KR102401164B1 - Autonomous Operation of Atomic Force Microscope by Using Machine Learning-Based Object Detection Technique - Google Patents
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Abstract
본 발명의 원자 힘 현미경은, 샘플을 수용하는 샘플 스테이지; 상기 샘플 상에 배치되고, 탐침을 포함하는 캔틸레버; 상기 캔틸레버에 레이저 빔을 주사하는 레이저; 상기 캔틸레버에서 반사된 레이저 빔을 입력받는 포토 디텍터; 상기 샘플 및 상기 캔틸레버를 촬영하는 제1 카메라; 상기 캔틸레버 및 상기 레이저로부터 주사된 레이저 스팟을 촬영하는 제2 카메라; 및 상기 제1 카메라, 제2 카메라 및 포토 디텍터와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 카메라, 제2 카메라 및 포토 디텍터로부터 획득한 데이터를 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 원자 힘 현미경의 동작 방법은, 제1 카메라를 통해 캔틸레버 및 샘플의 위치를 감지하는 단계; 상기 샘플의 위치를 조정하는 단계; 제2 카메라를 통해 레이저 및 캔틸레버의 위치를 감지하는 단계; 상기 레이저를 정렬하는 단계; 포토 디텍터를 통해 레이저 빔의 위치를 감지하는 단계; 상기 포토 디텍터의 위치를 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.An atomic force microscope of the present invention includes a sample stage for receiving a sample; a cantilever disposed on the sample and including a probe; a laser that scans the cantilever with a laser beam; a photo detector receiving the laser beam reflected from the cantilever; a first camera for photographing the sample and the cantilever; a second camera for photographing a laser spot scanned from the cantilever and the laser; and a processor electrically connected to the first camera, the second camera, and the photo detector, and processing data obtained from the first camera, the second camera, and the photo detector.
A method of operating an atomic force microscope according to the present invention includes: detecting positions of a cantilever and a sample through a first camera; adjusting the position of the sample; detecting the positions of the laser and the cantilever through a second camera; aligning the laser; detecting the position of the laser beam through a photodetector; It may include aligning the position of the photo detector.
Description
본 발명은 원자 힘 현미경 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 인공지능 객체 인식 기술을 이용하여 자동화한 원자 힘 현미경 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic force microscope and a method of operation thereof. Specifically, the present invention relates to an atomic force microscope automated using artificial intelligence object recognition technology and a method of operating the same.
원자 힘 현미경은 샘플 표면을 캔틸레버 끝에 달린 미세한 탐침으로 훑어 그 형상을 측정하는 장비이다. 여기서 원자 힘 현미경은 레이저와 포토 디텍터 등을 이용하여 지형을 시각화한다. 레이저는 캔틸레버의 움직임을 읽는 용도이며, 캔틸레버 끝에 쏘아진다. 캔틸레버에서 반사된 레이저는 포토 디텍터에 입력되고 캔틸레버가 휘어짐에 따라 입력되는 레이저 시그널이 변화한다. 시료 표면을 스캔하면 결과적으로 우리가 눈으로 볼 수 있는 이미지를 얻을 수 있다. An atomic force microscope is an instrument that measures the shape of a sample by scanning the surface of a sample with a fine probe attached to the tip of a cantilever. Here, the atomic force microscope uses lasers and photodetectors to visualize the topography. The laser is used to read the movement of the cantilever, and is fired at the tip of the cantilever. The laser reflected from the cantilever is input to the photodetector, and as the cantilever is bent, the input laser signal changes. Scanning the surface of a sample results in an image that we can see with our eyes.
원자 힘 현미경의 구동을 위한 준비 과정은 크게 세 가지로 구분된다. (i) 레이저-캔틸레버 정렬, (ii) 레이저-포토 디텍터 정렬, (iii) 팁-샘플 접근 및 스캔 3단계로 이루어져 있다. The preparation process for driving the atomic force microscope is divided into three main steps. It consists of three steps: (i) laser-cantilever alignment, (ii) laser-photodetector alignment, and (iii) tip-sample access and scan.
한편, 탐침은 샘플을 측정할 때마다 손상되기 때문에 주기적으로 교체해주어야 한다. 이 때 매번 캔틸레버를 교체할 때마다, 대부분의 상용장비에서는 레이져-캔틸레버 정렬, 레이져-포토 디텍터 정렬, 그리고 팁-샘플 접근을 사람이 수동으로 진행하기 때문에 시간이 오래 소요되고, 사용자간 정렬 과정의 정확도가 발생하여 최종 결과물에 차이가 발생한다. 또한 팁-샘플 수동 접근과정에서 캔틸레버 또는 샘플 등의 부품이 파손될 위험이 있다.On the other hand, since the probe is damaged every time a sample is measured, it must be replaced periodically. At this time, every time the cantilever is replaced, in most commercial equipment, laser-cantilever alignment, laser-photo detector alignment, and tip-sample access are manually performed by humans, which takes a long time and reduces the user-to-user alignment process. Accuracy occurs, which leads to differences in the final result. There is also a risk of damage to parts such as the cantilever or sample during the manual tip-sample approach.
본 발명의 목적은 인공지능 기술을 이용하여 자동화한 원자 힘 현미경 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an automated atomic force microscope using artificial intelligence technology and a method of operating the same.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, In order to achieve the object of the present invention as described above,
본 발명의 원자 힘 현미경은, 샘플을 수용하는 샘플 스테이지; 상기 샘플 상에 배치되고, 탐침을 포함하는 캔틸레버; 상기 캔틸레버에 레이저 빔을 주사하는 레이저; 상기 캔틸레버에서 반사된 레이저 빔을 입력받는 포토 디텍터; 상기 샘플 및 상기 캔틸레버를 촬영하는 제1 카메라; 상기 캔틸레버 및 상기 레이저로부터 주사된 레이저 스팟을 촬영하는 제2 카메라; 및 상기 제1 카메라, 제2 카메라 및 포토 디텍터와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 카메라, 제2 카메라 및 포토 디텍터로부터 획득한 데이터를 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다. An atomic force microscope of the present invention includes a sample stage for receiving a sample; a cantilever disposed on the sample and including a probe; a laser that scans the cantilever with a laser beam; a photo detector receiving the laser beam reflected from the cantilever; a first camera for photographing the sample and the cantilever; a second camera for photographing a laser spot scanned from the cantilever and the laser; and a processor electrically connected to the first camera, the second camera, and the photo detector, and processing data obtained from the first camera, the second camera, and the photo detector.
본 발명의 원자 힘 현미경의 동작 방법은, 제1 카메라를 통해 캔틸레버 및 샘플의 위치를 감지하는 단계; 상기 샘플의 위치를 조정하는 단계; 제2 카메라를 통해 레이저 및 캔틸레버의 위치를 감지하는 단계; 상기 레이저를 정렬하는 단계; 포토 디텍터를 통해 레이저 빔의 위치를 감지하는 단계; 상기 포토 디텍터의 위치를 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.A method of operating an atomic force microscope according to the present invention includes: detecting positions of a cantilever and a sample through a first camera; adjusting the position of the sample; detecting the positions of the laser and the cantilever through a second camera; aligning the laser; detecting the position of the laser beam through a photodetector; It may include aligning the position of the photo detector.
본 발명의 원자 힘 현미경 및 이의 동작 방법을 통해 매우 세밀하고 섬세한 조정이 필요한 캔틸레버 및 샘플의 위치 조정, 캔틸레버 및 레이저 스팟의 위치 조정, 및 레이저 빔 및 포토 디텍터의 위치 조정을 자동으로 정확하게 정렬할 수 있다. 종래에는 이러한 조정을 모두 수동으로 하여 시간이 오래 걸리고, 사용자간 정렬 과정에서 위치의 차이가 발생하여 정렬 정확도가 떨어지며 캔틸레버 또는 샘플 등의 부품이 파손될 위험이 있었다. 그러나, 본 발명의 원자 힘 현미경을 이용할 경우 자동으로 정확하게 정렬할 수 있고 부품이 파손될 위험을 줄일 수 있으며, 나아가 원자 힘 현미경을 이용한 신뢰성 높은 이미지를 획득할 수 있다. Through the atomic force microscope of the present invention and its operation method, it is possible to automatically and accurately align the position of the cantilever and sample, the position of the cantilever and the laser spot, and the position of the laser beam and the photodetector that require very fine and delicate adjustment. have. Conventionally, all of these adjustments are manually performed, which takes a long time, and there is a risk of damage to parts such as a cantilever or a sample due to a difference in positions occurring during the alignment process between users, resulting in poor alignment accuracy. However, when using the atomic force microscope of the present invention, it is possible to automatically and accurately align, reduce the risk of parts being damaged, and furthermore, it is possible to obtain a highly reliable image using the atomic force microscope.
도 1은 원자 힘 현미경의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 샘플 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법을 설명하기 위한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법을 설명하기 위한 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법을 설명하기 위한 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of an atomic force microscope.
2 is a schematic diagram of an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
3 is a sample photograph of an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a method of operating an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a method of operating an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph for explaining a method of operating an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart of a method of operating an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
8 is a photograph for explaining a method of operating an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart of a method of operating an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
10 is a photograph for explaining a method of operating an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings. The examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, but should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutions of the embodiments.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1을 참고하면, 원자 힘 현미경은, 샘플을 수용하는 샘플 스테이지(Sample Stage), 탐침을 포함하는 캔틸레버(Cantilever), 레이저 빔을 주사하는 레이저(Laser), 및 반사된 레이저 빔을 입력받는 포토 디텍터(Photo Detector)를 포함할 수 있다.First, referring to FIG. 1 , the atomic force microscope receives a sample stage (Sample Stage) for receiving a sample, a cantilever including a probe, a laser for scanning a laser beam, and a reflected laser beam. It may include a receiving photo detector (Photo Detector).
이하, 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 2 .
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경은, 샘플(S)을 수용하는 샘플 스테이지(120), 샘플 스테이지(120)의 위치를 조정하는 샘플 스테이지 위치 조정부 (Motorized sample stage) (125), 탐침(T)을 포함하는 캔틸레버(130), 캔틸레버(130)에 레이저 빔을 주사하는 레이저(140), 레이저(14)의 위치를 조정하는 레이저 위치 조정부 (Motorized stage) (145), 캔틸레버(130)에서 반사된 레이저 빔을 입력받는 포토 디텍터(150), 포토 디텍터(150)의 위치를 조정하는 포토 디텍터 위치 조정부 (Motorized stage) (155), 제1 카메라(160), 제2 카메라(170), 컨트롤러(180, 190) 및 프로세서(100)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention includes a
제1 카메라(160)는 샘플(S) 및 캔틸레버(130)를 촬영할 수 있도록 배치될 수 있다. 제2 카메라(170)는 캔틸레버(130) 및 레이저(140)로부터 주사된 레이저 스팟을 촬영할 수 있도록 배치될 수 있다.The
프로세서(100)는 제1 카메라(160), 제2 카메라(170) 및 포토 디텍터(150)와 전기적으로 연결되고, 제1 카메라(160), 제2 카메라(170) 및 포토 디텍터(150)로부터 획득한 데이터를 처리할 수 있다. 프로세서(100)는 제1 카메라(160), 제2 카메라(170) 및 포토 디텍터(150)로부터 획득한 데이터를 처리할 수 있도록 다양한 인공지능 객체 인식 프로그램을 저장할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(100)에는 원자 힘 현미경의 다양한 구성들을 컨트롤할 수 있는 프로그래밍 소프트웨어가 저장될 수 있다. 또한, 프로세서(100)에는 제1 카메라(160) 및 제2 카메라(170)를 통해 촬영된 이미지로부터 타겟 구성을 식별하고 검출할 수 있는 머신 러닝(machine learning) 프로그램 등과 같은 인공지능 객체 인식 프로그램이 저장될 수 있다. 예를 들면, 프로그래밍 소프트웨어로는 랩뷰 (LabVIEW) 등이 이용될 수 있고, 머신 러닝 프로그램으로는 텐서플로 (TensorFlow) 등이 이용될 수 있다. 그러나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 프로세서(100)에는 인공지능 객체 인식기술을 위한 다양한 종류의 프로그래밍 소프트웨어 및 머신 러닝 프로그램 등이 저장될 수 있다. The
프로세서(100)는 각종 데이터를 처리하여, 컨트롤러(180, 190)를 통해 샘플 스테이지(120), 레이저(140) 및 포토 디텍터(150)의 위치를 조정할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(100)는 컨트롤러(180, 190)와 전기적으로 연결되고, 컨트롤러(180, 190)들은 샘플 스테이지 위치 조정부(125)를 통해 샘플 스테이지(120)의 위치를 정렬할 수 있고, 레이저 위치 조정부(145)를 통해 레이저(140)의 위치를 정렬할 수 있으며, 포토 디텍터 위치 조정부(155)를 통해 포토 디텍터(150)의 위치를 정렬할 수 있다. The
프로세서(100)는, 제1 카메라(160)를 이용하여 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 한편, 프로세서(100) 내에 저장된 머신 러닝 프로그램을 통해 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 형상을 학습함으로써 프로세서(100)는 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 이미지 데이터로부터 캔틸레버(130) 및 샘플(S)을 식별할 수 있고 이들의 위치 정보를 생성할 수 있다. 프로세서(100)는, 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 위치 정보 및 기 저장된 위치 정보를 이용하여, 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 위치를 보정할 수 있다. 즉, 프로세서(100)는 캔틸레버(130) 끝의 탐침(T)이 샘플(S) 표면의 적절한 위치에 위치하는 위치 정보와 현재 이미지 데이터로부터 수득한 위치 정보를 비교하여, 현재 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 위치에 보정이 필요할 경우 보정된 위치 정보를 생성할 수 있다. 프로세서(100)는 이러한 보정된 위치 정보를 컨트롤러(180)에 전송할 수 있고, 컨트롤러(180)는 샘플 스테이지 위치 조정부(125)를 통해 보정된 위치로 샘플 스테이지(120)의 위치를 정렬할 수 있다.The
프로세서(100)는, 제2 카메라(170)를 이용하여 캔틸레버(130) 및 레이저(140)로부터 조사되는 레이저 스팟의 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 한편, 프로세서(100) 내에 저장된 머신 러닝 프로그램을 통해 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 형상을 학습함으로써, 프로세서(100)는 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 이미지 데이터로부터 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟을 식별할 수 있고 이들의 위치 정보를 생성할 수 있다. 프로세서(100)는, 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 위치 정보 및 기 저장된 위치 정보를 이용하여, 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 위치를 보정할 수 있다. 즉, 프로세서(100)는 레이저 스팟이 캔틸레버(130)의 끝단면의 적절한 위치에 위치하는 위치 정보와 현재 이미지 데이터로부터 수득한 위치 정보를 비교하여, 현재 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 위치에 보정이 필요할 경우 보정된 위치 정보를 생성할 수 있다. 프로세서(100)는 이러한 보정된 위치 정보를 컨트롤러(190)에 전송할 수 있고, 컨트롤러(190)는 레이저 위치 조정부(145)를 통해 보정된 위치로 레이저(140)의 위치를 정렬할 수 있다. 즉, 레이저 스팟이 캔틸레버(130)의 끝단면에 조사될 수 있도록 레이저(140)의 위치를 정렬할 수 있다.The
프로세서(100)는, 포토 디텍터(150)를 이용하여 캔틸레버(130)로부터 반사되어 포토 디텍터(150)에 입사된 레이저 빔의 위치 데이터를 획득할 수 있다. 이러한 레이저 빔의 위치 데이터 및 기 저장된 위치 데이터를 이용하여, 레이저 빔의 보정된 위치 정보를 생성할 수 있다. 즉, 프로세서(100)는 레이저 빔이 포토 디텍터(150)의 정중앙에 위치하는 위치 정보와 포토 디텍터(150로부터 현재 레이저 빔의 위치 정보를 비교하여, 레이저 빔의 위치에 보정이 필요할 경우 보정된 위치 정보를 생성할 수 있다. 프로세서(100)는 이러한 보정된 위치 정보를 컨트롤러(190)에 전송할 수 있고, 컨트롤러(190)는 포토 디텍터 위치 조정부(155)를 통해 보정된 위치로 포토 디텍터(150)의 위치를 정렬할 수 있다. 즉, 캔틸레버(130)로부터 반사된 레이저 빔이 포토 디텍터(150)의 중앙에 입사될 수 있도록 포토 디텍터(150)의 위치를 정렬할 수 있다. The
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 샘플 사진이다. 도 3을 참고하면, 제1 카메라 (Camera 1) 및 제2 카메라(Camera 2)를 설치하고, 인공지능을 이용한 객체 인식 기술을 적용함으로써, 자동화를 구현할 수 있다. . 따라서, 본 발명의 원자 힘 현미경을 통해 매우 세밀하고 섬세한 조정이 필요한 캔틸레버 및 샘플의 위치 조정, 캔틸레버 및 레이저 스팟의 위치 조정, 및 레이저 빔 및 포토 디텍터의 위치 조정을 자동으로 정확하게 정렬할 수 있다. 종래에는 이러한 조정을 많은 경우 수동으로 하여 시간이 오래 걸리고, 사용자간 정렬 과정에서 위치의 차이가 발생하여 정확도가 떨어지며, 캔틸레버 또는 샘플 등의 부품이 파손될 위험이 있었다. 또한 종래의 자동화 장비의 경우 대부분 전자 시그널에 기반하여 간접적으로 객체를 감지한 자동화를 구현하기 때문에 오작동 가능성과 그로 인한 캔틸레버 또는 샘플의 파손 가능성이 있다. 그러나, 본 발명에서는 인공지능 객체 인식 기술을 이용하여 타겟 구성 자체를 직접적으로 인식하고 위치를 조정할 수 있으므로 정확도가 매우 높다. 그러나, 본 발명의 원자 힘 현미경을 이용할 경우 자동으로 정확하게 정렬할 수 있고 부품이 파손될 위험을 줄일 수 있으며, 나아가 원자 힘 현미경을 이용한 신뢰성 높은 이미지를 획득할 수 있다. Meanwhile, FIG. 3 is a sample photograph of an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 , automation can be implemented by installing a first camera (Camera 1) and a second camera (Camera 2) and applying an object recognition technology using artificial intelligence. . Therefore, through the atomic force microscope of the present invention, it is possible to automatically and accurately align the positioning of the cantilever and the sample, the positioning of the cantilever and the laser spot, and the positioning of the laser beam and the photodetector that require very fine and delicate adjustment. Conventionally, in many cases, such adjustments are manually performed and take a long time, and accuracy is reduced due to differences in positions during the alignment process between users, and there is a risk of damage to parts such as cantilevers or samples. In addition, since most of the conventional automation equipment implements automation that indirectly detects an object based on an electronic signal, there is a possibility of malfunction and possible damage to the cantilever or sample. However, in the present invention, the accuracy is very high because the target configuration itself can be directly recognized and the position can be adjusted using the artificial intelligence object recognition technology. However, when using the atomic force microscope of the present invention, it is possible to automatically and accurately align, reduce the risk of parts being damaged, and furthermore, it is possible to obtain a highly reliable image using the atomic force microscope.
이하, 도 4 내지 도 10을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법을 설명한다.Hereinafter, an operating method of an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 10 .
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법은, 제1 카메라를 통해 캔틸레버 및 샘플의 위치를 감지하는 단계(S100), 샘플의 위치를 조정하는 단계(S200), 제2 카메라를 통해 레이저 및 캔틸레버의 위치를 감지하는 단계(S300), 레이저를 정렬하는 단계(S400), 포토 디텍터를 통해 레이저 빔의 위치를 감지하는 단계(S500), 및 포토 디텍터의 위치를 정렬하는 단계(S600)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the method of operating an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention includes the steps of detecting the positions of the cantilever and the sample through a first camera (S100), and adjusting the positions of the sample (S200). , the step of detecting the position of the laser and the cantilever through the second camera (S300), the step of aligning the laser (S400), the step of detecting the position of the laser beam through the photo detector (S500), and the position of the photo detector It may include an aligning step (S600).
이하, 도 5 및 도 6을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 힘 현미경의 동작 방법을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an operating method of an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6 .
도 5를 참고하면, 제1 카메라(160)는 이미지 센서를 통해 샘플(S) 및 캔틸레버(130)를 촬영하고, 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 이미지 데이터를 생성(S210)할 수 있다. 이러한 이미지 데이터를 프로세서(100)에 제공(S220)할 수 있다. 프로세서(100)는 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 이미지 데이터를 획득(S230)하여, 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 위치 정보를 생성(S240)할 수 있다. 다음으로, 프로세서(100)는, 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 위치 정보 및 기 저장된 위치 정보를 이용하여, 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 보정된 위치 정보를 생성(S250)할 수 있다. 프로세서(100)는 보정된 위치 정보를 컨트롤러(180)에 제공(S260)할 수 있다. 컨트롤러(180)는 보정된 위치 정보를 이용하여 샘플 스테이지(120)의 위치를 조정(S270)할 수 있다. 한편, 프로세서(100)는 도 6에 도시한 바와 같이, 캔틸레버(130) 및 샘플(S)의 위치를 확인할 수 있는 프로그램을 통해 상술한 동작을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
도 7을 참고하면, 제2 카메라(170)는 캔틸레버(130) 및 레이저(140)로부터 조사되는 레이저 스팟를 촬영하고, 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 이미지 데이터를 생성(S410)할 수 있다. 이러한 이미지 데이터를 프로세서(100)에 제공(S420)할 수 있다. 프로세서(100)는 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 이미지 데이터를 획득(S430)하여, 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 위치 정보를 생성(S440)할 수 있다. 다음으로, 프로세서(100)는, 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 위치 정보 및 기 저장된 위치 정보를 이용하여, 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 보정된 위치 정보를 생성(S450)할 수 있다. 프로세서(100)는 보정된 위치 정보를 컨트롤러(190)에 제공(S460)할 수 있다. 컨트롤러(190)는 보정된 위치 정보를 이용하여 레이저(140)의 위치를 조정(S470)할 수 있다. 한편, 프로세서(100)는 도 8에 도시한 바와 같이, 캔틸레버(130) 및 레이저 스팟의 위치를 확인할 수 있는 프로그램을 통해 상술한 동작을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
도 9를 참고하면, 포토 디텍터(150)는 캔틸레버(130)로부터 반사되어 포토 디텍터(150)에 입사된 레이저 빔의 위치 데이터를 생성(S610)할 수 있다. 이러한 위치 데이터를 프로세서(100)에 제공(S620)할 수 있다. 프로세서(100)는 레이저 빔의 위치 데이터 및 기 저장된 위치 데이터를 이용하여, 레이저 빔의 보정된 위치 정보를 생성(S640)할 수 있다. 프로세서(100)는 보정된 위치 정보를 컨트롤러(190)에 제공(S650)할 수 있다. 컨트롤러(190)는 보정된 위치 정보를 이용하여 포토 디텍터(150)의 위치를 조정(S670)할 수 있다. 한편, 프로세서(100)는 도 10에 도시한 바와 같이, 레이저 빔의 위치를 확인할 수 있는 프로그램을 통해 상술한 동작을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to preferred embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
Claims (13)
상기 샘플 상에 배치되고, 탐침을 포함하는 캔틸레버;
상기 캔틸레버에 레이저 빔을 주사하는 레이저;
상기 캔틸레버에서 반사된 레이저 빔을 입력받는 포토 디텍터;
상기 샘플 및 상기 캔틸레버를 촬영하는 제1 카메라;
상기 캔틸레버 및 상기 레이저로부터 주사된 레이저 스팟을 촬영하는 제2 카메라; 및
상기 제1 카메라, 제2 카메라 및 포토 디텍터와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 카메라, 제2 카메라 및 포토 디텍터로부터 획득한 데이터를 처리하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 인공지능 객체 인식 프로그램을 통해, 상기 캔틸레버, 샘플 및 레이저 스팟의 형상을 학습하고,
상기 제1 카메라를 이용하여 캔틸레버 및 샘플의 이미지 데이터를 획득하고, 상기 인공지능 객체 인식 프로그램으로 학습된 형상을 이용하여 상기 이미지 데이터로부터 캔틸레버 및 샘플의 위치 정보를 생성하고,
상기 캔틸레버 및 샘플의 위치 정보 및 기 저장된 위치 정보를 이용하여, 상기 캔틸레버 및 샘플의 보정된 위치 정보를 생성하고,
상기 캔틸레버 및 샘플의 보정된 위치 정보를 이용하여 컨트롤러를 통해 상기 샘플 스테이지의 위치를 조정하고,
상기 제2 카메라를 이용하여 캔틸레버 및 레이저 스팟의 이미지 데이터를 획득하고,
상기 인공지능 객체 인식 프로그램으로 학습된 형상을 이용하여 상기 이미지 데이터로부터 캔틸레버 및 레이저 스팟의 위치 정보를 생성하고,
상기 캔틸레버 및 레이저 스팟의 위치 정보 및 기 저장된 위치 정보를 이용하여, 상기 캔틸레버 및 레이저 스팟의 보정된 위치 정보를 생성하고,
상기 캔틸레버 및 레이저 스팟의 보정된 위치 정보를 이용하여 컨트롤러를 통해 상기 레이저의 위치를 조정하고,
상기 포토 디텍터를 이용하여 포토 디텍터에 입사된 레이저 빔의 위치 데이터를 획득하고,
상기 위치 데이터 및 기 저장된 위치 데이터를 이용하여, 레이저 빔의 보정된 위치 정보를 생성하고,
상기 레이저 빔의 보정된 위치 정보를 이용하여 컨트롤러를 통해 상기 포토 디텍터의 위치를 조정하는 원자 힘 현미경.a sample stage for receiving a sample;
a cantilever disposed on the sample and including a probe;
a laser that scans the cantilever with a laser beam;
a photo detector receiving the laser beam reflected from the cantilever;
a first camera for photographing the sample and the cantilever;
a second camera for photographing a laser spot scanned from the cantilever and the laser; and
A processor electrically connected to the first camera, the second camera, and the photo detector to process data obtained from the first camera, the second camera, and the photo detector;
The processor learns the shape of the cantilever, the sample, and the laser spot through an artificial intelligence object recognition program,
Obtaining image data of the cantilever and the sample using the first camera, and generating position information of the cantilever and the sample from the image data using the shape learned by the AI object recognition program,
using the position information of the cantilever and the sample and the previously stored position information to generate corrected position information of the cantilever and the sample;
Adjusting the position of the sample stage through a controller using the corrected position information of the cantilever and the sample,
Obtaining image data of the cantilever and the laser spot using the second camera,
generating position information of a cantilever and a laser spot from the image data using the shape learned by the artificial intelligence object recognition program;
using the position information of the cantilever and the laser spot and the previously stored position information to generate corrected position information of the cantilever and the laser spot;
Adjusting the position of the laser through the controller using the corrected position information of the cantilever and the laser spot,
Obtaining position data of a laser beam incident on the photodetector by using the photodetector,
By using the position data and the pre-stored position data, to generate corrected position information of the laser beam,
An atomic force microscope that adjusts the position of the photo detector through a controller using the corrected position information of the laser beam.
제1 카메라를 이용하여 캔틸레버 및 샘플의 이미지 데이터를 획득하는 동작;
상기 인공지능 객체 인식 프로그램으로 학습된 형상을 이용하여 상기 캔틸레버 및 샘플의 이미지 데이터로부터 캔틸레버 및 샘플의 위치 정보를 생성하는 동작;
상기 캔틸레버 및 샘플의 위치 정보 및 기 저장된 위치 정보를 이용하여, 상기 캔틸레버 및 샘플의 보정된 위치 정보를 생성하는 동작;
상기 캔틸레버 및 샘플의 보정된 위치 정보를 이용하여 컨트롤러를 통해 샘플 스테이지의 위치를 조정하는 동작;
제2 카메라를 이용하여 캔틸레버 및 레이저 스팟의 이미지 데이터를 획득하는 동작;
상기 인공지능 객체 인식 프로그램으로 학습된 형상을 이용하여 상기 캔틸레버 및 레이저 스팟의 이미지 데이터로부터 캔틸레버 및 레이저 스팟의 위치 정보를 생성하는 동작;
상기 캔틸레버 및 레이저 스팟의 위치 정보 및 기 저장된 위치 정보를 이용하여, 상기 캔틸레버 및 레이저 스팟의 보정된 위치 정보를 생성하는 동작;
상기 캔틸레버 및 레이저 스팟의 보정된 위치 정보를 이용하여 컨트롤러를 통해 레이저의 위치를 조정하는 동작;
포토 디텍터를 이용하여 포토 디텍터에 입사된 레이저 빔의 위치 데이터를 획득하는 동작;
상기 레이저 빔의 위치 데이터 및 기 저장된 위치 데이터를 이용하여, 레이저 빔의 보정된 위치 정보를 생성하는 동작; 및
상기 레이저 빔의 보정된 위치 정보를 이용하여 컨트롤러를 통해 상기 포토 디텍터의 위치를 조정하는 동작을 포함하는 원자 힘 현미경의 동작 방법.Learning the shape of the cantilever, the sample, and the laser spot through an artificial intelligence object recognition program;
acquiring image data of the cantilever and the sample by using the first camera;
generating position information of the cantilever and the sample from the image data of the cantilever and the sample by using the shape learned by the artificial intelligence object recognition program;
generating corrected position information of the cantilever and the sample by using the position information of the cantilever and the sample and pre-stored position information;
adjusting the position of the sample stage through a controller using the corrected position information of the cantilever and the sample;
acquiring image data of the cantilever and the laser spot by using a second camera;
generating position information of the cantilever and the laser spot from the image data of the cantilever and the laser spot by using the shape learned by the artificial intelligence object recognition program;
generating corrected position information of the cantilever and the laser spot by using the position information of the cantilever and the laser spot and pre-stored position information;
adjusting the position of the laser through a controller using the corrected position information of the cantilever and the laser spot;
acquiring position data of a laser beam incident on the photo detector by using the photo detector;
generating corrected position information of the laser beam by using the position data of the laser beam and pre-stored position data; and
and adjusting a position of the photo detector through a controller using the corrected position information of the laser beam.
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