Skanner för vitt ljus

Figur 1. Lunate celler av Nepenthes khasiana visualiserade med Scanning White Light Interferometry (SWLI).

En vitljusskanner ( WLS ) är en anordning för att utföra ythöjdsmätningar av ett objekt med hjälp av koherensavsökningsinterferometri ( CSI ) med spektralt bredbandig "vitt ljus"-belysning. Olika konfigurationer av avsökningsinterferometer kan användas för att mäta makroskopiska objekt med ytprofiler som mäter i centimeterområdet, till mikroskopiska föremål med ytprofiler som mäter i mikrometerområdet . För storskaliga icke-interferometriska mätsystem, se strukturerad ljus 3D-skanner .

Beskrivning

Figur 2. File:Twyman-Green interferometer inställd som en skanner för vitt ljus

Vertikal scanningsinterferometri är ett exempel på lågkoherensinterferometri, som utnyttjar den låga koherensen hos vitt ljus. Interferens kommer endast att uppnås när väglängdsfördröjningarna för interferometern matchas inom ljuskällans koherenstid. VSI övervakar franskontrasten snarare än formen på fransarna.

Fig. 2 illustrerar en Twyman-Green interferometer som är inställd för vitljusskanning av ett makroskopiskt objekt. Ljus från testexemplaret blandas med ljus som reflekteras från referensspegeln för att bilda ett interferensmönster. Fransar uppträder i CCD-bilden endast där de optiska väglängderna skiljer sig med mindre än halva koherenslängden hos ljuskällan, vilket vanligtvis är i storleksordningen mikrometer. Interferenssignalen (korrelogram) registreras och analyseras när antingen provet eller referensspegeln skannas. Fokuspositionen för en viss punkt på provets yta motsvarar punkten för maximal franskontrast (dvs. där moduleringen av korrelogrammet är störst).

Fig. 3 illustrerar ett interferometriskt mikroskop med vitt ljus som använder en Mirau-interferometer i objektivet. Andra former av interferometer som används med vitt ljus inkluderar Michelson-interferometern (för lågförstoringsobjektiv, där referensspegeln i ett Mirau-objektiv skulle avbryta för mycket av bländaren) och Linnik-interferometern (för högförstoringsobjektiv med begränsat arbetsavstånd). Objektivet (eller alternativt provet) flyttas vertikalt över hela höjdområdet för provet, och positionen för maximal franskontrast hittas för varje pixel.

Den främsta fördelen med lågkoherensinterferometri är att system kan designas som inte lider av 2 pi-tvetydigheten hos koherent interferometri, och som ses i Fig. 1, som skannar en 180 μm × 140 μm × 10 μm volym, är det väl lämpad för profilering av steg och grova ytor. Systemets axiella upplösning bestäms av ljuskällans koherenslängd och ligger vanligtvis inom mikrometerområdet. ytmetrologi under process , råhetsmätning, 3D-ytmetrologi i svåråtkomliga utrymmen och i fientliga miljöer, profilometri av ytor med funktioner med högt bildförhållande (spår, kanaler, hål) och filmtjockleksmätning (semi- konduktör och optisk industri, etc.).

Teknisk

Figur 3. Interferometriskt mikroskop för vitt ljus

White-light interferometry scanning-system (WLS) fångar intensitetsdata vid en serie positioner längs den vertikala axeln och bestämmer var ytan är belägen genom att använda formen på vitljusinterferogrammet, den lokaliserade fasen av interferogrammet eller en kombination av både form och fas. Interferogrammet för vitt ljus består i själva verket av överlagring av fransar som genereras av flera våglängder, vilket ger toppfranskontrast som en funktion av skanningsposition, det vill säga att den röda delen av objektstrålen stör den röda delen av referensstrålen , den blå interfererar med det blå och så vidare. I ett WLS-system skannas en bildinterferometer vertikalt för att variera den optiska vägskillnaden . Under denna process bildas en serie interferensmönster vid varje pixel i instrumentets synfält . Detta resulterar i en interferensfunktion, med interferens som varierar som en funktion av optisk vägskillnad. Data lagras digitalt och bearbetas på en mängd olika sätt beroende på systemtillverkaren, inklusive att Fourier-transformeras till frekvensutrymme, föremål för korskorrelationsmetoder, eller analys i den rumsliga domänen.

Om en Fouriertransform används, uttrycks de ursprungliga intensitetsdata i termer av interferensfas som en funktion av vågnummer. Vågnummer k är en representation av våglängden i den rumsliga frekvensdomänen, definierad av k = 2π/λ. Om fasen plottas mot vågnummer, motsvarar lutningen för funktionen den relativa förändringen i grupphastighets optiska vägskillnad DG med Dh = DG / 2n G där nG är grupphastighetsindex för brytning . Om denna beräkning utförs för varje pixel framträder en tredimensionell ythöjdskarta från datan.

I själva mätprocessen ökas den optiska vägskillnaden stadigt genom att skanna objektivet vertikalt med hjälp av ett precisionsmekaniskt steg eller piezoelektrisk positionerare. Störningsdata fångas upp vid varje steg i skanningen. I själva verket fångas ett interferogram som en funktion av vertikal position för varje pixel i detektormatrisen. För att sålla igenom den stora mängden data som samlas in under långa skanningar kan många olika tekniker användas. De flesta metoder tillåter instrumentet att avvisa rådata som inte uppvisar tillräckligt med signal-till-brus. Intensitetsdata som en funktion av den optiska vägskillnaden bearbetas och omvandlas till höjdinformation för provet.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=White_light_scanner&oldid=1117788592 "