[发明专利]扫描探针显微成像系统的漂移校正装置及自动校正方法

说明书

本发明公开了一种扫描探针显微成像系统的漂移测量及自动校正方法。该方法首先在装入探针和样品、仪器开机进入稳定状态后，连续扫描一系列图像。以图像中的某些显著特征作为模板，利用图像模板匹配算法，分别计算出当前模板在各图像中的x和y方向上的位置。通过对每幅图像中模板位置的分析，得到当前扫描探针显微成像系统在x和y方向上的漂移方向和漂移速率，并根据扫描特探针系统的压电平台参数计算得到补偿该位移量的偏压的大小和极性。在实际扫描成像实验时，将补偿电压串联接入压电陶瓷的驱动电路实现补偿。本发明提供了一种扫描探针显微成像系统的漂移测量及自动校正方法，可降低系统漂移对成像质量的影响，提高探针扫描系统的定位精度和成像空间分辨率，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微成像系统的漂移校正装置及自动校正方法。

背景技术

扫描探针显微成像系统包括扫描探针显微镜和基于这种扫描探针显微镜的仪器，主要用于获取样品的微区形貌结构，其成像分辨率可以达到原子级。基于扫描探针显微成像系统的纳米光谱成像技术(包括针尖增强拉曼光谱和纳米红外光谱)可以以纳米尺度的分辨率识别样品的化学信息。这些扫描探针成像技术由于具有超高的空间分辨率，在表面科学、材料分析、催化研究等领域中具有重要的应用价值。

扫描探针显微成像系统中由于仪器部件的热漂移、压电驱动器的迟滞效应、探针的应力释放等多种原因，容易造成漂移现象，进而造成成像图像的像素错位、特征变形，尤其对于针尖增强拉曼光谱等需要慢扫描速率成像的扫描探针光谱技术，漂移会极大影响成像的空间分辨率和测量精准度，甚至导致样品漂移出成像区无法测量。

由于无法保证扫描探针在每一次装夹的过程中所受应力完全相同，且不同扫描探针的自身特性也有所区别，故扫描探针显微成像系统在每一次使用过程中的漂移状态都有所区别。无法通过调整显微镜的预设状态来消除漂移现象。由于扫描探针显微成像系统所检测的对象均为高精度量级，使用普通的移动扫描探针或移动检测样品的方式校正漂移误差，容易引入新的测量误差，且微观上的高精度移动实现成本高昂，适用性不佳。尚缺少一种可实时消除漂移现象误差的扫描探针显微成像系统的漂移校正装置及自动校正方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供了一种扫描探针显微成像系统的漂移校正装置及自动校正方法，可降低系统漂移对成像质量的影响，提高探针扫描系统的定位精度和成像空间分辨率，具有重要的应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

扫描探针显微成像系统的漂移校正装置，所述扫描探针显微成像系统通过压电陶瓷部件驱动扫描探针移动；该漂移校正装置包括图像模板匹配模块、数据处理模块和补偿生成模块；

图像模板匹配模块，用于提取扫描探针显微成像系统的图像特征，并通过图像模板匹配算法提取选定的特征的坐标参数；

数据处理模块，用于通过一组对应同一特征的坐标参数获得该特征的漂移速率和漂移方向，即系统的漂移方向与速率；

补偿生成模块，用于根据数据处理模块获得的漂移速率和漂移方向生成补偿电压，并将该补偿电压叠加至扫描探针显微成像系统的压电陶瓷部件的驱动电路。

其中，图像模板匹配模块和数据处理模块可通过内置具有图像模板匹配功能软件的硬件设备实现。

作为一种优选，所述补偿生成模块为可控制输出的直流稳压电源，该直流稳压电源生成一个补偿电压，且该补偿电压补偿V由式(1)给出：

V＝t×v×r (1)

其中，t为补偿时间，v为漂移速率，r为所述压电陶瓷部件的驱动电压与扫描探针移动距离的数值关系。作为参考，漂移速率的单位为(nm/s)，补偿时间的单位为(s)，压电陶瓷部件的驱动电压与扫描探针移动距离的数值关系的单位为(mV/nm)。