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

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ 
PHAN NGUYÊN NHUỆ 
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 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI – NĂM 2020 
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ 
PHAN NGUYÊN NHUỆ 
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 
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí 
Mã số: 9 52 01 03 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
 1. PGS. TS LÊ HOÀNG HẢI 
 2. PGS. TS DƯƠNG CHÍ DŨNG 
HÀ NỘI – NĂM 2020 
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên 
cứu của tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực 
và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. Các kết quả sử 
dụng tham khảo đều được trích dẫn đầy đủ và theo đúng quy định. 
Hà Nội, ngày tháng năm 2020 
Tác giả 
Phan Nguyên Nhuệ 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Học viện Kỹ thuật Quân sự, để 
hoàn thành luận án này, tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và đóng góp quý 
báu của các thầy cô, các nhà khoa học, các nhà quản lý và các đồng nghiệp. 
Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn 
PGS.TS Lê Hoàng Hải, PGS.TS Dương Chí Dũng đã tận tình hướng dẫn và 
giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu. 
Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Sau Đại học, Bộ môn Khí tài quang 
học, Khoa Vũ khí - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo điều kiện thuận lợi để 
tác giả hoàn thành nhiệm vụ. 
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, bạn bè, các đồng 
nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tác giả vượt qua khó khăn trong suốt quá 
trình làm luận án. 
 TÁC GIẢ 
iii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i 
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii 
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii 
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ...................................... vi 
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. ix 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... x 
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 
Chương 1 ĐO CẤU TRÚC HÌNH HỌC BỀ MẶT, NHỮNG TIẾN BỘ 
VÀ TỒN TẠI .................................................................................................. 10 
1.1. Tổng quan về đo cấu trúc hình học bề mặt ........................................... 10 
1.2. Sự phát triển thiết bị đo lường cấu trúc hình học bề mặt ...................... 13 
1.3. Cấu trúc hình học bề mặt ...................................................................... 14 
1.4. Các kỹ thuật và thiết bị đo lường cấu trúc hình học bề mặt .................. 16 
1.4.1. Kỹ thuật đo cấu trúc hình học bề mặt bằng phương pháp tiếp xúc . 16 
1.4.2. Kỹ thuật đo cấu trúc hình học bề mặt bằng phương pháp không 
tiếp xúc ...................................................................................................... 21 
1.4.3. So sánh các loại thiết bị đo cấu trúc hình học bề mặt ..................... 29 
1.5. Kết luận chương 1 ................................................................................. 30 
Chương 2 ĐO CẤU TRÚC HÌNH HỌC BA CHIỀU BỀ MẶT BẰNG GIAO 
THOA ÁNH SÁNG TRẮNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ
 ................................................................................................................ 31 
2.1. Giới thiệu chung về WLI ...................................................................... 31 
2.2. Nguyên lý hoạt động của WLI .............................................................. 33 
2.3. Nguyên lý tạo tín hiệu giao thoa ........................................................... 35 
2.4. Hình ảnh WLI ....................................................................................... 37 
2.5. Xử lý tín hiệu WLI ................................................................................ 39 
iv 
2.5.1. Phương pháp xác định đường bao tín hiệu ...................................... 40 
2.5.2. Phương pháp trọng tâm. .................................................................. 41 
2.5.3. Phương pháp ước lượng pha ........................................................... 41 
2.5.4. Phương pháp kết hợp kỹ thuật ước lượng pha và kỹ thuật xác định 
đường bao biến điệu .................................................................................. 42 
2.5.5. Phân tích trong miền tần số ............................................................. 43 
2.6. Một số vấn đề trong kỹ thuật đo kiểm bằng WLI ................................. 45 
2.6.1. Sai số thứ tự vân giao thoa .............................................................. 46 
2.6.2. Ảnh hưởng của vật liệu mẫu đo đến WLI ....................................... 47 
2.6.3. Tăng độ phân giải của WLI ............................................................. 47 
2.6.4. Vấn đề nguồn sáng trong WLI ........................................................ 48 
2.7. Kết luận chương 2 ................................................................................. 48 
Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐO CẤU TRÚC HÌNH HỌC 
BA CHIỀU BỀ MẶT BẰNG GIAO THOA ÁNH SÁNG TRẮNG .............. 49 
3.1. Xây dựng mô hình thiết bị .................................................................... 49 
3.1.1. Hệ quang học tạo ảnh và chiếu sáng ............................................... 50 
3.1.2. Hệ dịch chuyển và điều khiển dịch chuyển ..................................... 62 
3.1.3. Phần mềm điều khiển và xử lý dữ liệu ............................................ 64 
3.1.4. Mô hình thiết bị thực nghiệm .......................................................... 65 
3.2. Mô phỏng hoạt động của thiết bị .......................................................... 66 
3.2.1. Mô phỏng sự hình thành hình ảnh vân WLI ................................... 66 
3.2.2. Tái tạo cấu trúc hình học 3D bề mặt mô phỏng. ............................. 73 
3.3. Hiệu chuẩn mô hình thiết bị .................................................................. 74 
3.3.1. Hiệu chuẩn kích thước ngang ......................................................... 75 
3.3.2. Hiệu chuẩn dịch chuyển dọc trục .................................................... 77 
3.3.3. Tần số cắt của mô hình thiết bị ....................................................... 85 
3.4. Phát triển kỹ thuật xử lý tín hiệu WLI .................................................. 86 
v 
3.4.1. Tái tạo cấu trúc hình học 3D bề mặt bằng kỹ thuật làm khớp tín hiệu
 ........................................................................................................ 86 
3.4.2. Tái tạo biên dạng bề mặt sử dụng phối hợp phương pháp tìm cực đại 
và phương pháp làm khớp tín hiệu WLI ................................................... 91 
3.5. Kết luận chương 3 ................................................................................. 95 
Chương 4 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐO CẤU TRÚC HÌNH HỌC 3D BỀ MẶT 
SỬ DỤNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ ................................................................... 96 
4.1. Hình ảnh và tín hiệu giao thoa của một số bề mặt quang cơ thu được từ 
mô hình thiết bị ............................................................................................ 96 
4.2. Đo cấu trúc hình học bề mặt các chi tiết quang .................................... 98 
4.2.1. Đo chiều dày màng mỏng quang học sử dụng một hình ảnh WLI .. 98 
4.2.2. Đo màng mỏng bằng phương pháp xử lý nhiều ảnh WLI ............. 102 
4.2.3. Đo cấu trúc hình học 3D bề mặt ma trận vi thấu kính .................. 105 
4.2.4. Xác định bán kính cong của vi thấu kính bằng thuật toán làm khớp 
dữ liệu cấu trúc hình học 3D bề mặt chỏm cầu ....................................... 108 
4.2.5. Đo cấu trúc hình học 3D bề mặt chi tiết quang gia công bằng phương 
pháp tiện sử dụng mũi kim cương đơn điểm ........................................... 112 
4.3. Đo cấu trúc hình học bề mặt các chi tiết cơ khí .................................. 113 
4.3.1. Đo cấu trúc hình học 3D bề mặt quả cầu kim loại ........................ 113 
4.3.2. Đánh giá chất lượng bề mặt .......................................................... 114 
4.4. Đánh giá sơ bộ độ chính xác của thiết bị ............................................ 118 
4.5. Kết luận chương 4 ............................................................................... 120 
KẾT LUẬN .................................................................................................. 121 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................. 124 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 125 
PHỤ LỤC ..................................................................................................... 142 
vi 
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 
1. Chữ viết tắt: 
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 
2D Two-dimensional Hai chiều 
3D Three-dimensional Ba chiều 
AFM Atomic Force Microscope Kính hiển vi lực nguyên tử 
CCD Charge Coupled Device Cảm biến ảnh tích điện kép 
CMM 
Coordinate Measuring 
Machine 
Máy đo tọa độ 
CMOS 
Complementary Metal-
Oxide-Semiconductor 
Chất bán dẫn Ô xít kim loại bổ 
sung 
CPM 
Coherence Probe 
Microscopy 
Kính hiển vi đầu dò kết hợp 
CSI 
Coherence Scanning 
Interferometry 
Giao thoa quét kết hợp 
EM Electron Microscope Kính hiển vi điện tử 
FDA 
Frequency Domain 
Analysis 
Kỹ thuật phân tích trong miền 
tần số 
FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh 
FOV Field Of View Thị giới 
ISO 
International Organization 
for Standardization 
Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế 
LCI 
Low Coherence 
Interferometry 
Giao thoa kết hợp thấp 
vii 
LD Laser Diode Laser đi ốt 
LED Light Emitting Diode Đi ốt phát quang 
LSD Light Sensitive Diode Đi ốt phát quang nhạy sáng 
MEMS 
Microelectromechanical 
Systems 
Hệ thống vi cơ điện tử 
MOEMS 
Micro-Opto-Electro-
Mechanical Systems 
Hệ thống vi cơ quang điện tử 
NA Numerical Aperture Khẩu độ số 
OCP 
Optical Coherence 
Profilometry 
Máy đo biên dạng quang học 
kết hợp 
OCT 
Optical Coherence 
Topography 
Đo cấu trúc bề mặt quang học 
kết hợp 
OPD Optical Path Difference Sai lệch quang trình 
PMMA Polymethyl methacrylate Nhựa PMMA 
PSI 
Phase 
Shifting Interferometry 
Giao thoa dịch pha 
PWM Pulse-width Modulation Điều chế độ rộng xung 
PZT Piezoelectric Translators Bộ dịch chuyển áp điện 
RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập tạm thời 
SEM 
Scanning Electron 
Microscope 
Kính hiển vi điện tử quét 
SPM 
Scanning Probe 
Microscopy 
Kính hiển vi quét đầu dò 
viii 
STM 
Scanning Tunneling 
Microscope 
Kính hiển vi quét xuyên hầm 
SWLI 
Scanning White Light 
Interferometer 
Giao thoa ánh sáng trắng quét 
TEM 
Transmission Electron 
Microscope 
Kính hiển vi điện tử truyền qua 
VSI 
Vertical Scanning 
Interferometry 
Giao thoa quét dọc 
WLI White Light Interference Giao thoa ánh sáng trắng 
ZOPD 
Zero Optical Path 
Difference 
Sai lệch quang trình bằng 0 
ix 
DANH MỤC CÁC BẢNG 
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của Rodenstock Model RM 600 3-D/C [163] .. 27 
Bảng 3.1: Thông số một số loại vật kính hiển vi giao thoa thương mại ......... 53 
Bảng 3.2: Các thông số của mô hình hệ giao thoa mô phỏng ......................... 70 
Bảng 3.3: Lượng dịch chuyển của PZT ở các mức điện áp khác nhau ........... 84 
Bảng 4.1: Kết quả đo độ dày màng, d = 338 ± 7 nm .................................... 100 
Bảng 4.2: Kết quả đo độ dày màng bằng phương pháp xử lý một ảnh WLI 101 
Bảng 4.3: Kết quả xác định bán kính của vi thấu kính. ................................ 111 
Bảng 4.4 Bảng tổng hợp các kết quả đo sử dụng mô hình thiết bị ............... 119 
x 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 
Hình 1.1: (a) Hệ thống vi cơ điện tử đa lớp [100], (b) Cấu trúc hình học 3D bề 
mặt chi tiết gia công trên máy tiện siêu chính xác bằng mũi kim cương, (c) Hình 
ảnh 3D của bề mặt chi tết kim phun nhiên liệu của động cơ ô tô [44] ........... 11 
Hình 1.2: Đường cong Abbott–Firestone ....................................................... 15 
Hình 1.3: Phân loại kỹ thuật đo cấu trúc hình học bề mặt .............................. 16 
Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo của máy đo và đầu dò tiếp xúc [108] ....................... 18 
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi đồng tiêu ................................... 22 
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý phương pháp xác định vị trí từ sai lệch cường độ 24 
Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý xác định vị trí từ phương pháp loạn thị ............... 25 
Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp góc tới hạn ............................... 26 
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý của kỹ thuật giao thoa dịch pha ........................... 28 
Hình 1.10: Phạm vi và độ phân giải của các phương pháp đo cấu trúc hình học 
3D bề mặt [80] ................................................................................................ 29 
Hình 2.1: Sơ đồ quang học của giao thoa kế ánh sáng trắng .......................... 33 
Hình 2.2: Sự hình thành tín hiệu WLI: (a) tín hiệu giao thoa của các bước sóng 
riêng lẻ và (b) tín hiệu WLI ............................................................................ 34 
Hình 2.3: Mô hình hình thành tín hiệu giao thoa bên trong vật kính Mirau ... 35 
Hình 2.4: Kết quả tính toán tín hiệu WLI sử dụng vật kính Mirau ................. 37 
Hình 2.5: Vân giao thoa của cách tử thu được khi sử dụng (a) nguồn sáng đỏ, 
(b) nguồn ánh sáng trắng [108] ....................................................................... 38 
Hình 2.6: Hình ảnh giao thoa quan sát được ở mặt phẳng (x,y), (x,z) khi đo bề 
mặt cầu bằng WLI .......................................................................................... 39 
Hình 2.7: Mô tả kỹ thuật phân tích tín hiệu giao thoa trong miền tần số ....... 44 
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống hiển vi giao thoa ánh sáng trắng để đo cấu trúc hình 
học ba chiều của bề mặt .................................................................................. 49 
Hình 3.2: Một số loại vật kính hiển vi sử dụng trong thiết bị WLI ................ 51 
xi 
Hình 3.3: Vật kính Mirau 20X ........................................................................ 54 
Hình 3.4: Sơ đồ hệ chiếu sáng Köhler sử dụng trong hệ hiển vi giao thoa ..... 57 
Hình 3.5: Phổ phát xạ của nguồn sáng LED trắng ..................... ... hifting interferometry", Modern Optics. 43, pp.1545-1554. 
134. Sandoz, P., (1997) "Wavelet transform as a processing tool in white-light 
interferometry", Optics Letters. 22, pp.1065-7. 
135. Sandoz, P., R. Devillers, A. Plata, (1997) "Unambiguous profilometry by 
fringe-order identification in white-light phase-shifting interferometry", 
Journal of Modern Optics. 44, pp.519-534. 
136. Saraç, Z., A. Dursun, S. Yerdelen, F. Necati Ecevit, (2005) "Wavelet 
phase evaluation of white light interferograms", IOP Publishing. 16, 
pp.1878. 
137. Sarid, D., D. Iams, V. Weissenberger, L. Stephen Bell, (1988) "Compact 
scanning-force microscope using a laser diode", Optics Letters. 13, 
pp.1057-9. 
138. Sawatari, T., R.B. Zipin, (1979) "Optical Profile Transducer", Optical 
Engineering. 18, pp.4. 
139. Schmit, J., F. Serry (2006), "Characterization and Measurement of 
Microcomponents with the Atomic Force Microscope (AFM)", Optical 
Inspection of Microsystems. pp.121-143. Taylor & Francis Group, 270, 
Madison Avenue , NewYork. 
139 
140. Schneir, J., et al., (1989) "Scanning Tunneling Microscopy Of Optical 
Surfaces", SPIE. 1164, pp.112-10. 
141. Schreiber, H., J. H. Bruning (2007), "Phase Shifting Interferometry", Field 
Guide to Interferometric Optical Testing. FG10, pp.547-666. SPIE 
Publications, Washington, USA. 
142. Sheppard, C., T. Wilson, (1981) "The theory of the direct-view confocal 
microscope", Journal of Microscopy. 124, pp.107-117. 
143. Sinzinger, S., J. Jahns (2003), Microoptics, 2nd, Revised and Enlarged 
Edition, Wiley-VCH, Weinheim. 
144. Srinivasan, V., H.C. Liu, M. Halioua, (1984) "Automated phase-
measuring profilometry of 3-D diffuse objects", Applied Optics. 23, (18), 
pp.3105-3108. 
145. Suematsu, M., M. Takeda, (1991) "Wavelength-shift interferometry for 
distance measurements using the Fourier transform technique for fringe 
analysis", Applied Optics. 30, (28), pp.4046-4055. 
146. T Blunt, R., (2006) "White Light Interferometry–a production worthy 
technique for measuring surface roughness on semiconductor wafers", CS 
MANTECH Conference,. pp.59-4. 
147. Tiziani, H.J., H.-M. Uhde, (1994) "Three-dimensional analysis by a 
microlens-array confocal arrangement", Applied Optics. 33, (4), pp.567-
572. 
148. Tsukada, M., et al. (2011), Theory of Non-Contact Atomic Force 
Microscopy, Springer, Berlin. 
149. Upputuri, P.K., M. Pramanik, K. Mohan Nandigana, M. Prasad Kothiyal, 
(2016) "Multi-colour microscopic interferometry for optical metrology 
and imaging applications", Optics and Lasers in Engineering. 84, pp.10-
25. 
140 
150. Vo, Q., F. Fang, X. Zhang, H. Gao, (2017) "Surface recovery algorithm in 
white light interferometry based on combined white light phase shifting 
and fast Fourier transform algorithms", Applied Optics. 56, pp.8174-8185. 
151. Wang, S., et al. (2017), Hysteresis Modeling and Control of Piezoelectric 
Actuator, Tampa, Florida, USA. 
152. Whitehouse, D.J., (1997) "Surface metrology", Measurement Science and 
Technology. 8, (9), pp.955. 
153. Whitehouse, D.J. (2002), Handbook of Surface and Nanometrology, CRC 
Press, Florida, USA. 
154. Windecker, R., M. Fleischer, H. J. Tiziani, (1999) "White-light 
interferometry with an extended zoom range", Journal of Modern Optics. 
46, pp.1123-1135. 
155. Windecker, R., M. Fleischer, K. Körner, H. Tiziani, (2001) "Testing micro 
devices with fringe projection and white-light interferometry", Optics and 
Lasers in Engineering. 36, pp.141-154. 
156. Windecker, R., H.J. Tiziani, (1999) "Optical roughness measurements 
using extended white-light interferometry", Optical Engineering. 38, (6), 
pp.1081-1087, 7. 
157. Wu, J., et al., (2017) "Nano step height measurement using an optical 
method", Sensors and Actuators. 257, pp.92-97. 
158. Wyant, J., (2002) "White Light Interferometry", Proc. SPIE. 4737, pp.98-
107. 
159. Wyant, J.C., K. Creath, (1992) "Advances in interferometric optical 
profiling", International Journal of Machine Tools and Manufacture. 32, 
(1), pp.5-10. 
141 
160. Xu, D., et al., (2018) "Development of a Nonresonant Piezoelectric Motor 
With Nanometer Resolution Driving Ability", IEEE/ASME Transactions 
on Mechatronics. 23, (1), pp.444-451. 
161. Yatagai, T., (1994) "Recent progress in white-light interferometry", 
International Conference on Interferometry '94. 2340, pp.338-345. 
162. Yesudasan, S., (2015) "Fast Geometric Fit Algorithm for Sphere Using 
Exact Solution", arXiv:1506.02776v1. 
163. Yoshizawa, T. (2009), Handbook of Optical Metrology: Principles and 
Applications, CRC Press, United States of America 
164. Yuan, W., L. Li, W.-B. Lee, C.-Y. Chan, (2018) "Fabrication of Microlens 
Array and Its Application: A Review", Chinese Journal of Mechanical 
Engineering. 31, pp.9. 
165. Yuen Kuan Yong, M., IEEE, and Andrew J. Fleming, Member, IEEE, 
(2015) "Piezoelectric Actuators With Integrated High-Voltage Power 
Electronics", IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 20, (2), pp.611 
- 617. 
166. Zhong, Q., D. Inniss, K. Kjoller, V.B. Elings, (1993) "Fractured 
polymer/silica fiber surface studied by tapping mode atomic force 
microscopy", Surface Science Letters. 290, (1), pp.L688-L692. 
167. Zhou, Y., et al., (2017) "Dimensional metrology of smooth micro 
structures utilizing the spatial modulation of white-light interference 
fringes", Optics and Laser Technology. 93, pp.187-193. 
168. Schmit, J., A. Olszak, (2002) "High-precision shape measurement by 
white-light interferometry with real-time scanner error correction", 
Applied Optics. 41, (28), pp.5943-5950. 
142 
 PHỤ LỤC 
 I. Chương trình MathCad mô phỏng sự hình thành vân giao thoa ánh sáng 
trắng 
1. Xác định độ nhạy của cảm biến ảnh: 
Độ nhạy phổ của cảm biến 
Sccd READRGB "2.bmp"( ):=
Sccd
WR λ( ) mt submatrix Sccd 0, 99, trunc λ 400-( ), trunc λ 400-( ), ( )
a 100 match max mt( ) mt, ( )-( )
a0
100
:=
WG λ( ) mt submatrix Sccd 0, 99, trunc λ 100-( ), trunc λ 100-( ), ( )
a 100 match max mt( ) mt, ( )-( )
a0
100
:=
WB λ( ) mt submatrix Sccd 0, 99, trunc λ 200+( ), trunc λ 200+( ), ( )
a 100 match max mt( ) mt, ( )-( )
a0
100
:=
143 
2. Phổ phát xạ của LED trắng 
3. Tổng hợp trọng số mức tín hiệu tại cảm biến khi sử dụng nguồn sáng 
LED 
400 500 600 700
0
0.2
0.4
0.6
0.8
WR λ( )
WG λ( )
WB λ( )
λ
Wled READRGB "WhiteLEDDo.bmp"(:=
Wled
WL λ( ) mt submatrix Wled 0, 99, trunc λ 400-( ), trunc λ 400-( ), ( )
a 100 match min mt( ) mt, ( )-( )
a0
100
:=
400 500 600 700
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
WL ( )
700400 
144 
5. Thông số hệ thống giao thoa ánh sáng trắng: 
Vật kính hiển vi giao thoa Mirau: 
WRL λ( ) WL λ( ) WR λ( ):=
WGL λ( ) WL λ( ) WG λ( ):=
WBL λ( ) WL λ( ) WB λ( ):=
400 500 600 700
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
WRL ( )
WGL ( )
WBL ( )
700400 
IR z( )
400
700
λWRL λ( )
0
θ0
θ2
π
λ
2
cos 2 2
π
λ
z cos θ( ) Φ+ 
 sin θ( ) cos θ( )




d






d:=
145 
IG z( )
400
700
λWGL λ( )
0
θ0
θ2
π
λ
2
cos 2 2
π
λ
z cos θ( ) Φ+ 
 sin θ( ) cos θ( )




d






d:=
IB z( )
400
700
λWBL λ( )
0
θ0
θ2
π
λ
2
cos 2 2
π
λ
z cos θ( ) Φ+ 
 sin θ( ) cos θ( )




d






d:=
2- 10
3
 0 2 10
3
1- 10
3-
5- 10
4-
0
5 10
4-
1 10
3-
10 10
4-

10- 10
4-

IR z( )
IG z( )
IB z( )
30003000- z
RZ
RZi IR i( )
i 0 6400.. for
RZ
:=
GZ
RZi IG i( )
i 0 6400.. for
RZ
:=
BZ
RZi IB i( )
i 0 6400.. for
RZ
:=
146 
6. Tạo hình ảnh giao thoa từ bề mặt đặt trung bằng ma trận hai chiều có 
độ cao h(x,y) 
7. Tạo mặt phẳng nghiêng và mô phỏng hình ảnh giao thoa 
map mt( ) solon max GZ( )
sonho min GZ( )
tl
solon sonho-
255

trunc
mt sonho-
tl
:=
RZ map RZ( ):=
GZ map GZ( ):=
BZ map BZ( ):=
WLI3 mt( ) M cols mt( )
N rows mt( )
i trunc mty x, ( )
i 6400 i 6400 if
IMGy x, RZi
IMGy x M+, GZi
IMGy x 2 M+, BZi
y 0 N 1-.. for
x 0 M 1-.. for
IMG
:=
WLI3 mt( ) M cols mt( )
N rows mt( )
i trunc mty x, ( )
i 6400 i 6400 if
IMGy x, RZi
IMGy x M+, GZi
IMGy x 2 M+, BZi
y 0 N 1-.. for
x 0 M 1-.. for
IMG
:=
147 
Hình ảnh vân giao thoa của mặt phẳng nghiêng 1 độ 
9. Tạo mặt cầu lồi và mô phỏng hình ảnh giao thoa: 
10. Tạo 400 hình ảnh giao thoa đối với mặt cầu bán kính 0.5mm; các hình 
ảnh cách nhau 20 nano, vị trí bắt đầu từ -2000nano đến 6000 nano 
WLI3 mpn 1deg( )( )
Ma tran mat cau loi kich thuoc 1280x720
X X 640-:=
Y Y 360-:=
MatCau R z, ( ) M 400
N 400
iy x, trunc R
2
250
2
x 200-( )
2
- 250
2
y 200-( )
2
- R- z+
y 0 N 1-.. for
x 0 M 1-.. for
i
:=
mc MatCau 500000 10, ( ):=
Anh WLI3 mc( ):=
Anh
148 
Kết quả tạo hình ảnh giao thoa thứ 100, 200,300 
II. Chương trình xác định thị giới và hiệu chỉnh kích thước ngang của 
hệ hiển vi giao thoa ánh sáng trắng 
1. Đọc ảnh đầu vào 
Tao ok( )
z 2000- i 20+
mc MatCau 500000 z, ( )
anh WLI3 mc( )
ten concat "C:\KetQuaThiNghiem\AnhMoPhong\AnhMatCauLEDCCD\" num2str i( ), ".bmp", ( )
WRITERGB ten anh, ( )
i 0 400.. for
i
:=
AnhNgang READRGB "AnhNgang.jpg"(:=
AnhDoc READRGB "AnhDoc.jpg"( ):=
AnhNgang AnhDoc
149 
2. Xác định đường cắt ngang 
Line y( )
tb
1 AnhNgangy i, AnhNgangy i 1+, + AnhNgangy i 2+, +( )
3

Li 0 tb 133>if
Li 1 otherwise
i 0
cols AnhNgang( )
1
3-.. for
L
:=
linex Line 630( ):=
0 500 1 10
3
0
0.5
1
1.5
2
linexx
x
Line2 x( )
tb
AnhDoci x, AnhDoci 1+ x, + AnhDoci 2+ x, +( )
3

Li 0 tb 120>if
Li 1 otherwise
i 0 rows AnhDoc( ) 3-.. for
L
:=
0 200 400 600 800 1 10
3
0
0.5
1
1.5
2
2
0
lineyx
10000 x
150 
3. Xác định khoảng cách trung bình giữa các vạch 
x
Xunglen cs 0
kc0 0
Ai 1 linexi 0= linexi 1+ 1 if
Ai 0 otherwise
cs cs 1+
kccs i
dtcs kccs kccs 1--
Ai 1=if
i 0
cols AnhNgang( )
1
4-.. for
dt
:=
kc tong 0
m 0
tong tong Xungleni+
m m 1+
i 2 length Xunglen( ) 1-.. for
tong
m
41.467=:=
Xunglen cs 0
kc0 0
Ai 1 linexi 0= linexi 1+ 1 if
Ai 0 otherwise
cs cs 1+
kccs i
dtcs kccs kccs 1--
Ai 1=if
i 0 rows AnhDoc( ) 4-.. for
dt
:=
151 
4. Xác định kích thước pixel 
III. Code chương trình phục hồi 3D bề mặt bằng kỹ thuật làm khớp 
% Fitting Algorithm - Thuat toan làm khớp 
clc; 
clear all; 
close all hidden 
% Lấy dữ liệu------------------------------------- 
h=hgload('LD.fig'); 
get(h); 
ch=get(h,'Children'); 
l=get(ch,'Children'); 
y = get(l,'Ydata'); 
x = get (l,'Xdata'); 
y1 = 1y ;x1 = 1x ; 
y2 = 2y ;x2 = 2x ; 
y3 = 3y ;x3 = 3x ; 
y4 = 4y ;x4 = 4x ; 
y5 = 5y ;x5 = 5x ; 
y6 = (y1+y1+y3+y4+y5)/5; 
% Plot fit with data. 
figure( 'Name', 'PZT' ); 
%Lượng dịch chuyển 
id= x5; 
pos = y6; 
kcdoc tong 0
m 0
tong tong Xungleni+
m m 1+
i 2 length Xunglen( ) 1-.. for
tong
m
41.438=:=
Pixel
10000 2
kc kcdoc+( )
240.086=:=
152 
plot(id,pos,'m','LineWidth',2); 
%plot(x1,y1); 
%legend( h, 'The signal of real images', 'The matching 
function', 'Location', 'NorthEast' ); 
% Label axes 
ylabel 'Displacement (\mum)' 
xlabel 'Voltge (V)' 
 axis([0 500 0 8000]) 
%grid minor 
set(gca,'XTick',0:50:500) 
set(gca,'YTick',0:500:8000) 
%- 
%D?ng hinh 3D 
%% Picture Input 
thumuc = 'D:\KQ-10-12-2018\8'; 
%thumuc = 'D:\KQ-10-12-2018\1'; 
folder = dir([thumuc,'\*.jpg']); 
Npicture=size(folder,1); 
Nx=720; 
Ny=1280; 
%% Cycle input picture 
I=zeros(Npicture,Nx,Ny); 
for i=1:Npicture 
 fullpath=[thumuc,'\',int2str(i-1),'.jpg']; 
 RGB = imread(fullpath); 
 grayImage = rgb2gray(RGB); 
 I(i,:,:) =medfilt2(grayImage,[3,3]); 
end 
%Chon vung du lieu can phuc hoi 
%I = I(:,1:720,1:1280); 
I = I(:,450:500,290:490); 
[sz1,sz2,sz3] = size(I); 
%Lay tin hieu giao thoa cu 1 diem 
i =10; 
j=10; 
Cs = I(:,i,j); 
CsTB = smooth(Cs,25); 
CsL = Cs - CsTB; 
%Xac dinh vi tri max va min 
[Ma,idma] = max(CsL); 
[Mi,idmi] = min(CsL); 
153 
delta =100; 
% Set up fittype and options. 
ft = fittype( 'DC+A*(exp(-(x-b)*(x-
b)/(c)))*cos(2*pi*f*x+phi)', 'independent', 'x', 
'dependent', 'y' ); 
opts = fitoptions( 'Method', 'NonlinearLeastSquares' 
); 
opts.Display = 'Off'; 
opts.Robust = 'LAR'; 
if (Ma - Mi>10) 
 %V? tri tuong phan lon nhat 
 tam =round((idma+idmi)/2); 
 %tim toa do theo phuong phap lam khop 
 %Tinh toan lai delta (vung lay du lieu de lam 
khop) 
 if ((tam Npicture-delta)) 
 if (tam<=delta) 
 delta = tam -1; 
 end 
 if (tam > Npicture-delta) 
 delta = Npicture - tam ; 
 end 
 end 
 %Lay du lieu lam khop 
 Cs2 = CsL(tam-delta:tam+delta,1,1); 
 Cs2 = smooth(Cs2); %Lam min tin hieu 
 try 
 %Lam khop tin hieu 
 opts.Lower = [10 -10 delta-25 1000 -Inf -
Inf]; 
 opts.StartPoint = [50 0.694828622975817 
delta 1500 0.05 0.4387]; 
 opts.Upper = [120 10 delta+25 2000 Inf Inf]; 
% tim toa do theo phuong pha FIT duong cong 
 [xData, yData] = prepareCurveData( [], Cs2 
); 
 % Fit model to data. 
 [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, 
opts ); 
 yfitted = feval(fitresult,xData); 
 [ypk,idxTho] = max(yfitted); 
 yfitted = feval(fitresult,[idxTho-
1:0.001:idxTho+1]); 
154 
 [ypk,idxTinh] = max(yfitted); 
 ViTriMax = idxTho-1+idxTinh*0.001; 
 Height(i,j) = tam - delta + ViTriMax; 
 %Noi suy ra gia tri thuc 
 Topo(i,j) = interp1(id,y6,Height(i,j)); 
 %delta = floor(0.5/fitresult.f+1); 
 catch 
 end 
end 
for i = 1:sz2 
 for j =1:sz3 
 Cs = I(:,i,j); 
 CsTB = smooth(Cs,25); 
 CsL = Cs - CsTB; 
 %Xac dinh vi tri max va min 
 [Ma,idma] = max(CsL); 
 [Mi,idmi] = min(CsL); 
 delta =100; 
 if (Ma - Mi>10) 
 %V? tri tuong phan lon nhat 
 tam =round((idma+idmi)/2); 
 %tim toa do theo phuong phap lam khop 
 %Tinh toan lai delta (vung lay du lieu de lam 
khop) 
 if ((tam Npicture-delta)) 
 if (tam<=delta) 
 delta = tam -1; 
 end 
 if (tam > Npicture-delta) 
 delta = Npicture - tam ; 
 end 
 end 
 %Lay du lieu lam khop 
 Cs2 = CsL(tam-delta:tam+delta,1,1); 
 Cs2 = smooth(Cs2); %Lam min tin hieu 
 try 
 %Lam khop tin hieu 
 opts.Lower = [10 -10 delta-25 1000 -Inf 
-Inf]; 
155 
 opts.StartPoint = [50 0.694828622975817 
delta 1500 0.05 0.4387]; 
 opts.Upper = [120 10 delta+25 2000 Inf 
Inf]; % tim toa do theo phuong pha FIT duong cong 
 [xData, yData] = prepareCurveData( [], 
Cs2 ); 
 % Fit model to data. 
 [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, 
opts ); 
 yfitted = feval(fitresult,xData); 
 [ypk,idxTho] = max(yfitted); 
 yfitted = feval(fitresult,[idxTho-
1:0.001:idxTho+1]); 
 [ypk,idxTinh] = max(yfitted); 
 ViTriMax = idxTho-1+idxTinh*0.001; 
 Height(i,j) = tam - delta + ViTriMax; 
 %Noi suy ra gia tri thuc 
 Topo(i,j) = interp1(id,y6,Height(i,j)); 
 catch 
 end 
 end 
 end 
end 
figure(1) 
mesh(Topo); 
156 
IV. Ảnh chụp kết quả đo chiều dày màng bằng hiển vi lực nguyên tử 
Enviroscope của Hãng Brüker (tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Điện và 
Điện tử Paris - Geeps)