غیر متوازی روشنی انٹرفیومیٹرک الیومینیشن مائکروسکوپ کی سہ جہتی شکل کی کھوج پر تحقیق
مشینری مینوفیکچرنگ اور الیکٹرانکس کی صنعت کی تیز رفتار ترقی نے مائکروسکوپک مورفولوجی کا پتہ لگانے والی ٹیکنالوجی کے لئے اعلی ضروریات کو آگے بڑھا دیا ہے۔ فی الحال، تین جہتی شکل کا پتہ لگانے کو دو قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: رابطہ اور غیر رابطہ۔ رابطے کا طریقہ بنیادی طور پر اسٹائلس طریقہ سے مراد ہے۔ اس کا اصول یہ ہے کہ اسٹائلس کی عمودی سمت میں چھوٹے نقل مکانی کو برقی سگنل میں تبدیل کیا جائے اور اسے بڑھایا جائے، تاکہ پتہ لگانے کی سطح کی سہ جہتی شکل کی تقسیم حاصل کی جا سکے۔ غیر رابطہ کا پتہ لگانے کے طریقوں میں بنیادی طور پر بیم فوکس کرنے کا طریقہ، اسٹرکچرڈ لائٹ پروجیکشن کا طریقہ اور انٹرفیومیٹری شامل ہیں۔ بیم فوکس کرنے کا طریقہ تین جہتی ڈیٹا حاصل کرنے کے لیے پتہ لگانے کی سطح کو اسکین کرنے کے لیے آپٹیکل پروب کے طور پر فوکسڈ لائٹ اسپاٹ کا استعمال کرتا ہے۔ یہ طریقہ پیچیدہ شکلوں کا سہ جہتی پتہ لگا سکتا ہے، لیکن پیمائش کی رفتار سست ہے۔ انٹرفیرومیٹری اور سٹرکچرڈ لائٹ پروجیکشن کے طریقے کنارے کی خرابیوں کو حل کرکے سطح کی شکلوں کا پتہ لگاتے ہیں، جہاں انٹرفیومیٹری فائبر کوہرنس یا متوازی بیم ہم آہنگی کے اصول کو استعمال کرتی ہے، بشمول لیزر انٹرفیومیٹری اور وائٹ لائٹ اسکیننگ انٹرفیومیٹری۔ آپٹیکل فائبر ہم آہنگی کا استعمال کرتے وقت، اسے بڑے کام کے فاصلے کے ساتھ مقصدی لینس کے ساتھ تعاون کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جو مقصدی لینس کی میگنیفیکیشن کو محدود کرتا ہے۔ وائٹ لائٹ اسکیننگ انٹرفیومیٹری وسیع اسپیکٹرم سفید روشنی کو الیومینیشن سورس کے طور پر استعمال کرتی ہے اور متوازی بیم ہم آہنگی کے اصول کو استعمال کرتی ہے۔ ایک پیمائش کی غلطی 20nm کے اندر ہے۔ اس کے برعکس اور روشنی کی شدت جیسی معلومات ناپی جانے والی سطح کی مطلق گہرائی کا تعین کرتی ہیں۔ سٹرکچرڈ لائٹ پروجیکشن کا طریقہ اسکیننگ ڈیوائسز کے استعمال سے گریز کرتا ہے اور اس میں تعمیر نو کی تیز ترین رفتار ہوتی ہے۔ تاہم، جب پروجیکشن ہوائی جہاز اور اسٹیج ہوائی جہاز کے درمیان کوئی زاویہ ہوتا ہے، تو کنارے کی مدت کو درست کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے یہ طریقہ ذیلی مائکرون سطح کی درستگی کی شکل کے لیے موزوں نہیں ہے۔ پیمائش اس مقالے میں، سٹرکچرڈ لائٹ پروجیکشن کے طریقہ کار اور متوازی لائٹ انٹرفیومیٹری طریقہ کے فوائد کو یکجا کیا گیا ہے، روشنی کی بیم کو مقامی روشنی ماڈیولیٹر کے ذریعے الگ کیا جاتا ہے، اور قریب روشنی کی شدت کے ساتھ دو ڈفریکشن آرڈرز کو کنارے پیدا کرنے میں مداخلت کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ کنارے کے مرحلے کو ایڈجسٹ کرتا ہے۔ چونکہ اسکیننگ ڈیوائسز اور ریفرنس طیاروں کے استعمال سے گریز کیا جاتا ہے، اس لیے مجوزہ طریقہ میں مداخلت کے مقاصد کے استعمال کی ضرورت نہیں ہے اور استعمال شدہ مقاصد کے عددی یپرچر پر کوئی پابندی نہیں ہے، تعمیر نو کا عمل تیز ہے، اور اعلی پس منظر کی ریزولوشن حاصل کی جا سکتی ہے۔ اس کے علاوہ، چونکہ کنارے ہلکے شہتیر کی مداخلت سے پیدا ہوتے ہیں، اس لیے مرحلے کو پکسل کوآرڈینیٹس کے ساتھ لکیری طور پر تقسیم کیا جاتا ہے، اور پروجیکشن کے طریقہ کار میں متواتر کنارے کی تبدیلیوں کا کوئی رجحان نہیں ہے۔ آخر میں، یہ کاغذ 100nm کے Ra کے ساتھ کھردری موازنہ ماڈیول کو تجربات کرنے کے لیے آزمائشی نمونے کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ ٹیسٹ شدہ نمونے کی سطح پر تین جہتی پوائنٹ کلاؤڈ حاصل کرنے کے لیے چار قدمی فیز شفٹ کا طریقہ استعمال کیا جاتا ہے۔ پوائنٹس کے درمیان حقیقی رشتہ دار اونچائی۔
تجرباتی روشنی کا راستہ
یہ اس مقالے میں تجویز کردہ غیر متوازی روشنی مداخلت الیومینیشن مائکروسکوپ کا لائٹ پاتھ ڈایاگرام ہے۔ لیزر بیم بیم ایکسپینڈر L3، مقامی روشنی ماڈیولیٹر اور فوکس کرنے والے لینس L2 کے ذریعے مائیکروسکوپ کے بیم اسپلٹنگ پرزم میں داخل ہوتا ہے، جو مائکروسکوپ سسٹم کے الیومینیشن لائٹ پاتھ کو تشکیل دیتا ہے۔ مقامی روشنی ماڈیولیٹر اپ لوڈ کردہ تصویر کے مطابق واقعہ کی روشنی کے طول و عرض کو ماڈیول کر سکتا ہے۔ جب اپ لوڈ کی گئی تصویر ایک کنارے ہوتی ہے، تو اس کا فنکشن ریفلیکٹو گریٹنگ کے مترادف ہوتا ہے، جو کہ مقامی روشنی کے ماڈیولیٹر کے انحراف کو ایڈجسٹ کرتا ہے تاکہ اسی طرح کی روشنی کی شدت کے ساتھ پھیلی ہوئی روشنی کے دو شہتیر ڈائیکروک پرزم میں داخل ہو جائیں، مائکروسکوپ آبجیکٹیو لینس کے ذریعے فوکس ہونے کے بعد، مداخلت کے کنارے بنانے کے لئے ماپا نمونے کی سطح کے ساتھ مداخلت کرتا ہے۔
مقامی لائٹ ماڈیولیٹر سسٹم کا بنیادی آلہ ہے، اور تجربے کے دوران اپ لوڈ کردہ فرنج پیٹرن کو تبدیل کرکے فرینج کی مدت اور مرحلے کو درست طریقے سے ماڈیول کیا جا سکتا ہے۔ عام طور پر، 3D تعمیر نو پوائنٹ کلاؤڈ کی پس منظر کی درستگی کو بہتر بنانے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ کنارے کی مدت کو ایڈجسٹ کیا جائے تاکہ اسے مائکروسکوپ کے پس منظر کے حل کے قریب بنایا جا سکے۔ اس وقت، دو شہتیروں کے زیادہ سے زیادہ مداخلت کے زاویے کو معروضی لینس کے عددی یپرچر NA سے شمار کیا جا سکتا ہے۔
سسٹم میں استعمال ہونے والے مائکروسکوپ آبجیکٹیو لینس کے پیرامیٹرز کے مطابق (100 , NA=0.8)، ڈبل بیم کا زیادہ سے زیادہ مداخلت کا زاویہ 106 ڈگری ہے، اور ریلے کے معیار کے حساب سے سسٹم ریزولوشن 406nm ہے۔ تجربے میں، کم از کم کنارے کی مدت جس کو ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے 452nm ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ ایک کنارے کی مدت کے اندر، فیز شفٹ اور کم از کم ایک پکسل پوائنٹ کی اونچائی کے درمیان ایک متعلقہ تعلق ہے، یعنی، تعمیر نو کی پس منظر کی درستگی پوائنٹ کلاؤڈ 452nm ہے، جو سسٹم کی امیجنگ ریزولوشن کے قریب ہے۔ چھوٹے کنارے کی مدت کی وجہ سے، کنارے کی خرابی بڑی مدت کے کنارے کے مقابلے میں زیادہ حساس ہے، لہذا اس میں زیادہ محوری صحت سے متعلق ہے. فیز ایڈجسٹمنٹ کے لحاظ سے، وائٹ لائٹ اسکیننگ انٹرفیومیٹری کو پیزو الیکٹرک ڈیوائس کی مدد سے انٹرفیریشن آبجیکٹیو لینس کو محوری سمت میں منتقل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، اور پھر ہر اسکیننگ امیج پر صفر آپٹیکل پاتھ فرق کو کیلیبریٹ کرکے فیز کو فٹ کرنا ہوتا ہے، لہذا وہاں موجود ہے۔ فیز ویلیو میں ایک خاص غلطی۔ ہمارے سسٹم میں، اسپیشل لائٹ ماڈیولر پر پکسلز کو اسکیننگ ڈیوائس کے بغیر کنٹرول کرکے فیز ایڈجسٹمنٹ کا احساس ہوتا ہے، اس لیے اس میں فیز ایڈجسٹمنٹ کی درستگی زیادہ ہوتی ہے۔ اس بنیاد پر، فیز شفٹ کا طریقہ تصویر پر ہر ایک پوائنٹ کی فیز ماڈیولیشن ویلیو کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ ہائی لیٹرل ریزولوشن کے ساتھ 3D تعمیر نو کے نتائج تیز تر تعمیر نو کے الگورتھم کے تحت حاصل کیے جا سکتے ہیں۔
تعمیر نو الگورتھم
اس مقالے میں، چار قدمی فیز شفٹ کا طریقہ استعمال کیا گیا ہے تاکہ ماپے گئے نمونے کے سہ جہتی سموچ کو دوبارہ تشکیل دیا جا سکے، جسے تین مراحل میں تقسیم کیا گیا ہے: امیج پری پروسیسنگ، فیز ماڈیولیشن امیج نکالنا، اور شور پوائنٹ فلٹرنگ۔ ذیل میں Ra=100nm کے ساتھ کھردری موازنہ ماڈیول کو بطور نمونہ ہر مرحلے میں استعمال ہونے والے الگورتھم کی وضاحت کے لیے لیا جائے گا۔ 2.1 امیج پری پروسیسنگ چونکہ امیجنگ سسٹم لیزر الیومینیشن کا استعمال کرتا ہے، اس لیے مداخلت کے انداز پر لیزر اسپیکل کا اثر ناگزیر ہے۔ مداخلت کے کنارے کو پہلے سے پروسیس کرنے کے عمل میں، یہ کاغذ بیضوی کم پاس فلٹر کا استعمال کرتا ہے، تاکہ تصویر کے فریکوئنسی ڈومین میں کنارے کی سمت کے ساتھ فلٹرنگ کا رداس کنارے کی عمودی سمت سے دوگنا ہو۔ فرینج کا نمونہ فریکوئنسی ڈومین میں دو سنٹر-سیڈمیٹریکل روشن دھبوں کے طور پر ظاہر ہوتا ہے، اور دو پوائنٹس کے درمیان جوڑنے والی لائن کی سمت کنارے کی سمت کے لیے کھڑی ہوتی ہے، اور کنیکٹنگ لائن کی سمت کو لمبے محور کے طور پر سیٹ کیا جاتا ہے۔ بیضوی چونکہ کنارے کا دورانیہ امیج ریزولوشن کے قریب ہے، اس لیے بڑے محور کو 2 روشن دھبوں کے فاصلے سے دوگنا مقرر کیا گیا ہے، اور معمولی محور 2 پوائنٹس کے فاصلے کے برابر ہے۔ اس طرح کا ڈیزائن ایک طرف متعلقہ مرحلے کے حل میں دھبے کے شور کے اثرات کو کم کر سکتا ہے، اور دوسری طرف، مداخلت کے پیٹرن میں ماڈیولیشن کی معلومات کو زیادہ سے زیادہ فلٹر ہونے سے بچا سکتا ہے۔ isotropic اور anisotropic فلٹرنگ کے طریقوں کے تحت پروسیسنگ کے نتائج دکھائے گئے ہیں، موازنہ کنارے کی خرابی کو برقرار رکھتے ہوئے، کنارے کی سمت کے ساتھ تصویر کے شور کو کم کر سکتا ہے۔
