde del af referencestrålen , den blå interfererer med det blå og så videre. I et WLS-system scannes et billeddannende interferometer lodret for at variere den optiske stiforskel . Under denne proces dannes en række interferensmønstre ved hver pixel i instrumentets synsfelt . Dette resulterer i en interferensfunktion, hvor interferens varierer som en funktion af den optiske stiforskel. Dataene lagres digitalt og behandles på forskellige måder afhængigt af systemproducenten, herunder Fourier-transformeret til frekvensrum, underlagt krydskorrelationsmetoder eller analyse i det rumlige domæne.

Hvis der anvendes en Fourier-transformation, udtrykkes de originale intensitetsdata i form af interferensfase som en funktion af bølgetal. Bølgetal k er en repræsentation af bølgelængde i det rumlige frekvensdomæne, defineret af k = 2π / λ. Hvis fase er afbildet versus bølgetal, svarer funktionens hældning til den relative ændring i gruppehastighed optisk stiforskel DG ved Dh = D G / 2n G, hvor n G er gruppehastighedsindeks for brydning . Hvis denne beregning udføres for hver pixel, fremkommer et tredimensionelt overfladehøjdekort fra dataene.

I den egentlige måleproces øges den optiske sti-forskel støt ved at scanne målet lodret ved hjælp af et præcis mekanisk trin eller en piezoelektrisk positioner. Interferensdata fanges ved hvert trin i scanningen. Faktisk fanges et interferogram som en funktion af lodret position for hver pixel i detektorarrayet. For at gennemsøge den store mængde data, der er erhvervet over lange scanninger, kan der anvendes mange forskellige teknikker. De fleste metoder tillader instrumentet at afvise rådata , der ikke udviser tilstrækkelig signal-til-støj. Intensitetsdataene som en funktion af den optiske stiforskel behandles og konverteres til højdeinformation i prøven.

Referencer

eksterne links