本實用新型涉及一種三維光學(xué)掃描顯微鏡校準用的標準件，尤其涉及一種用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸校準的標準件，其用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸放大、線性和垂直度的校準。

背景技術(shù)：

光學(xué)掃描顯微鏡如相干掃描顯微鏡，共聚焦掃描顯微鏡，變焦掃描顯微鏡等是廣泛應(yīng)用在測量領(lǐng)域的檢測儀器。跟傳統(tǒng)的顯微鏡相比，三角坐標機不但能提供物體的影像，還能提供物體的表面幾何形貌。這些精密儀器一般測量的范圍在毫米到微米的范圍，精度能在微米甚至納米級別。

精密儀器的校準是通過測量一些標準件，通過和標準件的參數(shù)進行比對而獲得儀器的測量誤差和不確定度。傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡，只有成像功能，而不能測量物體的表面形貌，只需要使用點陣列或者規(guī)則變化的圖形來校準。比如使用二維的黑白交錯的圖形標準件來檢測光學(xué)系統(tǒng)的成像，如圖1所示。這些校準件的特點是所有的特征圖形都是在一個平面上。通過色差，確定圖形中心位置之間的距離來檢測系統(tǒng)的誤差。但是這些交錯的圖形標準件并不能滿足三角坐標機和光學(xué)掃描顯微鏡的三維檢測的需求，而且這些柵格標準件的尺寸較大，也不能達到這些精密儀器的精度標準。

現(xiàn)代的光學(xué)掃描顯微鏡，能檢測物體的表面形貌和粗糙度，這樣的系統(tǒng)對XY軸的準確度要求更高，而傳統(tǒng)的點陣列樣品只能滿足二維的檢測的需求。為檢測精密計量儀器，近年在國際上開始使用一些立體柵格作為檢測的標準件，這些樣品的特征是高低交錯的柵格。有高低的形貌差，可以利用這些標準件檢測光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸向上的放大，線性和垂直度誤差（amplification， linearity and perpendicularity errors）。這種樣品制作的工藝不復(fù)雜，價格也適中。但是由于這種樣品在柵格形貌的邊緣，總是有大角度（90o或者接近90o）不連續(xù)的形貌變化，光學(xué)儀器，例如相干掃描顯微鏡，在測量這種柵格過程中，會在大角度的柵格邊緣出現(xiàn)誤差，影響測量的結(jié)果。而有些光學(xué)檢測技術(shù)，如變聚焦檢測系統(tǒng)在使用過程中很容易產(chǎn)生很多無法測試的數(shù)據(jù)點，丟失大量的數(shù)據(jù)。這些在柵格邊緣出現(xiàn)的測量誤差和丟失的數(shù)據(jù)對估算柵格的幾何中心的會引起極大的誤差，因而無法使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上技術(shù)問題，本實用新型提供了用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸校準的標準件，采用微小的球面和非球面形貌陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交錯的柵格作為校準件，利用光學(xué)儀器的最大測量角度的限制，使樣品的可測區(qū)域（平面區(qū)域）和不可測區(qū)域（大角度的曲面）間形成自然分割。也可以利用設(shè)定在z軸上的測量范圍或者通過設(shè)置z值的數(shù)值域值來過濾。由于這種球面或者非球面的形貌在XY平面上的投影是圓，測量后被測到的部分與無法測量或者被過濾的數(shù)據(jù)的區(qū)域之間形成的邊界也是中心對稱的圓；測量結(jié)果也沒有柵格的典型誤差；最關(guān)鍵的是，這種測量標準件可以被變聚焦檢測系統(tǒng)檢測。

對此，本實用新型的技術(shù)方案為：

一種用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸線性校準的標準件，其包括曲面陣列，所述曲面在XY平面的投影為圓，所述曲面為球面或非球面。

優(yōu)選的，所述曲面陣列中的曲面大小相同，所述曲面之間的間距相同。

采用此技術(shù)方案，該標準件可以是球面形貌的陣列也可以是非球面形貌的陣列。在每個標準件內(nèi)的球面或者非球面大小一致，間隔也一致。因為要滿足光學(xué)系統(tǒng)的視場的尺寸，標準件的被測區(qū)內(nèi)要有足夠數(shù)量的球面或者非球面形貌。

計算中心位置的方案是利用球面和非球面形貌的中心對稱的特點，由于光學(xué)儀器有最大測量角度的測量局限，因此在測量球面和非球面的時候，只有少量球面或者非球面上的數(shù)據(jù)可以測量的到，而且可測和不可測量的區(qū)域分界非常明顯，而且是相對球面的中心對稱的，這樣就可以根據(jù)這個可測區(qū)域的邊界，而計算出球面在XY平面上的中心位置，這些中心位置可以根校準數(shù)據(jù)比對以獲取光學(xué)計量儀器的誤差。

作為本實用新型的進一步改進，所述曲面陣列為5×5 陣列~21×21陣列。即陣列的每行、每列的曲面數(shù)量為5~21。

作為本實用新型的進一步改進，所述曲面的直徑為10~200微米。

作為本實用新型的進一步改進，所述曲面之間的間距為10個單位像素以上。這里的像素是指三維光學(xué)掃描顯微鏡系統(tǒng)的基本顯示單位。不同的光學(xué)鏡頭，其單位像素的大小也不同。.

作為本實用新型的進一步改進，所述曲面的高度為5~100微米。

一般而言，用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸校準的，對標準件的表面的光滑度和產(chǎn)品的幾何對稱度要求比較高，因此普通的生產(chǎn)工藝不能達到這樣的要求。但是，本技術(shù)方案通過使用微透鏡陣列或類似產(chǎn)品代替，解決了這一問題。這類產(chǎn)品的表面粗糙度一般在納米級別，制作工藝很成熟，而且成本也不高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為：

采用本實用新型的技術(shù)方案，采用球面和非球面形貌陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交錯的柵格作為校準件，用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸的放大、線性和垂直度的校準，其優(yōu)勢是樣品可以被光學(xué)儀器檢測；重要的是，其測量結(jié)果不受光學(xué)儀器最大測量傾角的限制，也沒有測量柵格標準件的典型誤差；最關(guān)鍵的是，這種測量器材可以被變聚焦檢測系統(tǒng)檢測。

附圖說明

圖1是本實用新型現(xiàn)有技術(shù)的校準標準件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型一種用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸校準的標準件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型一種用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸校準的標準件的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型一種用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸校準的標準件用變聚焦掃描顯微鏡拍攝的圖片。

圖5是本實用新型一種用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸校準的標準件用變聚焦系統(tǒng)的測量和數(shù)據(jù)處理后結(jié)果。

圖6是本實用新型一種用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸校準的標準件的變聚焦測量系統(tǒng)與參考數(shù)據(jù)間的誤差圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型的較優(yōu)的實施例作進一步的詳細說明。

如圖2~3所示，一種用于三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸線性校準的標準件，其包括球面陣列1，所述球面陣列1中的球面2大小相同，所述球面2之間的間距相同，所述球面陣列1為7×5陣列。所述球面2在XY平面上投影的圓的直徑為75微米。所述球面2之間的間距為13微米。所述球面2的高度為8.5微米。

在進行三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸放大、線性和垂直度校準時，采用以下步驟：

（1）將標準件樣品放在被測平臺上，將標準件樣品與測量儀器的XY軸對準。將標準件樣品調(diào)整水平。

（2）調(diào)整掃描儀器掃描范圍和調(diào)節(jié)儀器參數(shù)，以達到比較好的光亮度和對比度，用變聚焦掃描顯微鏡拍攝的校準件的圖片如圖4所示；測量校準件，用變聚焦系統(tǒng)的測量和數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果如圖5所示。

（3）進行數(shù)據(jù)分析，將所得測量數(shù)據(jù)調(diào)平，通過調(diào)節(jié)閾值，優(yōu)化數(shù)據(jù)的邊緣；通過數(shù)據(jù)的邊界，可以計算得每個特征區(qū)域的中心位置；將計算的中心重心位置與標準件的校準的重心位置信息比對，從而得到被測系統(tǒng)的誤差分析，變聚焦測量系統(tǒng)與參考數(shù)據(jù)間的誤差圖如圖6所示。

由圖4~圖6可見，采用本實施例的標準件進行三維光學(xué)掃描顯微鏡的XY軸線性校準時，不受光學(xué)儀器的最大測量角度限制，也沒有測量柵格標準件的典型誤差；而且可以被變聚焦檢測系統(tǒng)檢測，效果很好。

以上所述之具體實施方式為本實用新型的較佳實施方式，并非以此限定本實用新型的具體實施范圍，本實用新型的范圍包括并不限于本具體實施方式，凡依照本實用新型之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。