Độ lặp lại đo lường và độ chính xác của kính hiển vi kỹ thuật số là chỉ số cốt lõi của các tình huống như kiểm soát chất lượng, phân tích khoa học và hiệu suất của nó bị ảnh hưởng bởi các yếu tố đa chiều như thiết kế phần cứng, đặc tả hoạt động và điều kiện môi trường. Sau đây là phân tích các yếu tố ảnh hưởng từ các khâu kỹ thuật then chốt:

I. Độ chính xác của hệ thống quang học

Kiểm soát biến dạng vật kính

Trường cong của vật kính, biến dạng gối có thể trực tiếp gây ra sự khác biệt về độ phóng đại giữa các cạnh của hình ảnh và khu vực trung tâm. Ví dụ, một đối tượng biến dạng thấp (tỷ lệ biến dạng<0,1%) có thể kiểm soát lỗi đo ở cấp độ dưới micron, trong khi sự biến dạng của đối tượng thông thường có thể gây ra độ lệch trên 5%.

Độ sâu trường ảnh và ổn định mặt phẳng tiêu cự

Độ sâu trường quá nông có thể làm mờ hình ảnh ở các lớp độ cao khác nhau của mẫu, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo ba chiều. Việc sử dụng mô-đun lấy nét điện (độ chính xác ± 0,1μm) có thể làm giảm lỗi lấy nét của con người, trong khi công nghệ đồng lấy nét có thể nâng cao hơn nữa tính chọn lọc mặt phẳng tiêu cự thông qua bộ lọc lỗ kim.

II. Cấu hình và hiệu chuẩn phần cứng

Độ phân giải cảm biến so với kích thước pixel

Các cảm biến có độ phân giải cao, chẳng hạn như trên 5 megapixel, cung cấp thêm chi tiết, nhưng phù hợp với khẩu độ số đối tượng (NA). Nếu kích thước pixel, chẳng hạn như 2,2μm, lớn hơn độ phân giải lý thuyết của vật kính, nó sẽ dẫn đến mất thông tin.

Quy chuẩn hiệu chuẩn thước đo

Các phần hiệu chỉnh cần phù hợp với vật liệu mẫu, độ thô ráp của bề mặt. Ví dụ, các mẫu kim loại nên sử dụng một tấm thước chrome để tránh độ lệch hiệu chuẩn do sự khác biệt về độ phản xạ. Hiệu chuẩn đa điểm (chẳng hạn như 5 vị trí khác nhau) được khuyến nghị sau khi bật nguồn hàng ngày để bù đắp cho trôi cơ học.

III. Môi trường và can thiệp hoạt động

Rung động và biến động nhiệt độ

Rung động môi trường (>0,01mm/s) có thể gây mờ hình ảnh và cần sử dụng bảng cách ly rung nổi hoặc hệ thống giảm xóc chủ động. Với mỗi 1 ℃, nhiệt độ mở rộng và co lại của các thành phần quang học có thể gây ra lỗi đo 0,1 μm/m, và phòng thí nghiệm nhiệt độ không đổi (± 1 ℃) có thể nâng cao đáng kể sự ổn định.

Chiếu sáng đồng nhất và góc

Ánh sáng LED vòng có thể làm giảm bóng tối, nhưng cần tránh ánh sáng trực tiếp gây ra phản xạ mẫu. Ví dụ, khi đo một wafer bán dẫn, việc sử dụng một nguồn ánh sáng khuếch tán để kết hợp với một tấm phân cực loại bỏ nhiễu chói từ bề mặt mạ kim loại.

IV. Tối ưu hóa thuật toán phần mềm

Độ chính xác thuật toán phát hiện cạnh

Các thuật toán phát hiện cạnh cấp dưới pixel, chẳng hạn như Gauss Fit, có thể giảm sai số vị trí từ 1 pixel, chẳng hạn như 2,2 μm, xuống 0,1 pixel. Đối với các mẫu trong suốt, cần kết hợp với công nghệ tương phát để tăng cường độ tương phản cạnh.

Thuật toán xây dựng lại 3D mạnh mẽ

Thuật toán phù hợp lập thể đa góc nhìn cần ứng phó với các vấn đề như phản quang bề mặt mẫu, che khuất. Các thuật toán học sâu (như MaskR-CNN) tự động xác định và sửa chữa các điểm dữ liệu bất thường với độ chính xác cao hơn 30%.

V. Kiểm soát yếu tố con người

Người vận hành cần được đào tạo chuyên nghiệp để thực hiện các quy trình như đặt mẫu, lấy nét và đo lường. Ví dụ, khi đo đường kính microporous, bạn nên đảm bảo rằng trục quang vuông góc với bề mặt mẫu và tránh tính toán sai lệch về độ elip do độ nghiêng. Bảo trì thiết bị thường xuyên (chẳng hạn như làm sạch kính, kiểm tra hướng dẫn cơ khí) cũng là chìa khóa để đảm bảo sự ổn định lâu dài.