Luận án Nghiên cứu phương pháp và xây dựng mô hình thiết bị đo cấu trúc hình học ba chiều bề mặt tế vi của chi tiết quang cơ theo nguyên lý giao thoa ánh sáng trắng

êu cự 9 mm do hãng Zygo chế tạo (Hình 3.3) được lựa 
chọn để xây dựng mơ hình thiết bị thực nghiệm. 
 Hình 3.3: Vật kính Mirau 20X 
 Với độ phĩng đại 20X, khẩu độ số 0,4, vật kính Mirau này cĩ độ phân 
giải ngang R, tính theo tiêu chuẩn Sparrow, với bước sĩng hoạt động 578 nm 
(xem Mục 3.3.2) là [42]: 
 0,47.
 R= = 0,68 m (3.1) 
 NA
 Lựa chọn cảm biến ảnh: Cảm biến ảnh sử dụng trong các hệ thống WLI 
là những cảm biến số hoạt động trong dải nhìn thấy, cĩ thể là loại CCD hoặc 
CMOS [44]. Việc lựa chọn các cảm biến ảnh cần căn cứ vào các tham số như: 
kích thước cảm biến, số lượng pixel, các đặc tuyến đáp ứng, độ phân giải, 
 55 
Kích thước cảm biến quyết định thị giới của hệ hiển vi tạo ảnh. Do yêu cầu đo 
được khu vực mẫu cĩ kích thước cỡ 0,3 mm (vì chiều dài chuẩn là 0,25 mm) 
thì khi dùng vật kính hiển vi 20X ta cần sử dụng cảm biến cĩ kích thước lớn 
hơn: 0,3 x 20 = 6 mm. Hơn nữa, theo lý thuyết lấy mẫu Nyquist- Shannon, để 
khai thác được hết độ phân giải quang học của vật kính hiển vi thì kích thước 
pixel của cảm biến ảnh phải khơng lớn hơn một nửa kích thước vết ảnh tạo bởi 
vật kính. Do kích thước vết ảnh tạo bởi vật kính hiển vi là 20 × 0,66 µm = 13,2 
µm nên ta chỉ cần dùng cảm biến cĩ kích thước điểm ảnh khơng lớn hơn 6,6 
µm là đáp ứng yêu cầu. Từ những phân tích trên và trong giới hạn điều kiện 
thực tế hiện cĩ, chúng tơi chọn cảm biến ảnh MN4110PA loại CMOS kết nối 
USB của hãng Panasonic để sử dụng. Cảm biến ảnh MN4110PA cĩ kích thước 
khu vực nhạy sáng thực tế là 6177,6 μm × 4650,4 μm, độ phân giải 1280 pixel 
x 720 pixel, kích thước điểm ảnh là 4,82 μm (giảm kích thước pixel nhỏ hơn 
nữa khơng làm tăng độ phân giải mà lại cĩ thể làm giảm độ nhạy và tăng mức 
nhiễu). 
 Khi sử dụng cảm biến ảnh này cùng với vật kính hiển vi độ phĩng đại 
20X, hệ thống thực nghiệm cho phép thu được hình ảnh giao thoa của bề mặt 
cĩ diện tích 308 μm × 173 μm, mỗi điểm ảnh trên cảm biến ứng với kích thước 
240 nm trên bề mặt mẫu đo. Thơng số này đáp ứng được yêu cầu về thị giới 
(kích thước vùng đo) và độ phân giải ngang của hệ thống. 
 Độ sâu trường dz của hệ quang tạo ảnh với các thành phần đã lựa chọn là 
[123]: 
 .n n 0,578.1 1
 d= + p = +4,82 4,2  m (3.2) 
 z NA2 M. NA 0,4 2 20.0,4
trong đĩ, n là chiết suất mơi trường, M là độ phĩng đại của vật kính, p là khoảng 
cách giữa các pixel của cảm biến ảnh p = 4,82 μm. Như vậy, độ sâu trường phù 
hợp với lựa chọn hệ dịch chuyển thơ (Mục 3.1.2). 
 56 
 Với những lựa chọn này, hệ thống quang học tạo ảnh đơn giản và cĩ giá 
thành thấp nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu đo cấu trúc 3D bề mặt chi tiết cơ khí 
chính xác và bề mặt quang học thơng dụng. 
 Tính tốn, phân tích và lựa chọn hệ chiếu sáng 
 Hệ chiếu sáng cĩ chức năng chiếu sáng mẫu cần đo, đảm bảo đủ cường độ 
sáng để quan sát mẫu qua hệ hiển vi. Đồng thời, ánh sáng từ hệ chiếu sáng cũng 
chính là nguồn tạo ra tín hiệu giao thoa. Việc chiếu sáng trong hiển vi giao thoa 
ánh sáng trắng phải đáp ứng các yêu cầu sau: 
 - Ánh sáng chiếu lên mẫu đo phải được phân bố đều, độ sáng cĩ thể điều 
chỉnh được để nhận được hình ảnh đủ sáng và cĩ độ tương phản tốt; 
 - Ảnh của nguồn sáng khơng lẫn vào hình ảnh giao thoa của bề mặt mẫu; 
 - Trong mặt phẳng mẫu đo, vùng chiếu sáng phải cĩ kích thước lớn hơn 
thị giới của kính hiển vi nhưng khơng quá lớn (để hạn chế tạp quang tán xạ bên 
trong hệ thống dẫn đến giảm độ tương phản của hình ảnh) 
 - Nguồn sáng cĩ bước sĩng phù hợp với dải phổ nhạy của cảm biến ảnh, 
cĩ phổ rộng và cĩ cường độ ổn định. 
 Một hệ chiếu sáng hiệu quả và được ứng dụng phổ biến trong các hệ kính 
hiển vi phản xạ nĩi chung, kính hiển vi giao thoa nĩi riêng là hệ chiếu sáng 
Kưhler, được phát minh từ năm 1893. Hệ chiếu sáng này cho phép tạo ra chùm 
sáng cĩ độ đồng đều cao, điều chỉnh được cường độ và đảm bảo ảnh của nguồn 
chiếu sáng khơng hiển thị trong hình ảnh của hệ hiển vi. 
 Các thành phần cơ bản của hệ chiếu sáng Kưhler được thể hiện trên Hình 
3.4, bao gồm: các thấu kính TK1 (thấu kính chuyển tiếp), TK2 (thấu kính thu), 
TK3 (thấu kính tụ), diaphragm khẩu độ để thay đổi cường độ chiếu sáng, 
diaphragm thị giới để thay đổi phạm vi chiếu sáng. Vị trí tương quan của các 
 57 
thấu kính và các diaphragm được bố trí như trên Hình 3.4. Điều đáng chú ý là 
hệ chiếu sáng phải được thiết lập để đảm bảo rằng ảnh của nguồn sáng được 
tạo ra trên đồng tử vào của vật kính hiển vi (đây cũng là vị trí tiêu diện sau của 
vật kính, do vật kính làm việc ở chế độ liên hợp vơ hạn) để đảm bảo chùm tia 
chiếu sáng đi ra từ vật kính hiển vi là chùm song song; ngồi ra, diaphragm thị 
giới phải được đặt sao cho ảnh của nĩ nằm trên mặt phẳng mẫu đo. 
 Hình 3.4: Sơ đồ hệ chiếu sáng Kưhler sử dụng trong hệ hiển vi giao thoa 
 Với nguyên lý và cách bố trí như trên, việc tính tốn một hệ chiếu sáng 
Kưhler đơn giản chỉ là xác định tiêu cự và đường kính cho các thấu kính TK1, 
TK2, TK3 để phù hợp với vật kính hiển vi đã chọn cĩ độ phĩng đại 20X, khẩu 
độ số 0,4 và vùng chiếu sáng cĩ đường kính trên 0,3 mm. 
 Thấu kính tụ (TK3) cần phải cĩ tiêu cự đủ để đặt tấm chia chùm nhưng 
khơng quá dài làm tăng kích thước của hệ chiếu sáng. Tham khảo một số hệ 
 58 
chiếu sáng tương tự trong kính hiển vi, chúng tơi chọn thấu kính TK3 cĩ tiêu 
cự f3 =75 mm và đường kính 25,4 mm của hãng Thorlabs (kí hiệu LB1901). 
 Với tiêu cự của vật kính hiển vi f0 = 9,0 mm, đường kính đồng tử của vật 
kính hiển vi là: 
 '
 DA3 2.. f 0 NA = 290,4 = 7,2( mm ) (3.3) 
 Ảnh của nguồn sáng cần lấp đầy đồng tử của vật kính hiển vi, vì thế đường 
kính diaphragm khẩu độ của hệ chiếu sáng sẽ là: 
 f 2
 DDAA2= 3 . (3.4)
 f 3
 Thấu kính TK2 cần cĩ khẩu độ đủ lớn (tỷ số f/D nhỏ) để thu nhận năng 
lượng sáng. Nhưng nếu khẩu độ quá lớn thì kết cấu của thấu kính sẽ phức tạp 
và tiêu cự sẽ ngắn dẫn tới kích thước diaphragm khẩu độ sẽ nhỏ, gây khĩ khăn 
cho việc hiệu chỉnh. Hơn nữa, với bố trí hệ quang như Hình 3.4, kích thước 
diaphragm khẩu độ bằng kích thước hiệu dụng của nguồn sáng, nên để sử dụng 
hiệu quả các nguồn sáng LED thương mại sẵn cĩ, kích thước diaphragm khẩu 
độ nên vào cỡ 3 – 5 mm. Để đồng thời thỏa mãn yêu cầu về khẩu độ, kích thước 
ngang và chiều dài hệ, chúng tơi chọn thấu kính TK2 cĩ tiêu cự 35 mm, đường 
kính 25,4 mm của hãng Thorlabs (kí hiệu LB1811). Khi đĩ, kích thước 
 f2 35
diaphragm khẩu độ (A2) sẽ là: DAA2= D 3. = 7,2 = 3,6( mm ) . 
 f3 75
 Đối với thấu kính TK1, do chức năng chính của nĩ là tập hợp năng lượng 
sáng phát ra từ nguồn và tập trung lên mặt phẳng diaphragm khẩu độ, nên cần 
cĩ khẩu độ lớn nhất cĩ thể. Để đảm bảo điều này, đồng thời để đảm bảo thuận 
lợi cho việc lắp ráp và phù hợp với điều kiện thí nghiệm sẵn cĩ, chúng tơi sử 
dụng thấu kính TK1 cĩ tiêu cự 25,4 mm, đường kính 25,4 mm của hãng 
Thorlabs (kí hiệu LB1761). 
 59 
 Với thơng số của các thấu kính như trên, kích thước mặt phát sáng của 
nguồn sáng sẽ cần phải khơng nhỏ hơn 3,6 mm để chùm sáng chiếu đầy đồng 
tử của vật kính hiển vi. 
 Đối với nguồn sáng, yêu cầu đầu tiên là phải cĩ phổ phát xạ rộng (chiều 
dài kết hợp của ánh sáng ngắn) để cĩ thể thu được vân giao thoa ánh sáng trắng; 
thêm vào đĩ, nguồn sáng cũng phải là một nguồn sáng rộng (về kích thước 
ngang). Cĩ nhiều loại nguồn sáng cĩ thể sử dụng như các nguồn nĩng sáng (đèn 
halogen và đèn hồ quang), nguồn huỳnh quang và LED [122]. Trong số đĩ, 
nguồn sáng LED cĩ nhiều ưu điểm nổi bật như nhỏ gọn, rẻ, tiêu thụ ít năng 
lượng, tuổi thọ cao, dễ sử dụng, cường độ bức xạ ổn định, và phù hợp trong các 
ứng dụng cần điều khiển tốc độ cao. Chúng ta cĩ thể dễ dàng điều khiển cường 
độ sáng của LED để cĩ thể thu được tín hiệu giao thoa tốt nhất. 
 Với yêu cầu nêu trên, chúng tơi đã chọn LED phát ánh sáng trắng cĩ kích 
thước vùng phát sáng lớn hơn 3,6mm × 3,6mm để sử dụng trong mơ hình thực 
nghiệm, cụ thể là nguồn sáng LED trắng Luxeon, cơng suất 10W. 
 Hình 3.5 thể hiện phổ phát xạ của nguồn sáng LED trắng mà chúng tơi sử 
dụng trong mơ hình. Phổ này được chúng tơi đo bằng máy đo quang phổ CCS 
200 của hãng Thorlab. Rõ ràng, phổ phát xạ của nguồn LED là rất rộng, trải 
trên tồn bộ vùng ánh sáng nhìn thấy. 
 Hình 3.5: Phổ phát xạ của nguồn sáng LED trắng 
 60 
 Với nguồn sáng LED trắng đã lựa chọn, chúng tơi sử dụng mạch điều 
khiển Arduino với các đầu ra được điều chế độ rộng xung (PWM) kết nối với 
mạch cơng suất để điều khiển nguồn sáng LED trong quá trình đo. Mơ đun điều 
khiển này được kết nối với máy tính cho phép điều khiển bật, tắt, thay đổi cường 
độ sáng thơng qua các phần mềm được lập trình trên máy tính và trên Arduino. 
 Để kiểm tra hoạt động và đánh giá chất lượng của hệ chiếu sáng, chúng 
tơi đã sử dụng phần mềm thiết kế quang học Zemax ở chế độ tính hệ quang 
khơng tuần tự để tính tốn, mơ phỏng quá trình truyền sáng của hệ chiếu sáng. 
Hình ảnh hệ chiếu sáng được mơ phỏng bằng phần mềm Zemax được thể hiện 
trên Hình 3.6. Ở đây, tấm chia chùm khơng được đưa vào mơ phỏng vì nĩ là 
tấm phẳng song song, chỉ làm giảm 50% độ rọi trên mặt phẳng mẫu mà khơng 
làm ảnh hưởng đến phân bố độ rọi. Do khơng cĩ thơng số kết cấu chi tiết của 
vật kính hiển vi giao thoa, ở đây chúng tơi sử dụng thơng số của vật kính hiển 
vi tương đương (cĩ độ phĩng đại 20X và khẩu độ số 0,4) để mơ phỏng. Bằng 
phương pháp mơ phỏng Monte Carlo, kết quả tính tốn bản đồ phân bố độ rọi 
tại mặt phẳng mẫu thu được như trên Hình 3.7. Ta thấy, tại mặt phẳng mẫu đo, 
phân bố độ rọi của chùm chiếu sáng là đồng đều trên diện tích mẫu cần đo. 
 Hình 3.6: Mơ phỏng hệ chiếu sáng bằng phần mềm Zemax 
 61 
 Hình 3.7: Kết quả tính phân bố độ rọi của chùm chiếu sáng tại mặt phẳng 
 mẫu bằng phần mềm Zemax 
 Với các thành phần được xác định như trên, chúng tơi đã lắp đặt hệ chiếu 
sáng thực nghiệm như trên Hình 3.8. Độ rọi trên mẫu đo được điều chỉnh cho 
phù hợp với từng mẫu đo bằng cách điều chỉnh cường độ nguồn sáng kết hợp 
với điều chỉnh diaphragm khẩu độ. Kích thước vùng chiếu sáng được điều chỉnh 
bằng cách thay đổi đường kính diaphragm thị giới. Độ đồng đều trên vùng chiếu 
sáng được kiểm tra bằng cách đặt một bề mặt tán xạ đều (chẳng hạn tờ giấy 
trắng) vào vị trí mẫu đo và đánh giá phân bố độ xám trên ảnh thu được cho thấy 
hệ chiếu sáng được lắp đặt đáp ứng yêu cầu sử dụng cho thí nghiệm. 
 Hình 3.8: Ảnh chụp hệ chiếu sáng thực nghiệm 
 62 
3.1.2. Hệ dịch chuyển và điều khiển dịch chuyển 
 Một thành phần khơng thể thiếu trong thiết bị WLI là hệ dịch chuyển và 
điều khiển dịch chuyển. Trong hệ thống WLI, cĩ hai hệ dịch chuyển được sử 
dụng là hệ dịch sơ bộ (dịch chuyển thơ) để điều chỉnh vị trí ban đầu của mẫu 
và hệ dịch chuyển độ chính xác cao (dịch chuyển tinh) để thu nhận hình ảnh 
giao thoa ở độ cao khác nhau. 
 Để thực hiện được phép đo giao thoa, một số thiết lập ban đầu phải được 
thực hiện như điều chỉnh mẫu đến vị trí lấy nét tốt nhất, điều chỉnh nghiêng 
mẫu. Các thao tác thường được thực hiện thơng qua bàn gá mẫu cĩ khả năng 
dịch chuyển các chiều x, y, z và các chiều quay. Trong mơ hình thiết bị thực 
nghiệm, một bộ dịch chuyển tuyến tính 3 chiều x, y, z, điều chỉnh bằng tay của 
hãng Thorlab được dùng để điều chỉnh vị trí ban đầu của mẫu đo. Độ chia lượng 
dịch chuyển nhỏ nhất của bộ dịch chuyển này là 0,01 mm, đáp ứng yêu cầu lấy 
nét bề mặt mẫu trước khi tiến hành đo (cùng cỡ độ lớn với độ sâu trường của 
vật kính hiển vi). 
 Trong quá trình đo, mẫu và vật kính hiển vi cần được dịch chuyển chính 
xác tương đối với nhau nhằm thu được hình ảnh giao thoa ở nhiều vị trí dọc 
theo quang trục (vuơng gĩc với bề mặt mẫu). Tương tự như trong các thiết bị 
đo thương mại, bộ vi dịch chuyển chính xác dẫn động bằng gốm áp điện (PZT) 
được lựa chọn sử dụng. 
 Chúng tơi đã tự chế tạo một bộ vi dịch chuyển áp điện chính xác cao. Bộ 
vi dịch chuyển này gồm hai khối chính là: mơ đun dịch chuyển đàn hồi được 
dẫn động bằng gốm áp điện PK4DMP1 của hãng Thorlab; và mơ đun điện tử 
cho phép điều khiển khối áp điện dịch chuyển với độ chính xác cỡ nanomet 
thơng qua điều khiển điện áp. Mơ đun đàn hồi đơn khối được thiết kế, chế tạo 
bằng vật liệu hợp kim nhơm AL6061, sử dụng cơ cấu hình bình hành bốn khâu 
với bản lề đàn hồi gọn nhẹ như trên Hình 3.9. 
 63 
 Hình 3.9: (a) Sơ đồ nguyên lý và (b) ảnh chụp mơ đun dịch chuyển đàn hồi 
 đơn khối 
 Bộ vi dịch chuyển tự chế đã được khảo sát theo đúng điều kiện làm việc 
thực tế của nĩ là dịch chuyển vật kính hiển vi giao thoa Mirau 20X theo chiều 
dọc trục quang. Kết quả khảo sát cho thấy bộ vi dịch chuyển hoạt động ổn định, 
cĩ độ lặp lại tốt với bước dịch nhỏ nhất cỡ 10 nm trong phạm vi 7 μm [119] 
(xem chi tiết ở mục 3.3.2). Mặc dù, hiện tượng trễ của PZT vẫn tồn tại, nhưng 
với chu trình hoạt động khơng đổi khi tăng điện áp cung cấp từ 0 V đến 100 V, 
ảnh hưởng của hiện tượng trễ đến lượng dịch chuyển là khơng đáng kể. Bộ dịch 
chuyển hồn tồn cĩ thể được điều khiển chính xác mà khơng cần sử dụng thêm 
cảm biến dịch chuyển nào khác. 
 Để điều khiển bộ vi dịch chuyển tự chế, chúng ta cần sử dụng một mơ 
đun cĩ khả năng cung cấp điện áp chính xác cho khối dẫn động áp điện và cĩ 
thể được điều khiển bằng máy tính. Bộ điều khiển Piezo K-Cube (KPZ101) 
(Hình 3.10) của hãng Thorlab (Anh) cĩ khả năng thực hiện được nhiệm vụ này 
nên được lựa chọn sử dụng trong mơ hình thiết bị thực nghiệm của chúng tơi. 
 64 
 Hình 3.10: Bộ điều khiển Piezo K-Cube (KPZ101) 
 Bộ điều khiển Piezo K-Cube là bộ điều khiển đơn kênh nhỏ gọn, chuyên 
dụng để điều khiển các bộ truyền động áp điện, nĩ cĩ cả chế độ điều khiển bằng 
tay hoặc tự động. Bộ điều khiển này cĩ khả năng cung cấp điện áp tới 150 V, 
với dịng 7.5 mA, tần số hoạt động lên đến 1 kHz. KPZ101 cĩ khả năng điều 
khiển tức thì hoạt động của các gốm áp điện piezo hoặc bộ truyền động được 
trang bị piezo. Độ phân giải cĩ thể dễ dàng thay đổi nhằm cung cấp điện áp 
chính xác cao cho bộ truyền động Piezo. Bộ điều khiển này cĩ thể được điều 
khiển bằng máy tính thơng qua kết nối USB và phần mềm sẵn cĩ hoặc người 
dùng tự phát triển. 
3.1.3. Phần mềm điều khiển và xử lý dữ liệu 
 Phần mềm điều khiển đo và xử lý dữ liệu cĩ chức năng điều khiển hoạt 
động của các thành phần một cách đồng bộ với nhau để thực hiện phép đo và 
xử lý dữ liệu, nĩ bao gồm các mơ đun điều khiển hoạt động của nguồn sáng, 
cảm biến ảnh, bộ vi dịch chuyển được kết nối với máy tính, mơ đun thu nhận 
và xử lý tín hiệu. Trong quá trình đo, cường độ của nguồn sáng, thơng số của 
cảm biến (thời gian phơi sáng, độ tương phản), vị trí dịch chuyển được điều 
khiển và đồng bộ hĩa bằng phần mềm trên máy tính. Mỗi phép đo sẽ ghi nhận 
và lưu lại khoảng 500 hình ảnh giao thoa tương ứng với 500 vị trí dịch chuyển. 
 65 
Sau đĩ, tập hợp hình ảnh giao thoa này được xử lý để trích xuất thơng tin tọa 
độ ba chiều của mỗi điểm ảnh, tương ứng với mỗi điểm trên bề mặt mẫu và 
dựng lại bản đồ 3 chiều bề mặt mẫu đo. Hoạt động đo và ghi ảnh được thực 
hiện bằng phần mềm do chúng tơi tự viết bằng ngơn ngữ lập trình LabView, 
việc xử lý dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm được viết trên ngơn ngữ lập 
trình Matlab (Phụ lục III). 
3.1.4. Mơ hình thiết bị thực nghiệm 
 Hình 3.11: Ảnh chụp mơ hình hiển vi WLI thực nghiệm 
 Trên cơ sở các thành phần đã được lựa chọn và xây dựng như trình bày ở 
trên, chúng tơi đã xây dựng trong phịng thí nghiệm một mơ hình hệ hiển vi 
giao thoa ánh sáng trắng thực nghiệm. Hình 3.11 và Hình 3.12 là các ảnh chụp 
mơ hình thực nghiệm mà chúng tơi đã xây dựng. Tồn bộ hệ thống được bố trí 
trên một tấm đế kích thước 300 mm × 500 mm, được cố định trên bàn quang 
học chống rung. 
 66 
 Hình 3.12: Ảnh chụp tổng thể thiết bị đo biên dạng 3D của bề mặt chi tiết 
3.2. Mơ phỏng hoạt động của thiết bị 
 Để phân tích khả năng làm việc của các thành phần trong thiết bị và làm 
cơ sở phát triển thuật tốn xử lý tín hiệu WLI, nội dung mơ phỏng hoạt động 
của hệ thống WLI với các tham số sát với điều kiện thực nghiệm đã được thực 
hiện. Mục đích là mơ phỏng sự hình thành các hình ảnh giao thoa tại các vị trí 
khác nhau của bề mặt giả định trước. Sau đĩ, sử dụng các hình ảnh giao thoa 
này làm đầu vào để tái tạo cấu trúc hình học 3D bề mặt theo các thuật tốn xử 
lý trong WLI và so sánh với bề mặt giả định để đánh giá lý thuyết hiệu quả của 
thuật tốn. 
3.2.1. Mơ phỏng sự hình thành hình ảnh vân WLI 
 Chúng tơi tiến hành mơ phỏng sự hình thành hình ảnh vân giao thoa ánh 
sáng trắng theo sơ đồ hiển vi giao thoa Mirau. Trong mơ phỏng này, những 
thơng số cơ bản của các thành phần trong sơ đồ giao thoa đều được xem xét và 
sự hình thành vân giao thoa được mơ phỏng dựa trên mơ hình tốn học cĩ tính 
đến sự đĩng gĩp khác nhau của 3 thành phần màu và độ nhạy phổ của cảm biến. 
 Mơ hình tốn học và mơ phỏng sự hình thành vân WLI 
 Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về sự hình thành màu sắc vân giao thoa 
cũng như xác định sai lệch pha bằng cách so màu. Antonin Miks và cộng sự đã 
 67 
đề xuất sử dụng WLI để đo những thay đổi pha rất nhỏ qua việc phân tích màu 
[110]. Takenori Kato đã đề xuất biểu đồ màu để biểu diễn hình ảnh giao thoa 
bằng máy tính [85, 86]. Biểu đồ màu được xây dựng bằng cách so sánh màu 
tạo ra từ giao thoa với màu tạo ra bằng chương trình máy tính. Từ đĩ, tác giả 
đã xây dựng được hình ảnh vân WLI của nêm quang học với giả định sự đĩng 
gĩp của các bước sĩng vào sự hình thành vân giao thoa là như nhau. Hình ảnh 
giao thoa mơ phỏng gần giống với hình ảnh giao thoa thực tế. Tuy nhiên, trong 
nghiên cứu của Kato đã khơng xét đến ảnh hưởng của phổ phát xạ nguồn sáng, 
một trong những thành phần cĩ vai trị quyết định đến màu sắc của vân giao 
thoa. Năm 2012, Wee Keat Chong và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của 
phổ phát xạ của nguồn đối với sự hình thành vân trong WLI và kết quả đo biên 
dạng bề mặt [30]. Tuy nhiên, trong tính tốn, các tác giả đã đơn giản hĩa mơ 
hình với giả định khẩu độ số của vật kính hiển vi nhỏ và coi sự phân bố phổ 
nguồn theo hàm Gauss. Hơn nữa, kết quả mơ phỏng thu được là tín hiệu giao 
thoa theo cường độ mà khơng đưa ra tín hiệu màu cụ thể. Ngồi nguồn sáng, 
các thành phần quang học trong hệ giao thoa, cảm biến ảnh cũng là những thành 
phần quan trọng ảnh hưởng đến kết quả thu nhận tín hiệu giao thoa mà các 
nghiên cứu trước đây chưa phân tích một cách chi tiết. 
 Để khắc phục những hạn chế nêu trên, trong mơ phỏng của chúng tơi, mơ 
hình tốn học của sự hình thành vân giao thoa ánh sáng trắng đã được phát triển 
thêm một bước dựa trên cơ sở lý thuyết phổ màu chuẩn sRGB. Trong mơ hình 
này, phổ phát xạ của nguồn sáng, độ nhạy phổ của cảm biến ảnh ở các bước 
sĩng tương ứng với 3 thành phần màu cơ bản đã được tính đến, đồng thời thơng 
số của vật kính hiển vi cũng được bổ sung để phù hợp với điều kiện thực 
nghiệm. 
 Trong sơ đồ hệ hiển vi WLI sử dụng vật kính hiển vi Mirau (Hình 3.1), bề 
mặt mẫu đặt cách vật kính hiển vi một khoảng z0, vật kính hiển vi được điều 
 68 
khiển thay đổi vị trí bằng bộ vi dịch chuyển PZT với lượng dịch chuyển là z. 
Trong quá trình quét, dữ liệu về cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh trên cảm biến 
ảnh được ghi liên tiếp tương ứng với lượng dịch chuyển z của vật kính. Tùy 
thuộc vào phổ phát xạ của nguồn sáng, phổ độ nhạy của cảm biến, khoảng cách 
từ vật kính đến mẫu đo (z) và cấu trúc hình học 3D bề mặt mẫu, hình ảnh vân 
giao thoa thu được sẽ khác nhau về hình dạng, tần số, màu sắc. 
 Hình 3.13: (a) Phổ phát xạ của LED trắng (đo bằng máy quang phổ 
 CCS200); (b) Phổ độ nhạy của cảm biến MN34110PA 
 Màu sắc trong vùng ánh sáng nhìn thấy được biểu diễn bởi tổ hợp các giá 
trị cường độ của ba màu cơ bản là đỏ, xanh lục, xanh lam (R, G, B) [90]. Trong 
mơ hình thiết bị thực nghiệm, LED trắng được sử dụng làm nguồn sáng và cảm 
biến ảnh màu làm phần tử thu, do đĩ cần xem xét sự đĩng gĩp của các thành 
phần phổ khác nhau theo phổ phát xạ của LED và phổ độ nhạy của cảm biến 
(Hình 3.13) [30, 117, 149]. 
 Do tính chất kết hợp rất thấp của nguồn sáng, hình ảnh gia