29] 為了提高掃描探針顯微鏡的自動(dòng)化程度，使用戶使用更為便利，對(duì)于掃描探針顯 微鏡，本發(fā)明提出了對(duì)樣品厚度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量的技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合實(shí)施例一的掃描范圍校 正方法，在對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，能自動(dòng)獲得樣品厚度，實(shí)現(xiàn)掃描范圍的自動(dòng)在線校正。
[0130]自動(dòng)測(cè)量所使用的掃描探針顯微鏡探頭的結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11中，12為測(cè)頭，5 為底座，2為探針，3為掃描器，1為樣品，13為精密螺桿，14為步進(jìn)電機(jī)。掃描探針顯微鏡由系 統(tǒng)控制探頭中的探針對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描得到樣品的表面信息，探頭主要由測(cè)頭和底座 (圖11為了展示底座結(jié)構(gòu)，只畫出底座和上蓋)構(gòu)成，探針安裝在測(cè)頭上，樣品固定在掃描器 上方的樣品臺(tái)上，掃描器安裝在底座上，測(cè)頭由底座上的三個(gè)精密螺桿支承，每個(gè)精密螺桿 都在一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，作升降運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)不同厚度的樣品自動(dòng)測(cè)量要求。 檢測(cè)成像時(shí)，探針與樣品接觸或與樣品保持納米級(jí)（即l〇_ 9m量級(jí)）的間距并在樣品的上表面 掃描，而精密螺桿則根據(jù)樣品的厚薄進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，樣品越厚，螺桿升得越高。為了保證測(cè) 頭的水平及其穩(wěn)定性，檢測(cè)成像控制系統(tǒng)通過控制三個(gè)步進(jìn)電機(jī)同步運(yùn)行帶動(dòng)三個(gè)螺桿同 步升降。而且，即使三個(gè)螺桿不能同步升降，根據(jù)三個(gè)螺桿和探針的位置，通過每個(gè)螺桿的 行程位置，也能自動(dòng)計(jì)算出對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)成像時(shí)探針的升降距離，從而準(zhǔn)確計(jì)算出樣品 的實(shí)際厚度。
[0131]另一種樣品厚度的自動(dòng)測(cè)量技術(shù)是通過在掃描探針顯微鏡的探頭安裝距離傳感 器實(shí)現(xiàn)的，如圖12所示。圖12中，12為測(cè)頭，5為底座，2為探針，3為掃描器，1為樣品，13為精 密螺桿，14為步進(jìn)電機(jī)，15為距離傳感器。距離傳感器15直接測(cè)量底座與測(cè)頭間的距離。在 檢測(cè)成像時(shí)，精密螺桿根據(jù)樣品的厚薄進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，樣品越厚，螺桿升得越高越，測(cè)頭與 底座間的距離就越大，因此根據(jù)距離傳感器檢測(cè)樣品時(shí)測(cè)頭與底座間的距離，也能準(zhǔn)確計(jì) 算出樣品的厚度。
[0132] 本實(shí)施例根據(jù)掃描探針顯微鏡探頭螺桿和探針的位置得到螺桿的行程位置，或在 探頭上安裝距離傳感器檢測(cè)底座與測(cè)頭間的距離，來自動(dòng)精確計(jì)算被測(cè)樣品的厚度，以此 結(jié)合實(shí)施例一的校正方法對(duì)實(shí)際掃描范圍進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，直接得到校準(zhǔn)后的測(cè)試結(jié)果。
[0133] 本實(shí)施例的方法和結(jié)構(gòu)可以集成到掃描探針顯微鏡中，實(shí)現(xiàn)掃描探針顯微鏡的實(shí) 時(shí)在線掃描范圍的全自動(dòng)校正，即掃描探針顯微鏡在裝樣進(jìn)針時(shí)，已自動(dòng)獲得被測(cè)樣品的 實(shí)際厚度，而在掃描成像系統(tǒng)內(nèi)部則以此厚度對(duì)掃描范圍進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，其檢測(cè)結(jié)果實(shí)際 是校正后的準(zhǔn)確結(jié)果。
[0134] 本發(fā)明提出的壓電陶瓷管的掃描范圍校正方法，有效校正了因樣品厚度變化引起 壓電陶瓷管掃描器掃描范圍的變化所帶來的測(cè)量誤差，使壓電陶瓷管掃描器在保留原有的 高分辨率、低成本等優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的高準(zhǔn)確度，滿足了科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用 對(duì)掃描探針顯微鏡的高分辨率、高準(zhǔn)確度和低成本的實(shí)際要求。
[0135] 以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施 例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替 換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在于:包括以下步驟： 51、 從計(jì)算校正法、盲校正法和擬合校正法中選定一種基于樣品厚度的掃描范圍校正 方法，并根據(jù)選定的校正方法得到壓電陶瓷管掃描器的實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系， 其中，計(jì)算校正法根據(jù)給定的壓電陶瓷管長(zhǎng)度、給定的樣品臺(tái)高度以及1個(gè)給定厚度的標(biāo)準(zhǔn) 樣品得到實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系，盲校正法根據(jù)兩個(gè)給定厚度不同的標(biāo)準(zhǔn)樣品得 到實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系，擬合校正法根據(jù)一系列不同給定厚度的標(biāo)準(zhǔn)樣品實(shí)際 掃描成像的結(jié)果擬合出實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系； 52、 獲取被測(cè)樣品的實(shí)際厚度，并根據(jù)被測(cè)樣品的實(shí)際厚度以及實(shí)際掃描范圍與樣品 厚度的關(guān)系對(duì)壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍進(jìn)行校正。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在于:所 述計(jì)算校正法根據(jù)給定的壓電陶瓷管長(zhǎng)度、給定的樣品臺(tái)高度以及1個(gè)給定厚度的標(biāo)準(zhǔn)樣 品得到實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系這一步驟，其具體為： 根據(jù)給定的壓電陶瓷管長(zhǎng)度L、給定的樣品臺(tái)高度Η以及1個(gè)給定厚度為TO的標(biāo)準(zhǔn)樣品 得到實(shí)際掃描范圍S與樣品厚度T的關(guān)系表達(dá)式，所述實(shí)際掃描范圍S與樣品厚度T的關(guān)系表 達(dá)式為：其中，SO為標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)定的掃描范圍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在于:所 述盲校正法根據(jù)兩個(gè)給定厚度不同的標(biāo)準(zhǔn)樣品得到實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系這一 步驟，其具體為： 根據(jù)兩個(gè)給定厚度分別為TO和T1的標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)實(shí)際掃描范圍進(jìn)行兩次標(biāo)定，然后根據(jù) 兩次標(biāo)定的結(jié)果得出實(shí)際掃描范圍S與樣品厚度T的關(guān)系表達(dá)式，所述實(shí)際掃描范圍S與樣 品厚度τ的關(guān)系表達(dá)式為：其中，so為給定厚度為TO的標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)定的掃描范圍，S1為給定厚度為T1的標(biāo)準(zhǔn)樣品 標(biāo)定的掃描范圍。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在于:所 述擬合校正法根據(jù)一系列不同給定厚度的標(biāo)準(zhǔn)樣品實(shí)際掃描成像的結(jié)果擬合出實(shí)際掃描 范圍與樣品厚度的關(guān)系這一步驟，其包括： 采用一系列不同給定厚度的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行實(shí)際的掃描成像，獲得壓電陶瓷管掃描器對(duì) 應(yīng)于每個(gè)樣品厚度的實(shí)際掃描范圍； 根據(jù)壓電陶瓷管掃描器對(duì)應(yīng)于每個(gè)樣品厚度的實(shí)際掃描范圍，采用擬合算法擬合出壓 電陶瓷管掃描器的實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系曲線或關(guān)系函數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在于:所 述步驟S2包括： 521、 輸入被測(cè)樣品的實(shí)際厚度或自動(dòng)獲取被測(cè)樣品的實(shí)際厚度； 522、 根據(jù)被測(cè)樣品的實(shí)際厚度以及實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系，采用離線后處理 校正法或?qū)崟r(shí)在線校正法對(duì)壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍進(jìn)行校正。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在于:所 述自動(dòng)獲取被測(cè)樣品的實(shí)際厚度這一步驟，其具體為： 根據(jù)掃描探針顯微鏡探頭螺桿的行程位置自動(dòng)計(jì)算出對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行檢測(cè)成像時(shí)探 針的升降距離，從而精確計(jì)算出被測(cè)樣品的實(shí)際厚度。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在于:所 述自動(dòng)獲取被測(cè)樣品的實(shí)際厚度這一步驟，其具體為： 在掃描探針顯微鏡的探頭上安裝距離傳感器，然后通過距離傳感器檢測(cè)底座與測(cè)頭間 的距離來精確計(jì)算出被測(cè)樣品的實(shí)際厚度。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在于:所 述采用離線后處理校正法對(duì)壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍進(jìn)行校正這一步驟，其具體為： 根據(jù)被測(cè)樣品的實(shí)際厚度以及實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系，對(duì)掃描探針顯微鏡的 檢測(cè)成像控制系統(tǒng)測(cè)試樣品所得到的結(jié)果進(jìn)行離線校準(zhǔn)，得到校準(zhǔn)后的結(jié)果。9. 根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法，其特征在 于:所述采用實(shí)時(shí)在線校正法對(duì)壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍進(jìn)行校正這一步驟，其具體 為： 將計(jì)算校正法、盲校正法和擬合校正法集成到掃描探針顯微鏡的檢測(cè)成像控制系統(tǒng) 中，并在對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，根據(jù)被測(cè)樣品的實(shí)際厚度通過檢測(cè)成像控制系統(tǒng)對(duì)掃描 范圍進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，直接得到校準(zhǔn)后的結(jié)果。10. -種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正系統(tǒng)，其特征在于:包括以下模塊： 選定模塊，用于從計(jì)算校正法、盲校正法和擬合校正法中選定一種基于樣品厚度的掃 描范圍校正方法，并根據(jù)選定的校正方法得到壓電陶瓷管掃描器的實(shí)際掃描范圍與樣品厚 度的關(guān)系，其中，計(jì)算校正法根據(jù)給定的壓電陶瓷管長(zhǎng)度、給定的樣品臺(tái)高度以及1個(gè)給定 厚度的標(biāo)準(zhǔn)樣品得到實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系，盲校正法根據(jù)兩個(gè)給定厚度不同的 標(biāo)準(zhǔn)樣品得到實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系，擬合校正法根據(jù)一系列不同給定厚度的標(biāo) 準(zhǔn)樣品實(shí)際掃描成像的結(jié)果擬合出實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系； 掃描范圍校正模塊，用于獲取被測(cè)樣品的實(shí)際厚度，并根據(jù)被測(cè)樣品的實(shí)際厚度以及 實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系對(duì)壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍進(jìn)行校正； 所述選定模塊的輸出端與掃描范圍校正模塊的輸入端連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍校正方法及系統(tǒng)，方法包括：從計(jì)算校正法、盲校正法和擬合校正法中選定一種基于樣品厚度的掃描范圍校正方法，并根據(jù)選定的校正方法得到壓電陶瓷管掃描器的實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系；獲取被測(cè)樣品的實(shí)際厚度，并根據(jù)被測(cè)樣品的實(shí)際厚度以及實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系對(duì)壓電陶瓷管掃描器的掃描范圍進(jìn)行校正。本發(fā)明增設(shè)了計(jì)算校正法、盲校正法和擬合校正法，能得出實(shí)際掃描范圍與樣品厚度的關(guān)系并根據(jù)樣品的實(shí)際厚度對(duì)掃描范圍進(jìn)行校正，有效校正了因樣品厚度變化引起的壓電陶瓷管掃描器掃描范圍的變化，更加準(zhǔn)確和可靠。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】G01Q40/00
【公開號(hào)】CN105675922
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610079498
【發(fā)明人】吳浚瀚
【申請(qǐng)人】廣州市本原納米儀器有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年2月4日