JP2005227148A - Method of expanding dynamic range of sensor, and scanning type measuring instrument using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサに対し試料を走査して試料から発生する信号をセンサを用いて計測する走査型計測装置において、センサのダイナミックレンジを拡大させる方法に関する。 The present invention relates to a method for expanding the dynamic range of a sensor in a scanning measurement apparatus that scans a sample with respect to a sensor and measures a signal generated from the sample using the sensor.
従来の走査型計測装置の計測方法においては、センサに対し試料を走査し、試料から発生する信号を計測し、計測されたデータをそのままメモリに格納するというものであった。図5は、従来の走査型計測装置における計測方法を示すフローチャートである。計測位置にステージを移動させた後、試料から発生する信号をセンサで計測、収集し、このデータを格納する。この手順を最後の計測位置に来るまで繰り返す(例えば、非特許文献1参照。)。
しかし従来は、センサに対し試料を走査し、試料からの信号をセンサで計測し、センサの出力をそのまま計測データとして収集しているだけなので、試料から発生している信号が大きすぎると、センサの出力が飽和してしまうという問題点があった。また、ダイナミックレンジの小さいセンサを使用する場合もこの問題が起こりやすい。 Conventionally, however, the sample is scanned with respect to the sensor, the signal from the sample is measured by the sensor, and the output of the sensor is simply collected as measurement data. Therefore, if the signal generated from the sample is too large, the sensor There was a problem that the output of was saturated. This problem is also likely to occur when using a sensor with a small dynamic range.
センサのうち、試料から発生する信号の増加または減少の変化量を積分して出力するタイプのセンサでは、センサの出力をリセットすると、出力が初期状態に戻って積分前の状態に戻る。このようなセンサの例としては、高感度磁気センサとしての超伝導量子干渉素子がある。このようなタイプのセンサでは、出力が飽和する前にリセットすることで、出力の飽和状態を回避できるが、試料から発生する信号を正確に測定することが不可能となってしまうという課題があった。 Among the sensors, the type of sensor that integrates and outputs the amount of increase or decrease in the signal generated from the sample. When the sensor output is reset, the output returns to the initial state and returns to the state before integration. An example of such a sensor is a superconducting quantum interference device as a highly sensitive magnetic sensor. With this type of sensor, resetting the output before it saturates can avoid saturation of the output, but there is a problem that it is impossible to accurately measure the signal generated from the sample. It was.
そこで本発明は、センサに対し試料を走査して、試料から発生する信号をセンサを用いて計測する走査型計測装置において、センサの出力を飽和させることなく、ダイナミックレンジを拡大して計測を続行させることを目的とする。 Therefore, the present invention is a scanning measurement apparatus that scans a sample with respect to a sensor and measures a signal generated from the sample using the sensor, and continues measurement by expanding the dynamic range without saturating the output of the sensor. The purpose is to let you.
上記課題を解決するために本発明は、センサに対し試料を走査して前記試料から発生する信号を前記センサを用いて計測する走査型計測装置の計測方法において、各計測位置で前記信号を計測後に前記センサの出力をリセットする工程と、リセット後の前記センサの出力値とリセット前の計測データの差分を、オフセット値として次の計測位置での計測データに加算する工程を設けたことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a measurement method of a scanning measurement apparatus that scans a sample with respect to a sensor and measures a signal generated from the sample using the sensor, and measures the signal at each measurement position. A step of resetting the output of the sensor later, and a step of adding the difference between the output value of the sensor after the reset and the measurement data before the reset to the measurement data at the next measurement position as an offset value It is said.
また、本発明は、センサに対し試料を走査して前記試料から発生する信号を前記センサを用いて計測する走査型計測装置の計測方法において、リセット回数を減らして計測時間を短くするために、各計測位置での計測データが前記センサをリセットした時の値と飽和した時の値の間であらかじめ設定した範囲を超えた場合にのみ前記センサの出力をリセットする工程と、リセット後のセンサの出力値とリセット前の計測データの差分を、オフセット値として次の計測位置の計測データに加算する工程を設けたことを特徴とする。 Further, in the measurement method of the scanning measurement apparatus that scans the sample with respect to the sensor and measures the signal generated from the sample using the sensor, the present invention reduces the number of resets and shortens the measurement time. Resetting the sensor output only when the measurement data at each measurement position exceeds a preset range between the value when the sensor is reset and the value when the sensor is saturated; A step of adding the difference between the output value and the measurement data before resetting to the measurement data at the next measurement position as an offset value is provided.
また、本発明は、試料を走査する走査ステージと、前記試料から発生する信号を計測するセンサと、前記センサの出力をデジタルデータに変換するためのA/D変換器と、前記A/D変換器からの前記デジタルデータを計測データとして収集するためのCPUと、前記CPUに収集された前記計測データを格納するためのメモリからなる走査型計測装置において、
前記センサの出力をリセットするためのセンサ出力リセット回路を設け、各計測位置で前記信号を計測後に前記センサの出力をリセットし、リセット後の前記センサの出力値とリセット前の計測データの差分をオフセット値として次の計測位置での計測データに加算することを特徴とする。
The present invention also provides a scanning stage for scanning a sample, a sensor for measuring a signal generated from the sample, an A / D converter for converting the output of the sensor into digital data, and the A / D conversion. In a scanning type measuring device comprising a CPU for collecting the digital data from a measuring instrument as measurement data, and a memory for storing the measurement data collected in the CPU,
A sensor output reset circuit for resetting the output of the sensor is provided, the output of the sensor is reset after measuring the signal at each measurement position, and the difference between the output value of the sensor after reset and the measurement data before reset is calculated. The offset value is added to measurement data at the next measurement position.
また、本発明は、試料を走査する走査ステージと、前記試料から発生する信号を計測するセンサと、前記センサの出力をデジタルデータに変換するためのA/D変換器と、前記A/D変換器からの前記デジタルデータを計測データとして収集するためのCPUと、前記CPUに収集された前記計測データを格納するためのメモリからなる走査型計測装置において、
各計測位置での計測データが、センサをリセットした時の値と飽和した時の値の間であらかじめ設定した範囲を超えた場合にのみ、センサの出力をリセットすることを特徴とする。
The present invention also provides a scanning stage for scanning a sample, a sensor for measuring a signal generated from the sample, an A / D converter for converting the output of the sensor into digital data, and the A / D conversion. In a scanning type measuring device comprising a CPU for collecting the digital data from a measuring instrument as measurement data, and a memory for storing the measurement data collected in the CPU,
The sensor output is reset only when measurement data at each measurement position exceeds a preset range between a value when the sensor is reset and a value when the sensor is saturated.
本発明のセンサのダイナミックレンジ拡大方法及びそれを用いた走査型計測装置は、大きな変化のある信号を発生する試料を計測する場合や、ダイナミックレンジの小さいセンサを使用して計測する場合においても、センサの出力を飽和させることなく、ダイナミックレンジを拡大させて計測が可能となるという効果がある。 The method for expanding the dynamic range of a sensor of the present invention and the scanning measurement apparatus using the same can be used when measuring a sample that generates a signal with a large change or when using a sensor with a small dynamic range. There is an effect that measurement can be performed by expanding the dynamic range without saturating the output of the sensor.
以下に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図3に、本発明の走査型計測装置の構成図を示す。走査ステージ5の上には試料6が設置され、更にその上に一定の距離を置いてセンサ1が設置されている。センサ1には、センサの出力をリセットするセンサ出力リセット回路2が接続されている。また、センサ1には、A/D変換器3が接続され、CPU4により計測データが収集されている。計測データはメモリ7に格納される。CPU4からセンサ出力リセット回路2にリセット信号を出力し、走査ステージ5に対して制御信号によりステージ位置を制御している。なお、この場合、試料から発生する信号をセンサで計測し処理したデータは、センサとの相対位置には依存するが、時間的変化はないか無視できる程度のものである。
図1は、本発明の実施例1に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を示すフローチャートである。
FIG. 3 shows a configuration diagram of the scanning measurement apparatus of the present invention. A sample 6 is installed on the scanning stage 5, and a sensor 1 is installed on the sample 6 at a certain distance. The sensor 1 is connected to a sensor
FIG. 1 is a flowchart showing a method for expanding the dynamic range of a sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
最初に、各計測位置での計測データに加算するオフセット値を0とする。次に、走査ステージを計測位置に移動させ、センサからデータ(A)を収集する。このデータ(A)とオフセット値を加算して、この位置での計測データとして格納する。この後、センサ出力をリセットし、この位置で再度センサからデータ(B)を収集し、オフセット値+データ(A)−データ(B)を計算し、新しいオフセット値として採用する。ここで、リセット後のセンサの出力値が既に判明している場合は、データ(B)を計測する必要はない。以降は、次の計測位置にステージを移動させて、同様の計測手順を最後の計測位置に来るまで繰り返す。 First, the offset value added to the measurement data at each measurement position is set to zero. Next, the scanning stage is moved to the measurement position, and data (A) is collected from the sensor. This data (A) and the offset value are added and stored as measurement data at this position. Thereafter, the sensor output is reset, data (B) is collected again from the sensor at this position, offset value + data (A) −data (B) is calculated, and adopted as a new offset value. Here, when the output value of the sensor after reset is already known, it is not necessary to measure the data (B). Thereafter, the stage is moved to the next measurement position, and the same measurement procedure is repeated until the last measurement position is reached.
図2は、本発明の実施例2に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart illustrating a sensor dynamic range expansion method according to the second embodiment of the present invention.
実施例2においても、実施例1と同様、図3に示す本発明の走査型計測装置を使用する。 In the second embodiment, as in the first embodiment, the scanning measurement apparatus of the present invention shown in FIG. 3 is used.
最初に、各計測位置での計測データに加算するオフセット値を0とする。次に、走査ステージを計測位置に移動させ、センサからデータ(A)を収集する。このデータ(A)とオフセット値を加算して、この位置での計測データとして格納する。この後、データ(A)がセンサをリセットした時の値と飽和した時の値の間であらかじめ設定した値の範囲内ならば、次の計測位置に移動して計測を続行するが、そうでない場合はセンサ出力をリセットし、この位置で再度センサからデータ(B)を収集し、オフセット値+データ(A)−データ(B)を計算し、新しいオフセット値として採用する。ここで、リセット後のセンサの出力値が既に判明している場合は、データ(B)を計測する必要はない。以降は、次の計測位置にステージを移動させて、同様の計測手順を最後の計測位置に来るまで繰り返す。 First, the offset value added to the measurement data at each measurement position is set to zero. Next, the scanning stage is moved to the measurement position, and data (A) is collected from the sensor. This data (A) and the offset value are added and stored as measurement data at this position. After this, if the data (A) is within the preset value range between the value when the sensor is reset and the value when it is saturated, it moves to the next measurement position and continues the measurement. In this case, the sensor output is reset, data (B) is collected again from the sensor at this position, offset value + data (A) −data (B) is calculated, and adopted as a new offset value. Here, when the output value of the sensor after reset is already known, it is not necessary to measure the data (B). Thereafter, the stage is moved to the next measurement position, and the same measurement procedure is repeated until the last measurement position is reached.
図4に、本発明の実施例2に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を用いて計測したデータのグラフ例を示す。 FIG. 4 shows a graph example of data measured using the sensor dynamic range expansion method according to the second embodiment of the present invention.
横軸に走査ステージの位置を、縦軸に試料から発生する信号とセンサが計測した信号をとる。破線10のグラフのように試料から信号が発生した場合に、本発明による計測方法でセンサが検出した信号は、実線11のように計測される。
The horizontal axis represents the position of the scanning stage, and the vertical axis represents the signal generated from the sample and the signal measured by the sensor. When a signal is generated from the sample as indicated by the
試料から発生する信号10は、センサの計測範囲の上限12を超えており、上限以上のデータは計測できない。しかし、あらかじめ設定した値13を超えた時点でセンサをリセットすると、グラフ11のようにリセットする前に計測したデータ14から、リセットした後に計測したデータ15の値までシフトする。このデータ14とデータ15の差が、図2で示したオフセット値として記憶され、リセット以降の計測データに加算される。そして、新たにリセットを実行する度に、オフセット値が前回のリセット時に記憶されたオフセット値に加算され、その後の計測データに加算されることで、センサの上限12を超えても、試料から発生する信号10を計測することが可能となる。
The
尚、前記センサとして、磁気センサあるいは超伝導量子干渉素子を用い、実施例1と実施例2の記載に対応するセンサのダイナミックレンジ拡大方法及びそれを用いた走査型計測装置を実施してもよい。 As the sensor, a magnetic sensor or a superconducting quantum interference element may be used, and a sensor dynamic range expansion method corresponding to the description in the first and second embodiments and a scanning measurement apparatus using the same may be implemented. .
1 センサ
2 センサ出力リセット回路
3 A/D変換器
4 CPU
5 走査ステージ
6 試料
10 試料から発生する信号
11 本発明による計測方法でセンサが検出した信号
12 センサの計測範囲の上限
13 センサをリセットするためにあらかじめ設定した値
14 センサの出力をリセットする前に計測したデータ
15 センサの出力をリセットした後に計測したデータ
1
5 Scanning stage 6
Claims (8)
前記センサの出力をリセットするためのセンサ出力リセット回路を設け、
各計測位置で前記信号を計測後に前記センサの出力をリセットし、リセット後の前記センサの出力値とリセット前の計測データの差分をオフセット値として次の計測位置での計測データに加算することを特徴とする走査型計測装置。 A scanning stage for scanning a sample, a sensor for measuring a signal generated from the sample, an A / D converter for converting the output of the sensor into digital data, and the digital data from the A / D converter In a scanning type measuring device comprising a CPU for collecting measurement data as a measurement data and a memory for storing the measurement data collected by the CPU,
A sensor output reset circuit for resetting the output of the sensor is provided,
After measuring the signal at each measurement position, reset the output of the sensor, and add the difference between the output value of the sensor after reset and the measurement data before reset to the measurement data at the next measurement position as an offset value. A scanning type measuring device.
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