[發(fā)明專(zhuān)利]微納器件離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量中面內(nèi)誤差檢測(cè)裝置及補(bǔ)償方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110327688.0
• 申請(qǐng)日: 2011-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102506710A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳治;陳澄;李艷寧;丹特·多倫雷;傅星;胡小唐
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/00
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)誤差的補(bǔ)償方法。特別是涉及一種微納器件離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量中面內(nèi)運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)裝置及補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

微/納機(jī)電系統(tǒng)(Micro/Nano?ElectroMechanical?System，MEMS/NEMS)是集傳感、信息處理和執(zhí)行于一體的集成微系統(tǒng)。近年來(lái)已經(jīng)成為重要的高新技術(shù)領(lǐng)域和研究工作的熱點(diǎn)，其研究和開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)囊括了傳感、致動(dòng)、射頻(RF)、光學(xué)、生化、軍事、航空航天和醫(yī)學(xué)等器件。這些器件的特征尺寸為微米、納米級(jí)別，其強(qiáng)大的生命力在于小體積、大批量、低成本和高可靠性，這使得MEMS/NEMS具有廣泛的應(yīng)用前景。MEMS成為了21世紀(jì)最具發(fā)展前途的科研領(lǐng)域之一，它的迅速發(fā)展對(duì)現(xiàn)有的精密測(cè)試技術(shù)提出了更高的要求，即更大的視場(chǎng)、更高的橫向和縱向分辨率，更大的動(dòng)態(tài)測(cè)試頻譜寬度等。

MEMS的動(dòng)態(tài)特性決定了許多MEMS器件的基本性能，如結(jié)構(gòu)的固有頻率、振動(dòng)模態(tài)、品質(zhì)因數(shù)、響應(yīng)時(shí)間和阻尼系數(shù)等；其次，材料的屬性和機(jī)械力學(xué)參數(shù)以及器件的可靠性等關(guān)鍵問(wèn)題均可以通過(guò)MEMS動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)加以解決；同時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)，還可以研究一系列相關(guān)的基礎(chǔ)理論問(wèn)題，如微尺度下空氣流動(dòng)粘滯阻尼效應(yīng)對(duì)微結(jié)構(gòu)活動(dòng)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)性能的影響機(jī)制等。因此，MEMS的動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)在MEMS的發(fā)展中具有極其重要的地位。目前廣泛應(yīng)用于MEMS動(dòng)態(tài)測(cè)試的技術(shù)主要有：激光多普勒振動(dòng)測(cè)試技術(shù)，計(jì)算機(jī)微視覺(jué)測(cè)試技術(shù)和光學(xué)干涉測(cè)試技術(shù)等，其中基于計(jì)算機(jī)微視覺(jué)的相移顯微干涉測(cè)量憑借其簡(jiǎn)單快捷、無(wú)損、高精度和高垂直分辨率等特點(diǎn)而被廣泛使用。這種方法通過(guò)獲取被測(cè)表面的干涉圖像并對(duì)其進(jìn)行相位提取和展開(kāi)從而獲得器件的離面運(yùn)動(dòng)信息，垂直分辨率可以達(dá)到納米級(jí)。

然而，傳統(tǒng)的相移顯微干涉法得到的是被測(cè)器件的干涉圖像，多采用三步或五步相移算法，并且僅適用于只有離面方向運(yùn)動(dòng)的器件的測(cè)量。然而，微納器件在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都是三維運(yùn)動(dòng)，在離面運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也伴隨著面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。如果器件在三維方向上運(yùn)動(dòng)，器件在不同運(yùn)動(dòng)位置時(shí)其每一點(diǎn)在視場(chǎng)中成像位置都會(huì)有偏移，只有確定了面內(nèi)運(yùn)動(dòng)偏移量才能得到準(zhǔn)確的離面運(yùn)動(dòng)測(cè)試結(jié)果。然而面內(nèi)運(yùn)動(dòng)測(cè)試需要器件的亮場(chǎng)圖像，即非干涉圖像，如果再進(jìn)行非干涉條件下的二次測(cè)量會(huì)因?yàn)槠骷旧怼⑾到y(tǒng)和環(huán)境因素的影響帶來(lái)多種不確定性，影響測(cè)量結(jié)果的可信度。這時(shí)就需要新的算法能夠在一次相移干涉顯微測(cè)試中同時(shí)完成面內(nèi)和離面這兩種運(yùn)動(dòng)測(cè)試，并用面內(nèi)測(cè)量結(jié)果對(duì)離面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種適用于具有周期運(yùn)動(dòng)或可重復(fù)的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)特征微/納器件的測(cè)試中的微納器件離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量中面內(nèi)運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)裝置及補(bǔ)償方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種微納器件離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量中面內(nèi)誤差檢測(cè)裝置及補(bǔ)償方法。微納器件離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量中面內(nèi)運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)裝置，有控制及圖像處理單元，以及與所述的控制及圖像處理單元相連接的相移顯微干涉系統(tǒng)，其中，所述的相移顯微干涉系統(tǒng)包括有：

依次設(shè)置的用于得到被測(cè)微納器件的圖像的：振動(dòng)隔離臺(tái)、三維微動(dòng)探針臺(tái)、被測(cè)微納器件、顯微干涉儀、納米定位儀以及顯微鏡；

頻閃照明控制器，為系統(tǒng)提供照明；

高壓運(yùn)放驅(qū)動(dòng)器，連接被測(cè)微納器件，用于驅(qū)動(dòng)被測(cè)微納器件運(yùn)動(dòng)；

任意波形發(fā)生器，輸入端連接控制及圖像處理單元，輸出端分別連接頻閃照明控制器和高壓運(yùn)放驅(qū)動(dòng)器，在控制及圖像處理單元的控制下分別向頻閃照明控制器和高壓運(yùn)放驅(qū)動(dòng)器發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

CCD攝像機(jī)，與顯微鏡相連，用于通過(guò)顯微鏡攝取被測(cè)微納器件的圖像；

圖像采集卡，分別連接控制及圖像處理單元和CCD攝像機(jī)，用于采集CCD攝像機(jī)所攝取的被測(cè)微納器件的圖像，并將該圖像存儲(chǔ)在控制及圖像處理單元中。

所述的控制及圖像處理單元還分別連接圖像采集卡、CCD攝像機(jī)和納米定位儀，用于協(xié)調(diào)圖像采集卡、CCD攝像機(jī)和納米定位儀的動(dòng)作。

所述的控制及圖像處理單元是由計(jì)算機(jī)構(gòu)成。

一種用于微納器件離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量中面內(nèi)運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)裝置的運(yùn)動(dòng)誤差的補(bǔ)償方法，包括如下步驟：

1)通過(guò)微納器件離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量中面內(nèi)運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)裝置，采集被測(cè)微納器件的動(dòng)作圖像；

2)進(jìn)行面內(nèi)位移測(cè)試，對(duì)步驟1在各個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)位置處采集的干涉圖像，利用圖像配準(zhǔn)算法獲取被測(cè)微納器件亮場(chǎng)圖像，再采用塊匹配算法計(jì)算得到被測(cè)器件的面內(nèi)位移情況；