Optical design and development of a micromirror based high accuracy confocal microscope
Yüksek dogruluklu mikro ayna dizinli konfokal mikroskobun dizayni ve geliştirilmesi
- Tez No: 252184
- Danışmanlar: PROF. DR. A. TALHA DİNİBÜTÜN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Mikroelektronik ve hassas mühendislik yüzeylerinin imalatında mikrometre venanometre seviyelerinde dogruluga sahip hassas temassız ölçme cihazlarınaduyulan ihtiyaç uzun zamandır bilinen ve kabul edilmiş bir gerçektir. Optikölçme teknikleri son yıllarda önemli bir ilerleme kaydetmiş ve hassasiyetleritemaslı ölçüm cihazları kadar yüksek hale ulaştırılmıştır. Bu yeni optik ölçmetekniklerinden birisi de Konfokal mikroskopdur.Ilk defa Minsky tarafindan geliştirilen konfokal mikroskop son yıllarda, bilgisayarsistemlerinin de gelişmesi ile, yüzey ölçümlerinde giderek daha önemli bir cihazhaline gelmiştir. Konfokal mikroskobun temel çalısma prensibi, nokta ışıkkaynagının optik sistem sayesinde mikroskop objektifinin fokusunda yer alanobjenin üzerine görüntülenmesidir. Obje tam olarak sistemin fokus mesafesindeyer aldıgı zaman bu detektör üzerinde maksimum sinyalin elde edilmesine nedenolur. Eger obje fokus mesafesinin dısında ise sinyalde siddetli bir azalma görülür.Konfokal mikroskobun klasik mikroskopiye göre bir diger avantajı ise yatayrezülüsyon üstünlügüdür. Düşey (z) yönünde gerçeklestirilen tarama uygulamasıile de konfokal mikroskop ile gerçek zamanlı ölçümler mümkün olabilmektedir.Konfokal mikroskopun farklı dizaynları bulunmaktadır, bu tez çalısmasındaDMD'nin (Digital Micromirror Device, Dijital mikroayna dizini) konfokalmikroskopa adaptasyonu çalışması yapılmıştır. DMD, 16 ?m×16 ?m boyutunda,her biri kendi çapraz ekseni üzerinde ±10_ dönme kabiliyetine sahip iki boyutluayna dizinidir. Bu özelligi her bir aynanın gerektiginde ışıgı optik sisteminiçine, gerektiginde ise bir ışık tuzagına gönderilmesini saglayan bir“on / off”anahtar vazifesi görebilmektedir. Herbir aynanın bilgisayar yardımı ile birbirindenbagımsız olarak programlanabilmesi yüzey tarama islemi sırasında istenilenbüyüklükte nokta kaynak ve istenilen yüzey tarama seklinin oluşturulmasınaavantaj saglar. Yansıtılan görüntü, ayna yapısının bir fonksiyonu olan gürültüve kayıpları da içermektedir. Deneyler bu kayıpların %10 civarında oldugunugöstermiştir.Bu tezde, nokta deliginin büyüklügünün yanı sıra bütün optik sapmalararaştırılmış ve DMD esaslı optik sistem gelistirilmiştir. Bu çalısma ve sonuçlarıBölüm 2 ve Bölüm 3' de detaylı olarak tartışılmıştır. Optik dizayn ve simülasyonsonuçlarına dayanan deneysel çalısma ve geliştirilen sistemin kapasitesi Bölüm 4'de ispat edilmiştir. Elde edilen sonuçlar Bölüm 5' de tartışılmıştır. Son olarak DMD'ninkonfokal mikroskop uygulamalarına adaptasyonu gerçekleştirilmistir. Bu çalısma ileyeni bir konfokal sistem oluşturulmuş ve kapasitesi ispatlanmiştir. Gerçekleştirilenbu adaptasyon çalışması bizi masksiz baskili devre imalatı gibi yeni DMD uygulamaalanlarına yönlendirmektedir.
Özet (Çeviri)
The need for fast, non-contact and precise metrology systems in the micrometerand nanometer range has long been acknowledged as an important requirementin the production of the fine machined surfaces and microelectronics. Opticaltechnologies have made a lot of progress in the last few years and some of themare now as accurate as high grade stylus profilometers. One of the non-contactsystem is confocal microscope.In recent years the technique of confocal microscopy, which first described byMinsky, has become a more and more powerful tool for surface characterization,in parallel with the development of computer based image processing systems.The basic principle of confocal microscopy, light emitted from point light sourceis imaged onto object focal plane of a microscope objective. When a specimenposition in focus leads to maximum intensity at detector pinhole. The depthdiscriminated detector signal is limits by the pinhole size is reduced strongly whenobject is defocused. One of the other significant advantage of confocal microscopyagainst the classical light microscopy is that the lateral resolution is significantlygreater. Also optical sectioning allows the determination of z coordinates in realtime.Various designs of confocal microscope are possible, this thesis describesadaptation of Digital micromirror arrays (DMD)to confocal microscopy. DMD isa planar array of 16 ?m×16 ?m mirrors that are bistable at ±10_ normal to chip.Each individual mirror acts as an“on/off”switch by either reflecting light towardsthe optical system or by reflecting light into light trap. DMD unit refreshed atvideo rate. By controlling the video signal delivered from PC, individual mirrorscan be set to their“on/off”position creating any arbitrary pattern of pixels onthe chip. The design of DMD allows us project of an arbitrary pixelated imageonto object. The reflected image is contain noise and losses that are the functionof chip geometry. Experiments show us that the losses are around 10%.In this thesis beside the effect of the pinhole size, all optical aberrations werestudied and DMD based systems optical system were developed. This items werediscussed in detail in Chapter 2 and Chapter 3. Further experimental setup whichis based on the optical design and simulations and capability of the developedsystem were further proved in Chapter 4. The obtained results were discussed inChapter 5.Finally the adaptation of DMD unit for confocal applications were proved.With this study a new type of confocal system built and it capabilities proved.This adaptation process leads us further DMD applications in the direction of lithographyapplications where the DMD unit can be used for optical masklessapplications
Benzer Tezler
- Opto-mechanical design and development of an optodigital confocal microscope
Optodijital konfokal mikroskopun opto-mekanik tasarım ve geliştirmesi
VAHİD POURREZA GHOUSHCHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER KİRAZ
- Instrumentation of an opto-digital confocal microscope and development of a dmd-based imaging setup
Opto-sayısal konfokal mikroskop enstrümantasyonu ve sayısal mikroayna temelli görüntüleme düzeneği kurulumu
BERK ZENGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER KİRAZ
- Geniş boyutlu dedektörlere uygun, kademeli büyütmeye sahip kısa kızılötesi dalgaboylu objektif tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of discrete zoom swir lens system for large detector formats
BARIŞ TANYELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRAN SAĞLAM
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR SELİMOĞLU
- Laser scanning based autostereoscopic 3D display
Lazer tarama temelli gözlük gerektirmeyen üç boyutlu görüntüleme sistemi
ERDEM ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ÜREY
- Optical sensor design and development for identification of fluids using nanotags
Nano etiketler ile işaretlenmiş sıvıların tanınması için optik sensör tasarımı ve gliştirilmesi
BAŞARBATU CAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ÜREY