Спосіб надлишкових вимірювань площі пласких нанооб’єктів

Реферат: Винахід належить до вимірювальних засобів для створення високоточних цифрових вимірювачів лінійних розмірів нанооб'єктів. Спосіб надлишкових вимірювань площі пласких нанооб'єктів полягає у тому, що спочатку отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами у SП рази зображення наноміри з енергетичною світністю Re1 із нормованою за значенням площею s0, яка вибирається за умовою, що {s0}(3-10)({l1}{l/1}), де {l1}{l1} розрізнювальна здатність відеосенсора приймальної ПЗЗ-матриці, одно- або багатократно від 10 до 100 разів зчитують "растр за растром" або "кадр за кадром" інформацію з отриманої цифрової матриці, визначають і запам'ятовують значення N1 або N1 площі вторинного оптичного образу наноміри, потім отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами у SП рази зображення другого нанооб'єкта з енергетичною світністю Rе2 і з площею s1 (розміром {s1} = {s0} + {sx}), що складається з площі наноміри і досліджуваного нанооб'єкта, запам'ятовують його цифрову матрицю, одно- або багатократно від 10 до 100 разів зчитують "растр за растром" або "кадр за кадром" інформацію з отриманої цифрової матриці, визначають і запам'ятовують значення N2 або N2 площі вторинного оптичного образу другого нанооб'єкта, після цього отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами зображення досліджуваного нанооб'єкта з енергетичною світністю Re3 і з невідомою за значенням площею sx, аналогічним чином визначають і запам'ятовують значення площі N3 або N3 вторинного оптичного образу досліджуваного нанооб'єкта, а про дійсне значення площі судять за вказаним рівнянням числових значень. Винахід забезпечує виключення систематичних похибок вимірювання. UA 97892 C2 (12) UA 97892 C2 UA 97892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до нанометрії і може бути використаний при створенні високоточних оптико-електронних засобів вимірювання площі пласких нанооб'єктів при попередньому підсиленні оптичних зображень нанооб'єктів та їх візуалізації. Відомий спосіб вимірювання площі пласких нанооб'єктів (див., наприклад, Е.Л.Карташева, Г.А.Багадасарова, А.С.Болдырев и др. Визуализация данных вычислительных экспериментов в области 3D моделирования излучаемой плазмы, выполняемых на многопроцессорных вычислительных системах с помощью пакета MARPLE. Институт математического моделирования РАН, Москва, Россия (электронный журнал "Научная визуализация", №1, 2010 (див. сайт http://sv-joumal.com/2010-1/0l/index.html#2) або за ключовими словами назви статті), оснований на опроміненні зображення нанооб'єкту потоком оптичного чи жорсткого випромінювання заданої довжини хвилі з вузькою спектральною смугою або когерентним світлом, формуванні первинного просторового оптичного образу нанооб'єкта, оптикоелектронному підсиленні його, перетворенні у вторинний оптичний образ (візуалізації) з наступним визначенням його розмірів методом прямих вимірювань. Відомому способу притаманні не достатньо висока точність вимірювання площі пласких нанооб’єктів тому, що в основу покладені методи прямих вимірювань, що дають результат вимірювання, приведений до виходу вимірювального каналу зі всіма похибками вимірювання. Крім того, відомий спосіб не направлений на зменшення чи виключення систематичних та випадкових похибок вимірювання. Відомий спосіб вимірювання площі пласких нанооб'єктів (див. наприклад, А.Ю.Кузин, В.Н.Марютин, В.В.Календин. Методы и средства измерений линейных размеров в нанометровом диапазоне. http://nano-technology.org/nano-metrovyiy-diapason/metodyi-i-sredsiYaizmeremy-lineynyih-ra2merov-v-nanometro-vom-diap.html), оснований на опроміненні зображення нанооб'єкта потоком оптичного чи жорсткого випромінювання заданої довжини хвилі з вузькою спектральною смугою або когерентним світлом, формуванні первинного просторового оптичного образу нанооб'єкта, оптико-електронному підсиленні його, перетворенні у вторинний оптичний образ з наступним визначенням його розмірів методом прямих вимірювань. Відомому способу також притаманні не достатньо висока точність вимірювання лінійних розмірів нанообєктів, в тому числі й площі, тому що в його основу також покладені методи прямих вимірювань, що забезпечують отримання результату вимірювання, приведеного до виходу вимірювального каналу. Крім того, він не забезпечує зменшення чи виключення систематичних похибок вимірювання, в тому числі похибки від зміни довжини оптичного шляху. Найбільш близький за технічною суттю є спосіб вимірювання площі пласких нанооб'єктів (див. Ю.А.Новиков, А.В.Раков, П.А.Тодуа. Нанотехнология и нанометрология. Труді Института общей физики им. А.М.Прохорова, том 62, 2006), оснований на опроміненні нанооб'єкта потоком оптичного чи жорсткого випромінювання заданої потужності Ф 0 і довжини хвилі 0 або когерентним світлом тієї ж потужності і формуванні первинного просторового оптичного образу (зображення) нанооб'єкта відбитим потоком оптичного випромінювання потужністю Фох, оптичному підсиленні його у kоп рази, оптико-електронному закономірному перетворенні просторового первинного оптичного образу (зображення) плаского нанооб'єкта з енергетичною світністю Rе і площею sx у просторовий дискретно-аналоговий сигнал, експозиції його протягом заданого проміжку часу t0 сек., електронному підсиленні у kе рази, закономірному аналогоцифровому перетворенні (з коефіцієнтом перетворення kц) просторового дискретноаналогового сигналу у масив даних (у матрицю цифрових кодів) при заданому порозі його розрізнювання, упорядкованому запам'ятовуванні отриманих даних про площу нанооб'єкта, зворотному перетворенні їх з коефіцієнтом перетворення kц, візуалізації збільшеного за розмірами у Sп=kопkekц рази зображення площі первинного оптичного образу плаского нанооб'єкта і запам'ятовуванні його цифрової моделі чи цифрової матриці, послідовному одночи багатократному зчитуванні ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформації з отриманої цифрової матриці з подальшим визначенням площі вторинного оптичного образу нанооб'єкта шляхом накопичення чи інтегрування масиву даних цифрової матриці в межах кожного растра (кадру) та додаткової статобробці отриманих результатів при зчитуванні інформації з однієї й тієї ж цифрової матриці протягом 10-100 растрів (кадрів). Відомий спосіб не забезпечує високу точність вимірювання площі пласких нанооб’єктів тому, що в його основу покладений метод прямих вимірювань, що дає результат вимірювання, приведений до виходу вимірювального каналу. Тому всі похибки, що обумовлені нестабільністю параметрів оптико-електронного каналу, впливають на кінцевий результат вимірювання. Крім того, відомий спосіб не забезпечує зменшення чи виключення основних та додаткових систематичних похибок вимірювання, в тому числі й похибки від зміни довжини оптичного шляху. 1 UA 97892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 В основу винаходу поставлена задача створення способу надлишкових вимірювань площі пласких нанооб'єктів, який забезпечував би автоматичне виключення основних та додаткових систематичних похибок вимірювання, обумовлених нестабільністю елементів оптикоелектронного каналу, різною довжиною оптичного шляху, забрудненням та запотіванням оптичних елементів оптичних елементів каналу. Поставлена технічна задача вирішується тим, що спосіб надлишкових вимірювань площі пласких нанооб'єктів, оснований на опроміненні нанооб'єкта потоком оптичного чи жорсткого випромінювання заданої потужності Ф0 і довжини хвилі 0 або когерентним світлом тієї ж потужності і формуванні первинного просторового оптичного образу (зображення) нанооб'єкта відбитим потоком оптичного випромінювання потужністю Фох, оптичному підсиленні його у kоп рази, оптико-електронному закономірному перетворенні просторового первинного оптичного образу (зображення) плаского нанооб'єкта з енергетичною світністю Re і площею sx у просторовий дискретно-аналоговий сигнал, експозиції його протягом заданого проміжку часу t0 сек., електронному підсиленні у kе рази, закономірному аналого-цифровому перетворенні (з коефіцієнтом перетворення kц) просторового дискретно-аналогового сигналу у масив даних (у матрицю цифрових кодів) при заданому порозі його розрізнювання, упорядкованому запам'ятовуванні отриманих даних про площу нанооб'єкта, зворотному перетворенні їх з коефіцієнтом перетворення kц, візуалізації збільшеного за розмірами у Sп=kопkekц рази зображення площі первинного оптичного образу плаского нанооб'єкта і запам'ятовуванні його цифрової моделі чи цифрової матриці, послідовному одно- чи багатократному зчитуванні ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформації з отриманої цифрової матриці з подальшим визначенням площі вторинного оптичного образу нанооб'єкта шляхом накопичення чи інтегрування масиву даних цифрової матриці в межах кожного растра (кадру) та додаткової статобробці отриманих результатів при зчитуванні інформації з однієї й тієї ж цифрової матриці протягом 10-100 растрів (кадрів), відрізняється від відомих тим, що спочатку отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами у Sп рази зображення наноміри з енергетичною світністю Rе1 і з нормованою за значенням площею s0, яка вибирається за умовою, що s0  (3  10)( l1 l1), де {l1}{l1} - розрізнювальна здатність відеосенсора (приймальної ПЗЗ-матриці), одно- або багатократно (10-100 разів) зчитують ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформацію з отриманої цифрової матриці, визначають і запам'ятовують значення N1 чи N1 площі вторинного оптичного образу наноміри, потім отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами у SП рази зображення другого нанооб'єкта з енергетичною світністю Rе2 і з площею 5, (розміром {s1} = {s0} + {sx}), що складається з площі наноміри і досліджуваного нанооб'єкта, запам'ятовують його цифрову матрицю, одно- або багатократно (10-100 разів) зчитують ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформацію з отриманої цифрової матриці, визначають і запам'ятовують значення N2 чи N2 площі вторинного оптичного образу другого нанооб'єкта, після цього отримають і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами зображення досліджуваного нанооб'єкта з енергетичною світністю Rе3 і з невідомою за значенням площею sx, аналогічним чином визначають і запам'ятовують значення площі N3 чи N3 вторинного оптичного образу досліджуваного нанооб'єкта, а про дійсне значення площі судять за рівнянням числових значень N x  { s0 } N2  N1 , N2  N3 чи, при наявності випадкових завад, за рівнянням числових значень Nx  {s0 } 45 50 55 N2  N1 N2  N3 , де N1 , N2 i N3 - усереднені результати вимірювання, що отримані при зчитуванні інформації протягом 10-…100-кратного оновлення растрів (кадрів). При вимірюваннях площин кожного з трьох нанооб'єктів одним із відомих методів забезпечують рівність між собою довжин оптичного шляху lоп  l1, lоп  l2 i lоп  l3, де l1 , l2 , l3 - похибки встановлення заданої довжини оптичного шляху при вимірюваннях площин першого, другого та третього нанооб'єкта, тобто забезпечують рівності {lоп1} = {lоп2} = {lоп3} = {lоп} при {l1} = = {l2} = {l3} = 0 або {lоп1} {lоп2} = {lоп3} = {l’оп} при {l1} = {l2} = {l3} = const. На рисунку наведена функціональна схема цифрового вимірювача площі пласких нанооб'єктів, де 1 - джерело оптичного випромінювання; 2 - точкова діафрагма-джерело; 3 оптична система; 4 - предметний стіл; 5 - об'єкт дослідження; 6 - перший виконавчий механізм; 7 - конфокальна діафрагма; 8 - відеосенсор (прилад з зарядовим зв’язком або ПЗЗ-матриця); 9 2 UA 97892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 другий виконавчий механізм; 10 - мікроконтролер; 11 - постійний запам'ятовуючий пристрій; 12 оперативний запам'ятовуючий пристрій; 13 - цифровий відліковий пристрій; 14 - графічний дисплей; 15 - клавіатура; 16 - загальна шина. Суть запропонованого способу надлишкових вимірювань площі пласких нанооб'єктів полягає в наступному. Запропонований спосіб оснований на опроміненні нанооб'єкта потоком оптичного чи жорсткого випромінювання заданої потужності Ф0 і довжини хвилі 0 з вузькою спектральною смугою або когерентним світлом тієї ж потужності і формуванні первинного просторового оптичного образу (зображення) нанооб'єкта відбитим потоком оптичного випромінювання потужністю Фох. Первинний оптичний образ чи зображення нанооб'єкта (досліджуваного чи наноміри) оптично підсилюють у kоп рази. Після цього здійснюють оптико-електронне закономірне перетворення просторового первинного оптичного образу (зображення) плаского нанооб'єкта з енергетичною світністю Re і площею sx у просторовий дискретно-аналоговий сигнал протягом заданого проміжку часу t0 . Вибір останнього залежіть від частота fзч зчитування сигналу, частоти розгортки або частоти кадрів. Просторовий дискретно-аналоговий електричний сигнал підсилюють у kе рази. Потім здійснюють закономірне аналого-цифрове перетворення (з коефіцієнтом перетворення kп) просторового дискретно-аналогового сигналу у масив даних (у цифрову матрицю кодів чисел) при заданому порозі його розрізнювання. Отримані дані про площу нанооб'єкта (цифрову матрицю) упорядковано запам'ятовують. Здійснюють зворотне перетворення (з коефіцієнтом перетворення kц) отриманих даних (цифрової матриці) у збільшений за розмірами вторинний оптичний образ (на екрані дисплея). Візуалізують збільшене за розмірами у Sп=kопkekц рази зображення площі первинного оптичного образу плаского нанооб'єкта. Запам'ятовують його остаточну цифрову модель чи цифрову матрицю. Послідовно одно- чи багатократно зчитують ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформацію з отриманої цифрової матриці. Визначають площу вторинного оптичного образу нанооб'єкта шляхом інтегрування масиву даних отриманої остаточної цифрової матриці в межах кожного растра (кадру) та додаткової статобробки отриманих результатів при зчитуванні інформації з однієї й тієї ж цифрової матриці протягом 10-100 растрів (кадрів). Від відомих запропонований спосіб відрізняється тим, що спочатку отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами у SП рази оптичне зображення наноміри з енергетичною світністю Re1 з нормованою за значенням площею s0. Остання вибирається за умови, що {so }  (3  10)({ l1}  {l1}), де {l1}  {l1} - розрізнювальна здатність відеосенсора (приймальної ПЗЗ-матриці). Далі одно- або багатократно (10-100 разів) зчитують ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформацію з отриманої цифрової матриці. Визначають і запам'ятовують числове значення площі вторинного оптичного образу (зображення) наноміри за рівнянням числових значень N1  SП1{Ф0 }е {lоп }  SП {Фо1}е {lоп }  SП {Re1}{ s0 }е {lоп } , (1) де SП - загальний коефіцієнт перетворення первинного зображення площі наноміри у вторинне зображення (Sп=kопkekц); 1 - коефіцієнт відбиття (1 = {Фо1}/{Ф0}); Iоп - довжина оптичного шляху; Фо1 - потужність потоку оптичного випромінювання, відбитого від наноміри; Rе1 - енергетична світність; s0 - площа наноміри;  - коефіцієнт поглинання, чи за рівнянням числових значень N1  SП1{Ф0 }е {lоп }  SП {Фо1}е {lоп }  SП {Re1} {s0 }е {lоп } , (2) {Фо } - середнє значення потоку оптичного випромінювання; {Фо1} - середнє значення 50 55 потужності відбитого потоку оптичного випромінювання, {Re1} - середнє значення енергетичної світності. Слід зазначити, що при вимірюваннях нанооб'єктів різної товщими змінюється значення довжини оптичного шляху lоп від нанооб'єкта до вiдеосенсора (приймача оптичного зображення). Це слід ураховувати при вимірюваннях. Потім отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами у Sп рази зображення другого нанооб'єкта з енергетичною світністю Re2 і площею s1. Остання складається з площ наномірі і досліджуваного нанооб'єкта і має розмір {s1} = {s0} + {sx}. Запам'ятовують його цифрову матрицю, одно- або багатократно (10100 разів). Зчитують ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформацію з отриманої цифрової 3 UA 97892 C2 матриці. Визначають і запам'ятовують значення площі вторинного (зображення) другого нанооб'єкта за рівнянням числових значень N2  SП2 {Ф0 }е {lоп }  SП {Фо2 }е {lоп }  SП {Re2 }{s1}е {lоп } , (3) 5 10 оптичного образу де 2 - коефіцієнт відбиття (2 = {Фо2}/{Ф0}); Фо2 - потужність потоку оптичного випромінювання, відбитого від другого нанооб'єкта; Re2 - енергетична світність, чи N2  SП2 {Ф0 }е {lоп }  SП {Фо2 }е {lоп }  SП {Re2 } {s0 }е {lоп } , (4) де {Фо2 } - середнє значення потужності потоку оптичного випромінювання відбитого від другого нанооб'єкта, {Re2} - середнє значення енергетичної світності другого нанооб'єкта. Після цього отримають і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами зображення досліджуваного нанооб'єкта з енергетичною світністю Rе3 і невідомою за значенням площею sx. Аналогічним чином визначають і запам'ятовують значення вторинного оптичного образу (зображення) площі sx за рівнянням числових значень N3  SП3 {Фо }е {lоп }  SП {Фо3 }е {lоп }  SП {Re3 }{s1}е {lоп } , (5) де 3 - коефіцієнт відбиття (2 = {Фо2}/{Ф0}); Фо2 - потужність потоку оптичного випромінювання, відбитого від другого нанооб'єкта; Re2 - енергетична світність, чи N3  SП3 {Ф0 }е {lоп }  SП {Фо3 }е {lоп }  SП {Re3 } {s0 }е {lоп } , (6) 15 де {Фо3 } - середнє значення потужності потоку оптичного випромінювання, відбитого від досліджуваного нанооб'єкта, {Re3} - середнє значення енергетичної світності досліджуваного нанооб'єкта. Про дійсне значення площі досліджуваного нанооб'єкта судять за рівнянням числових значень N x  { s0 } 20 25 30 35 40 45 N2  N1 , N2  N3 (7) чи (при наявності випадкових завад) за рівнянням числових значень, де N1, N2 i N3 - усереднені результати вимірювання, що отримані при зчитуванні інформації протягом 10-…100-кратного оновлення растрів (кадрів). При вимірюваннях площин кожного з трьох нанооб'єктів одним із відомих методів забезпечують рівність між собою довжин оптичного шляху lоп  l1, lоп  l2 i lоп  l3, де l1 , l2 i l3 - похибки встановлення заданої довжини оптичного шляху при вимірюваннях площин першого, = другого та третього нанооб'єкта, тобто забезпечують рівності {lоп1} {lоп2} = {lоп3} = {lоп} при {l1} = = {l2} = {l3} = 0 або {lоп1} {lоп2} = {lоп3} = {l’оп} при {l1} = {l2} = {l3} = const. Як видно з рівняння числових значень (7), результат вимірювання не залежить від потужності потоку оптичного випромінювання, від коефіцієнта поглинання, довжини оптичного шляху, від абсолютних значень коефіцієнтів оптичного підсилення, електронного підсилення і цифро-аналогового перетворення. Особливістю запропонованого способу є те, що кінцевий результат отриманий приведеним до входу оптико-електронного каналу, тобто має розмірність "нанометри у квадраті", як й наноміра. Як видно з (7), похибка вимірювання залежить, в основному, від похибки нормованої за значенням площі наноміри. При формуванні вторинних оптичних образів наноміри і досліджуваного нанооб'єкта рівність між собою довжин оптичного шляху lоп  l1, lоп  l2 i lоп  l3, де l1 , l2 i l3 - похибки встановлення заданої довжини оптичного шляху при вимірюваннях площин першого, другого та = третього нанооб'єкта, забезпечують одним із відомих методів таким чином, щоб {lоп1} {lоп2} = = {lоп3} = {lоп} при {l1} = {l2} = {l3} = 0 або {lоп1} {lоп2} = {lоп3} = {l’оп} при {l1} = {l2} = {l3} = const. До відомих методів можна віднести: метод, пов'язаний з фіксацією положення фокусу (у конфокальній мікроскопії) і переміщенням тільки предметного столу вздовж вертикальної осі; метод вирівнювання довжини оптичного шляху за рахунок введення додаткового шляху, тобто методом "сірого клини"; метод, оснований на зміні одного з парціальних коефіцієнтів підсилення, що складають загальний коефіцієнт Sп  koпk еkц перетворення первинного оптичного образу у вторинний, в залежності від зміни висоти досліджуваного нанооб'єкта відносно висоти другої наноміри тощо. Таким чином, запропонований спосіб визначення площі пласких нанооб'єктів забезпечує автоматичне виключення основних та додаткових систематичних похибок вимірювання, 4 UA 97892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обумовлених довгостроковою нестабільністю елементів оптико-електронного каналу, забрудненням та запотіванням оптичних елементів оптичних елементів каналу, що збільшує коефіцієнт поглинання, впливом зміни довжини оптичного шляху та флуктуацій інтенсивності потоку оптичного випромінювання. Пояснимо суть запропонованого способу визначення площі пласких нанооб'єктів на прикладі роботи цифрового вимірювача лінійних розмірів нанооб'єктів, структурна схема якого наведена на рисунку. В прикладі як оптична система використовується оптична система конфокального мікроскопа. За допомогою джерела оптичного випромінювання 1, вхід управління якого підключений до порту "5" мікроконтролера 10, формується потік оптичного випромінювання заданої довжини хвилі в інфрачервоному чи ультрафіолетовому діапазоні. Цей потік проходить через точкову діафрагму-джерело 2 і, через оптичну систему 3 надходить на нанооб'єкт (наноміру чи досліджуваний нанооб'єкт) і опромінює його. Слід зауважити, що оптична система включає в собі напівпрозоре дзеркало ППЗ та систему лінз СЛ. Коефіцієнт оптичного підсилення має постійне значення. Відбитий від нанооб'єкта потік оптичного випромінювання у вигляді первинного оптичного образу нанооб'єкта зворотно проходить через оптичну систему 3, підсилюється у kоп рази, відбивається від напівпрозорого дзеркала НПЗ і через конфокальну діафрагму 7 надходить на вхід відеосенсора 8. За допомогою останнього здійснюється перетворення оптичного образу площі у просторово розподілений аналоговий електричний образ площі нанооб'єкта, а потім у цифровий, що являє собою масив даних (у матрицю цифрових кодів) при заданому порозі його розрізнювання. Масив даних надходить на паралельний порт «B» мікроконтролера 10. За заданою програмою здійснюється цифрове підсилення цифрового образу. Отриманий масив даних (матриця цифрових кодів) з виходу порту "F" надходить на вхід графічного дисплея, де перетворюється у вторинний, підсилений у kп рази, оптичний образ площі нанооб'єкта. Таким чином здійснюється візуалізація збільшеного за розмірами зображення площі первинного оптичного образу плаского нанооб'єкта. Цифрова модель чи цифрова матриця цього нанооб'єкта запам'ятовується в оперативному запам'ятовуючому пристрої 12. Послідовно, одно- чи багатократно, зчитується ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформація з отриманої цифрової матриці. Визначається числове значення площі вторинного оптичного образу нанооб'єкта шляхом накопичення чи інтегрування масиву даних цифрової матриці в межах кожного растра (кадру), а при зчитуванні інформації з однієї й тієї ж цифрової матриці протягом 10-100 растрів (кадрів) - шляхом додаткової статобробки отриманих результатів. Результат вимірювання відображається на цифровому відліковому пристрої 13, що підключений до порту "D" мікроконтролера 10. Керування роботою цифрового вимірювача здійснюється за допомогою клавіатури 15, яка, через загальну шину 16, підключена до паралельного порту "С" мікроконтролера 10. Для запам'ятовування великого масиву постійних та оперативних даних використовуються постійний запам'ятовуючий пристрій 11 та оперативний запам'ятовуючий пристрій 12, які також через загальну шину 16 підключені до паралельного порту "С" мікроконтролера 10. Керування предметним столом 4 здійснюється по команді з мікроконтролера 10, що подається у вигляді кодів чисел на входи першого 6 і другого 9 виконавчих механізмів. За допомогою першого виконавчого механізму 6 здійснюється переміщення предметного столу 4 по вертикалі та його кругове переміщення. За допомогою другого виконавчого механізму 9 здійснюється переміщення предметного столу 4 по горизонталі. Для забезпечення рівності між собою довжин оптичного шляху при кожному такті вимірювання використана оптична система 3 конфокального мікроскопа з високоточною фіксацією положення світлової фокусної плями. Шляхом переміщення предметного столу 4 вздовж вертикальної осі до фокусованої оптичної плями. Тим самим здійснюється вирівнювання довжини оптичного шляху від нанооб'єкта до відеосенсора 8. Робота цифрового вимірювача лінійних розмірів нанооб'єктів складається з трьох тактів вимірювання площі плаского нанооб'єкта та одного такту обчислення результатів надлишкових вимірювань. У першому такті, по команді з мікроконтролера 10, предметний стіл 4 встановлюють по центру оптичної осі. Відомим способом на підкладку предметного столу 4 встановлюють наноміру з відомою за значенням площею sQ. Остання вибирається за умови, що {s0}(310)({l1}{l/1}), де {l1}{l1} - розрізнювальна здатність відеосенсора (приймальної ПЗЗматриці). Встановлення наноміри здійснюється таким чином, щоб сфокусована конфокальною оптичною системою 3 світлова пляма торкалася поверхні нанооб'єкта (наноміри чи 5 UA 97892 C2 досліджуваного нанооб'єкта). Тоді оптична довжина lоп шляху проходження потоку оптичного випромінювання від джерела 1 і до нанооб'єкта, від нанооб’єкта і до відеосенсора 8 буде однаковою у всіх тактах вимірювання, тобто {lоп1}  {lоп2 }  {lоп3 }  {lоп 4 }  {lоп } при {l1} = {l2} = {l3} = 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 = 0 або {lоп1} {lоп2} = {lоп3} = {l’оп} при {l1} = {l2} = {l3} = {l} =const. На екрані графічного дисплея 14 отримують вторинний оптичний образ (зображення) наноміри, збільшене за розмірами у Sп рази. Запам'ятовують його цифрову матрицю в оперативному запам’ятовуючому пристрою 12. По команді з мікроконтролера 10 одно- або багатократно (10-100 разів) зчитують ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформацію з отриманої цифрової матриці зображення наноміри. По програмі, закладеній у мікропроцесор 10, визначають значення N1(1) чи N1 (2) площі вторинного оптичного образу наноміри і запам'ятовують його у оперативному запам’ятовуючому пристрою 12. У другому такті замінюють наноміру з площею s0 досліджуваним нанооб'єктом невідомої площі s1. Це здійснюється, наприклад, шляхом фізичного додавання до наноміри досліджуваного нанооб'єкта з наступним переміщенням предметного столу 4 таким чином, щоб на екрані графічного дисплею ми побачили два нанооб'єкта, загальна площа s1 (розміром {sx} = {s0} + {sx}) якого складається з площі наноміри і досліджуваного нанооб'єкта. На екрані графічного дисплея 14 отримують вторинний оптичний образ (зображення) нанооб’єкта з енергетичною світністю Re2 і з площею s1. Запам'ятовують його цифрову матрицю в оперативному запам’ятовуючому пристрою 12. По команді з мікроконтролера 10 одно- або багатократно (10-100 разів) зчитують ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформацію з отриманої цифрової матриці зображення нанооб’єкта площею s1. По програмі, закладеній у мікропроцесор 10, визначають значення N2 (3) чи N2 (4) площі вторинного оптичного образу сформованого нанооб'єкта і запам'ятовують його у оперативному запам’ятовуючому пристрою 12. У третьому такті замінюють другу наноміру з площею s1 досліджуваним нанооб'єктом невідомої площі sx. Це здійснюється також шляхом переміщення предметного столу 4 таким чином, що на екрані графічного дисплея ми побачили лише досліджуваний нанооб'єкт (без наноміри). На екрані графічного дисплея 14 отримують вторинний оптичний образ (зображення) досліджуваного нанооб'єкта з енергетичною світністю Rе3 і з невідомою за значенням площею sx. Запам'ятовують його цифрову матрицю у оперативному запам’ятовуючому пристрої 12. По команді з мікроконтролера 10 одно- або багатократно (10-100 разів) зчитують ("растр за растром" чи "кадр за кадром") інформацію з отриманої цифрової матриці зображення досліджуваного нанооб'єкта. По програмі, закладеній у мікропроцесор 10, визначають значення N3 (5) чи N3 (6) площі вторинного оптичного образу досліджуваного нанооб'єкта і запам'ятовують його у оперативному запам'ятовуючому пристрої 12. У четвертому такті, згідно з програмою роботи мікропроцесора 10, результати проміжних вимірювань площин обробляються за рівнянням числових значень (7). У цифровому вимірювачі площі пласких нанооб'єктів існує також режим вимірювання при наявності випадкових завад різної фізичної природи, що вносять випадкову складову похибки в кінцевий результат вимірювання. Для цього по команді "вимірювання при завадах", що надається натиском на відповідну кнопку клавіатури 15, виконується програма вимірювання, за якою в кожному такті здійснюють по 10-100 вимірювань. По отриманих результатах визначають середні значення довжин в кожному такті та їх невизначеність. Усереднені результати багатократних вимірювань довжин обробляють за рівнянням числових значень (8). Отриманий результат (7) чи (8) запам'ятовують в постійному запам'ятовуючому пристрої 11. Далі процес вимірювання повторюється аналогічним чином. Результати надлишкових вимірювань відтворюються на цифровому відліковому пристрої 13 і, при необхідності, на екрані дисплея 14. Таким чином, запропонований спосіб вимірювання лінійних розмірів нанооб'єктів забезпечує вирішення поставленої технічної задачі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 1. Спосіб надлишкових вимірювань площі пласких нанооб'єктів, що полягає у опроміненні плаского нанооб'єкта потоком оптичного або жорсткого випромінювання заданої потужності Ф0 і довжини хвилі  0 або когерентним світлом тієї ж потужності і формуванні первинного просторового оптичного образу плаского нанооб'єкта відбитим потоком оптичного 6 UA 97892 C2 випромінювання потужністю Фox , оптичному підсиленні його у k оп рази, оптико-електронному закономірному перетворенні просторового первинного оптичного образу плаского нанооб'єкта з енергетичною світністю R e і площею s x у просторовий дискретно-аналоговий сигнал, експозиції 5 його протягом заданого проміжку часу t0 сек., електронному підсиленні у k e рази, закономірному аналогоцифровому перетворенні, з коефіцієнтом перетворення kц , просторового дискретно-аналогового сигналу у масив даних - матрицю цифрових кодів при заданому порозі його розрізнювання, упорядкованному запам'ятовуванні отриманих даних про площу плаского нанооб'єкта, зворотному перетворенні їх з коефіцієнтом перетворення k ц , візуалізації збільшеного за розмірами у Sп  koпk еkц рази зображення площі первинного 10 15 оптичного образу плаского нанооб'єкта і запам'ятовуванні його цифрової моделі або цифрової матриці, послідовному одно- або багатократному зчитуванні - "растр за растром" або "кадр за кадром" інформації з отриманої цифрової матриці з подальшим визначенням площі вторинного оптичного образу плаского нанооб'єкта шляхом накопичення або інтегрування масиву даних цифрової матриці в межах кожного растра або кадра та додаткової статистичної обробки отриманих результатів при зчитуванні інформації з однієї й тієї ж цифрової матриці протягом від 10 до 100 растрів або кадрів, який відрізняється тим, що спочатку отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами у S п рази зображення наноміри з енергетичною світністю Re1 і з нормованою за значенням площею s0 , яка вибирається за умови, що {s0 }  (3  10)( {l1}  {l1}) , де {l1}  {l1} - розрізнювальна здатність відеосенсора приймальної ПЗЗ20 матриці, одно- або багатократно від 10 до 100 разів зчитують "растр за растром" або "кадр за кадром" інформацію з отриманої цифрової матриці, визначають і запам'ятовують значення N1 або N1 25 30 площі вторинного оптичного образу наноміри, потім отримують і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами у S п рази зображення другого плаского нанооб'єкта з енергетичною світністю Re2 і з площею s1 , при цьому розмір {s1} = {s0} + {sx}, що складається з площі наноміри і досліджуваного нанооб'єкта, запам'ятовують його цифрову матрицю, одно- або багатократно від 10 до 100 разів, зчитують "растр за растром" або "кадр за кадром" інформацію з отриманої цифрової матриці, визначають і запам'ятовують значення N2 чи N2 площі вторинного оптичного образу другого нанооб'єкта, після цього отримають і візуалізують закодоване і збільшене за розмірами зображення досліджуваного нанооб'єкта з енергетичною світністю Re3 і з невідомою за значенням площею s x , аналогічним чином визначають і запам'ятовують значення площі N3 або N3 вторинного оптичного образу досліджуваного нанооб'єкта, а про дійсне значення площі судять за рівнянням числових значень N x { s0 } N2  N1 , N2  N3 або, при наявності випадкових завад, за рівнянням числових значень 35 40 Nx  {s0 } N2  N1 N2  N3 , де N1, N2 i N3 - усереднені результати вимірювання, що отримані при зчитуванні інформації протягом від 10- до 100-кратного оновлення растрів або кадрів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при вимірюваннях площі кожного з трьох нанооб'єктів одним із відомих методів забезпечують рівність між собою довжин оптичного шляху lоп  l1, lоп  l2, lоп  l3, де l1 , l2 , l3 - похибки встановлення заданої довжини оптичного шляху при вимірюваннях площі першого, другого та третього нанооб'єкта, тобто забезпечують рівності при або при {lоп1}  {lоп2 }  {lоп3 }  {lоп } {l1}  {l2 }  {l3 }  0 {lоп1}  {lоп2 }  {lоп3 }  {l } оп {l1}  {l2 }  {l3 }  {l }  const . 7 UA 97892 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8