[發明專利]一種基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法

在審

• 申請號: 202210985697.7
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115420910A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 廖瑜;張憲民;李海;朱本亮;賴建豪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24;G06K9/00;G06T7/70
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 周春麗

1.一種基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、描述卡西尼卵形線方程，對構型參數進行選定即得到滿足掃描區域所需的基礎圖案，其中，分別為點M到兩定點F1與F2的距離，c是點F1與點F2之間的距離；

S2、加入平移函數kθ，使得掃描軌跡以所述基礎圖案為基礎，根據平移函數進行覆蓋掃描區域的類擺線的恒頻率平移掃描，得到掃描軌跡函數；

S3、輸入掃描區域總寬度和掃描總周期數作為已知條件，對構造的掃描軌跡函數進行參數求解與整定，得到軌跡點在x、y軸上的坐標位置；

S4、將S3中確定好的軌跡點位置對應輸出為掃描平臺驅動信號，最終發送信號驅動掃描平臺按設定軌跡進行掃描。

2.根據權利要求1所述的基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法，其特征在于，步驟S1中，所述卡西尼卵形線方程為

式中，θ為軌跡點角度，r為卵形線軌跡點到極坐標原點距離。

3.根據權利要求2所述的基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法，其特征在于，步驟S1中，所述基礎圖案為中部平整的卵形線。

4.根據權利要求2所述的基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法，其特征在于，基礎圖案高寬比

5.根據權利要求1所述的基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法，其特征在于，步驟S1中的掃描區域為方形區域。

6.根據權利要求1所述的基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法，其特征在于，步驟S2中所述掃描軌跡函數為

x＝rsinθ+kθ

y＝rcosθ

θ＝2πft 4)

其中，x為掃描軌跡點橫坐標，y為掃描軌跡點縱坐標，掃描周期內軌跡點角度θ∈[0，2Nπ]，N為總掃描周期數，k為引入的平移系數，為恒定值，r為卵形線軌跡點到極坐標原點距離，f為掃描頻率，t為掃描所經歷的時間。

7.根據權利要求1所述的基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法，其特征在于，步驟S4中得到掃描軌跡信號平滑且不存在速度突變。

8.根據權利要求1-7任一所述的基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法，其特征在于，步驟S3包括：

對于兩軌跡點p1和p2，其對應經過的角度θ₁、θ₂，滿足：

當時，時，其中n是某一個卡西尼卵形線周期，n＝1，2，…，N-1，求得螺距

P＝x(θ₂)-x(θ₁)＝2πk 5)

x(θ₁)為當軌跡點p1處于θ₁位置時的橫坐標，x(θ₂)為為當軌跡點p2處于θ₂位置時的橫坐標；

當θ₁＝2nπ，θ₂＝π+2nπ，其中n＝0，1，…，N-1，有卵形線高度

其中y(θ₁)為當軌跡點p1處于θ₁位置時的縱坐標，y(θ₂)為為當軌跡點p2處于θ₂位置時的縱坐標；

當得掃描區域總寬度

為使得掃描路徑盡可能無重復地覆蓋掃描區域，則軌跡重疊寬度應控制為一個螺距，即總寬度W同樣可由螺距P按如下式構成：

W＝(2N-1)P 8)

將總掃描寬度W與總掃描周期數N當作已知量代入步驟S2中的掃描軌跡函數和公式5～8后，即可得到參數a、c、平移系數k、掃描螺距P和掃描高度H的值，將計算所得的參數值輸入步驟S1中的卡西尼卵形線方程，按照采樣頻率對信號進行采樣即可獲得自變量θ，從而得到掃描軌跡點在x、y軸上的坐標位置。