Optische und taktile Nanosensoren auf der Grundlage des Fokusverfahrens für die Anwendung in Nanopositionier- und Nanomessmaschinen

Mastylo, Rostyslav GND

This dissertation concerns itself with a nanosensor system on the basis of a non-contact optical probe (basis sensor), which is possesses high resolution and low uncertainty. This nanosensor system is especially suited to completing measuring tasks in the Nanopositioning and Nanomeasuring Machine.A novel focus sensor was developed to form the basis for the nanosensor system. The working principle of this sensor is based on the focus measurement method from CD and DVD reader technology. The combination of both mechanical and optical probe principles in the nanosensor system is achieved using the developed focus sensor (basis sensor). For this the deflection of the contact probe (cantilever or stylus) is measured directly without contact using the focus sensor’s laser beam.The significant advantage of the developed nanosensor system stems from its modularity and versatility. Optical and mechanical probing methods are combined on the basis of a basis sensor, allowing the combination of various interactions between sensor and specimen.The dissertation presents the development and comprehensive investigation of the nanosensor system in combination with a digital camera microscope. The emphasis is on a detailed explanation of the structure, taking into account important metrological properties of the focus sensor as a basis sensor.Two tactile sensors using the nanosensor systems are presented: the focus stylus sensor and the focus AFM sensor. The design and metrological properties of these sensors are discussed and compared in detail.Several practical applications and measurement results are presented.       

Ein Nanosensorsystem auf Basis eines berührungslosen optischen Antastsensors (Basissensors), das durch eine hohe Auflösung und geringe Messunsicherheit ausgezeichnet wird, ist das Thema vorliegender Dissertation. Dieses Nanosensorsystem ist vor allem auf Messanwendungen in der Nanopositionier- und Nanomessmaschine abgestimmt. Als Basissensor für das Nanosensorsystem wurde ein neuartiger Fokussensor entwickelt. Das Funktionsprinzip dieses Sensors beruht auf die Fokusmessmethode, die für die DVD- bzw. CD-Player-Technik entwickelt wurde. Die Anbindung beider mechanischen Antastprinzipien in das Nanosensorsystem wird jeweils mittels des entwickelten Fokussensors (Basissensors) erreicht. Dabei wird die Auslenkung der antastenden Messspitze (Cantilever bzw. Stylus) direkt berührungslos mit fokussiertem Laserstrahl des Fokussensors aufgenommen.Der große Vorteil des entwickelten Nanosensorsystems besteht in dessen Modularität und Vielseitigkeit. Auf der Grundlage eines Basissensors werden optische und mechanische Antastmethoden und somit unterschiedliche Wechselwirkungen zwischen Messobjekt und Sensor vereint.Die Dissertation legt die Entwicklung und umfassende Untersuchungen des Nanosensorsystems in Kombination mit einem Digitalkameramikroskop dar. Der Schwerpunkt bildet dabei detaillierte Erläuterung des Aufbaus und Betrachtung wichtiger messtechnischen Eigenschaften des Fokussensors als Basissensors.Es werden die taktilen Sensoren des aufgebauten Nanosensorsystems vorgestellt: der Fokus-Stylus-Sensor und der Fokus-AFM-Sensor. Hierbei werden konstruktive und messtechnische Eigenschaften dieser Sensoren detailliert behandelt und verglichen.Zahlreiche praktische Anwendungen und Messergebnisse werden präsentiert.

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Mastylo, Rostyslav: Optische und taktile Nanosensoren auf der Grundlage des Fokusverfahrens für die Anwendung in Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. 2012.

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