一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件，其包括曲面阵列，所述曲面在XY平面上的投影为圆，所述曲面为球面或非球面。采用此技术方案，标准件可以被三维光学扫描显微镜检测，测量结果不受光学仪器最大测量角度的限制，也没有测量栅格标准件的典型误差；最关键的是，这种测量器材可以被变聚焦检测系统检测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件
本技术涉及一种三维光学扫描显微镜校准用的标准件，尤其涉及一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件，其用于三维光学扫描显微镜的XY轴放大、线性和垂直度的校准。
技术介绍
光学扫描显微镜如相干扫描显微镜，共聚焦扫描显微镜，变焦扫描显微镜等是广泛应用在测量领域的检测仪器。跟传统的显微镜相比，三角坐标机不但能提供物体的影像，还能提供物体的表面几何形貌。这些精密仪器一般测量的范围在毫米到微米的范围，精度能在微米甚至纳米级别。精密仪器的校准是通过测量一些标准件，通过和标准件的参数进行比对而获得仪器的测量误差和不确定度。传统的光学显微镜，只有成像功能，而不能测量物体的表面形貌，只需要使用点阵列或者规则变化的图形来校准。比如使用二维的黑白交错的图形标准件来检测光学系统的成像，如图1所示。这些校准件的特点是所有的特征图形都是在一个平面上。通过色差，确定图形中心位置之间的距离来检测系统的误差。但是这些交错的图形标准件并不能满足三角坐标机和光学扫描显微镜的三维检测的需求，而且这些栅格标准件的尺寸较大，也不能达到这些精密仪器的精度标准。现代的光学扫描显微镜，能检测物体的表面形貌和粗糙度，这样的系统对XY轴的准确度要求更高，而传统的点阵列样品只能满足二维的检测的需求。为检测精密计量仪器，近年在国际上开始使用一些立体栅格作为检测的标准件，这些样品的特征是高低交错的栅格。有高低的形貌差，可以利用这些标准件检测光学扫描显微镜的XY轴向上的放大，线性和垂直度误差（amplification，linearityandperpendicularityerrors）。这种样品制作的工艺不复杂，价格也适中。但是由于这种样品在栅格形貌的边缘，总是有大角度（90º或者接近90º）不连续的形貌变化，光学仪器，例如相干扫描显微镜，在测量这种栅格过程中，会在大角度的栅格边缘出现误差，影响测量的结果。而有些光学检测技术，如变聚焦检测系统在使用过程中很容易产生很多无法测试的数据点，丢失大量的数据。这些在栅格边缘出现的测量误差和丢失的数据对估算栅格的几何中心的会引起极大的误差，因而无法使用。
技术实现思路
针对以上技术问题，本技术提供了用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件，采用微小的球面和非球面形貌阵列代替传统的交错的栅格作为校准件，利用光学仪器的最大测量角度的限制，使样品的可测区域（平面区域）和不可测区域（大角度的曲面）间形成自然分割。也可以利用设定在z轴上的测量范围或者通过设置z值的数值域值来过滤。由于这种球面或者非球面的形貌在XY平面上的投影是圆，测量后被测到的部分与无法测量或者被过滤的数据的区域之间形成的边界也是中心对称的圆；测量结果也没有栅格的典型误差；最关键的是，这种测量标准件可以被变聚焦检测系统检测。对此，本技术的技术方案为：一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴线性校准的标准件，其包括曲面阵列，所述曲面在XY平面的投影为圆，所述曲面为球面或非球面。优选的，所述曲面阵列中的曲面大小相同，所述曲面之间的间距相同。采用此技术方案，该标准件可以是球面形貌的阵列也可以是非球面形貌的阵列。在每个标准件内的球面或者非球面大小一致，间隔也一致。因为要满足光学系统的视场的尺寸，标准件的被测区内要有足够数量的球面或者非球面形貌。计算中心位置的方案是利用球面和非球面形貌的中心对称的特点，由于光学仪器有最大测量角度的测量局限，因此在测量球面和非球面的时候，只有少量球面或者非球面上的数据可以测量的到，而且可测和不可测量的区域分界非常明显，而且是相对球面的中心对称的，这样就可以根据这个可测区域的边界，而计算出球面在XY平面上的中心位置，这些中心位置可以根校准数据比对以获取光学计量仪器的误差。作为本技术的进一步改进，所述曲面阵列为5×5阵列~21×21阵列。即阵列的每行、每列的曲面数量为5~21。作为本技术的进一步改进，所述曲面的直径为10~200微米。作为本技术的进一步改进，所述曲面之间的间距为10个单位像素以上。这里的像素是指三维光学扫描显微镜系统的基本显示单位。不同的光学镜头，其单位像素的大小也不同。.作为本技术的进一步改进，所述曲面的高度为5~100微米。一般而言，用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的，对标准件的表面的光滑度和产品的几何对称度要求比较高，因此普通的生产工艺不能达到这样的要求。但是，本技术方案通过使用微透镜阵列或类似产品代替，解决了这一问题。这类产品的表面粗糙度一般在纳米级别，制作工艺很成熟，而且成本也不高。与现有技术相比，本技术的有益效果为：采用本技术的技术方案，采用球面和非球面形貌阵列代替传统的交错的栅格作为校准件，用于三维光学扫描显微镜的XY轴的放大、线性和垂直度的校准，其优势是样品可以被光学仪器检测；重要的是，其测量结果不受光学仪器最大测量倾角的限制，也没有测量栅格标准件的典型误差；最关键的是，这种测量器材可以被变聚焦检测系统检测。附图说明图1是本技术现有技术的校准标准件的结构示意图。图2是本技术一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件的结构示意图。图3是本技术一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件的立体结构示意图。图4是本技术一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件用变聚焦扫描显微镜拍摄的图片。图5是本技术一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件用变聚焦系统的测量和数据处理后结果。图6是本技术一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件的变聚焦测量系统与参考数据间的误差图。具体实施方式下面结合附图，对本技术的较优的实施例作进一步的详细说明。如图2~3所示，一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴线性校准的标准件，其包括球面阵列1，所述球面阵列1中的球面2大小相同，所述球面2之间的间距相同，所述球面阵列1为7×5阵列。所述球面2在XY平面上投影的圆的直径为75微米。所述球面2之间的间距为13微米。所述球面2的高度为8.5微米。在进行三维光学扫描显微镜的XY轴放大、线性和垂直度校准时，采用以下步骤：（1）将标准件样品放在被测平台上，将标准件样品与测量仪器的XY轴对准。将标准件样品调整水平。（2）调整扫描仪器扫描范围和调节仪器参数，以达到比较好的光亮度和对比度，用变聚焦扫描显微镜拍摄的校准件的图片如图4所示；测量校准件，用变聚焦系统的测量和数据处理后的结果如图5所示。（3）进行数据分析，将所得测量数据调平，通过调节阈值，优化数据的边缘；通过数据的边界，可以计算得每个特征区域的中心位置；将计算的中心重心位置与标准件的校准的重心位置信息比对，从而得到被测系统的误差分析，变聚焦测量系统与参考数据间的误差图如图6所示。由图4~图6可见，采用本实施例的标准件进行三维光学扫描显微镜的XY轴线性校准时，不受光学仪器的最大测量角度限制，也没有测量栅格标准件的典型误差；而且可以被变聚焦检测系统检测，效果很好。以上所述之具体实施方式为本技术的较佳实施方式，并非以此限定本技术的具体实施范围，本技术的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本技术之形状、结构所作的等效变化均在本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件，其特征在于：其包括曲面阵列，所述曲面在XY平面的投影为圆，所述曲面为球面或非球面。

【技术特征摘要】
1.一种用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件，其特征在于：其包括曲面阵列，所述曲面在XY平面的投影为圆，所述曲面为球面或非球面。2.根据权利要求1所述的用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件，其特征在于：所述曲面阵列中的曲面大小相同，所述曲面之间的间距相同。3.根据权利要求2所述的用于三维光学扫描显微镜的XY轴校准的标准件，其特征在于：所述曲面阵列为5×5...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文娟，
申请(专利权)人：孙文娟，
类型：新型
国别省市：广东,44