掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法

1006 編輯：管理員來源：成都先進(jìn)金屬材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司

2024-03-12 16:32:34

權(quán)利要求書： 1.一種掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法，其特征在于，首先在樣品臺上標(biāo)記一個長方形的四個頂點，在電鏡中記錄四個標(biāo)記點在視場中心時樣品臺的坐標(biāo)信息，隨后粘貼樣品，粘貼樣品時需將四個標(biāo)記點露出，并在樣品臺正上方對粘貼樣品后的樣品臺成像，然后讀取四個標(biāo)記點和樣品放置在成像照片中的坐標(biāo)信息，利用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)系變化計算出樣品位置在掃描電鏡中的坐標(biāo)信息，最后在樣品臺控制面板內(nèi)輸入樣品位置信息實現(xiàn)樣品導(dǎo)航。

2.如權(quán)利要求1所述的一種掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法，其特征在于，對樣平臺成像以及計算出樣品位置在掃描電鏡中的坐標(biāo)信息均在同一個一體裝置中進(jìn)行。

3.如權(quán)利要求1或2所述的一種掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法，其特征在于，所述一體裝置為手機。

4.如權(quán)利要求1或2所述的一種掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法，其特征在于，所述利用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)系變化計算出樣品位置在掃描電鏡中的坐標(biāo)信息，具體包括：若樣品臺上標(biāo)記的四個點為O、X、Y和M，其中且且在電鏡中四個標(biāo)記點在視場中心時坐標(biāo)信息為Os(Osx，Osy)、Xs(Xsx，Xsy)、Ys(Ysx，Ysy)、Ms(Msx，Msy)，其中下標(biāo)s代表電鏡樣品室坐標(biāo)系下個點的位置，下標(biāo)x和y分別代表橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；

當(dāng)四個標(biāo)記點和某個樣品放置在成像照片中的坐標(biāo)信息為Oi(Oix，Oiy)、Xi(Xix，Xiy)、Yi(Yix，Yiy)、Mi(Mix，Miy)、P1i(P1ix，P1iy)時，其中下標(biāo)i代表手機圖像坐標(biāo)系下各點的位置，下標(biāo)x和y分別代表橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；則該樣品在電鏡坐標(biāo)系下的位置P1通過以下公式計算得出：

其中P1s(P1sx，P1sy)表示樣品在電鏡坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

說明書：一種掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及電子顯微鏡(簡稱電鏡)表征領(lǐng)域，特別涉及一種掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)[0002] 電子顯微鏡樣品腔室為真空狀態(tài)，實驗過程中無法直接觀察到樣品的放置位置，而電子光路系統(tǒng)的最小放大倍率也達(dá)到了20倍作用的放大效果且低倍下二次電子像畸變

嚴(yán)重，由此電子顯微鏡的樣品位置導(dǎo)航功能顯得尤為重要。常見的掃描電鏡樣品導(dǎo)航功能

多由生產(chǎn)廠家配置，一部分廠家通過記錄標(biāo)準(zhǔn)樣品臺的特定位置坐標(biāo)，使用時將樣品放在

該特定位置，通過配套軟件驅(qū)動樣品臺馬達(dá)將樣品移動到該坐標(biāo)下實現(xiàn)導(dǎo)航功能，另外一

部分廠家通過在樣品倉室安裝CCD，通過CCD成像和內(nèi)置軟件實現(xiàn)樣品導(dǎo)航。對于無開發(fā)電

子顯微鏡權(quán)限的單位和個人，往往只有通過改良樣品臺定位特殊樣品位置，但無法實現(xiàn)多

樣品的導(dǎo)航。廠家的樣品導(dǎo)航系統(tǒng)依賴軟、硬件的升級，從而導(dǎo)致價格高昂，且往往無法對

老舊的電子顯微鏡進(jìn)行升級。

發(fā)明內(nèi)容[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法，用以解決未配置導(dǎo)航裝置的電子顯微鏡難以實現(xiàn)樣品導(dǎo)航的問題。

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：首先在樣品臺上標(biāo)記一個長方形的四個頂點，在電鏡中記錄四個標(biāo)記點在視場中心時樣品臺的坐標(biāo)信息，隨后粘貼樣品，粘貼

樣品時需將四個標(biāo)記點露出，并在樣品臺正上方對粘貼樣品后的樣品臺成像，然后讀取四

個標(biāo)記點和樣品放置在成像照片中的坐標(biāo)信息，利用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)系變化計算出樣品位置

在掃描電鏡中的坐標(biāo)信息，最后在樣品臺控制面板內(nèi)輸入樣品位置信息實現(xiàn)樣品導(dǎo)航。

[0005] 由于電子顯微鏡為大型分析設(shè)備，為了預(yù)防電腦病毒等，一般進(jìn)行了物理隔離，無法實時上傳圖片或者利用程序處理數(shù)據(jù)，因此本發(fā)明的系統(tǒng)通常需要準(zhǔn)備一個成像設(shè)備和

一個具備程序處理能力的計算設(shè)備，而為了簡化硬件，以及簡化工作人員的操作，本發(fā)明優(yōu)

選將成像設(shè)備和計算設(shè)備整合成一體設(shè)備，從而一體設(shè)備成像之后還可以之間在一體設(shè)備

中計算出樣品位置在掃描電鏡的坐標(biāo)信息。

[0006] 進(jìn)一步的，考慮到現(xiàn)在的人們一般都是隨身攜帶手機且手機具備程序處理能力，本發(fā)明優(yōu)選將手機作為上述的一體設(shè)備。

[0007] 進(jìn)一步的，根據(jù)實施例，所述利用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)系變化計算出樣品位置在掃描電鏡中的坐標(biāo)信息，具體可包括：

[0008] 若樣品臺上標(biāo)記的四個點為O、X、Y和M，其中且且在電鏡中四個標(biāo)記點在視場中心時坐標(biāo)信息為Os(Osx，Osy)、Xs(Xsx，Xsy)、Ys(Ysx，Ysy)、Ms(Msx，Msy)，

其中下標(biāo)s代表電鏡樣品室坐標(biāo)系下個點的位置；

[0009] 當(dāng)四個標(biāo)記點和某個樣品放置在成像照片中的坐標(biāo)信息為Oi(Oix，Oiy)、Xi(Xix，Xiy)、Yi(Yix，Yiy)、Mi(Mix，Miy)、P1i(P1ix，P1iy)時，其中下標(biāo)i代表手機圖像坐標(biāo)系下各點

的位置，下標(biāo)x和y分別代表橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；則該樣品在電鏡坐標(biāo)系下的位置P1通過以下

公式計算得出：

[0010][0011][0012][0013] 其中P1s(P1sx，P1sy)表示樣品在電鏡坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。[0014] 本發(fā)明的有益效果是：[0015] 1.本發(fā)明基于手機成像和程序計算，可實現(xiàn)個人智能手機或電腦完成電子顯微鏡樣品導(dǎo)航功能，對設(shè)備軟硬件需求低，且普適性好。

[0016] 2.本發(fā)明基于精確的坐標(biāo)信息實現(xiàn)導(dǎo)航，導(dǎo)航精度高。附圖說明[0017] 圖1為標(biāo)記長方形頂點的樣品臺示意圖。[0018] 圖2為樣品在樣品臺照片中的位置示意圖。具體實施方式[0019] 為了解決未配置導(dǎo)航裝置的老舊電子顯微鏡難以實現(xiàn)樣品導(dǎo)航的問題，本發(fā)明公開了一種掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法，首先在樣品臺上標(biāo)記一個長方形的四個頂點，在電鏡中

記錄四個標(biāo)記點在視場中心時樣品臺的坐標(biāo)信息，隨后粘貼樣品，粘貼樣品時需將四個標(biāo)

記點露出，并在樣品臺正上方對粘貼樣品后的樣品臺成像，然后讀取四個標(biāo)記點和樣品放

置在成像照片中的坐標(biāo)信息，利用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)系變化計算出樣品位置在掃描電鏡中的坐

標(biāo)信息，最后在樣品臺控制面板內(nèi)輸入樣品位置信息實現(xiàn)樣品導(dǎo)航。

[0020] 由于電子顯微鏡為大型分析設(shè)備，為了預(yù)防電腦病毒等，一般進(jìn)行了物理隔離，無法實時上傳圖片或者利用程序處理數(shù)據(jù)，因此本發(fā)明的系統(tǒng)通常需要準(zhǔn)備一個成像設(shè)備和

一個具備程序處理能力的計算設(shè)備，而為了簡化硬件，以及簡化工作人員的操作，本發(fā)明優(yōu)

選將成像設(shè)備和計算設(shè)備整合成一體設(shè)備，從而一體設(shè)備成像之后還可以之間在一體設(shè)備

中計算出樣品位置在掃描電鏡的坐標(biāo)信息。如果成像設(shè)備與計算設(shè)備為單獨的設(shè)備，則成

像設(shè)備可以是手機、平板、數(shù)碼相機等各種拍照裝置，計算設(shè)備可以是臺式電腦或者筆記本

電腦。

[0021] 進(jìn)一步的，考慮到現(xiàn)在的人們一般都是隨身攜帶手機且手機具備程序處理能力，本發(fā)明優(yōu)選將手機作為上述的一體設(shè)備。

[0022] 以下通過實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。[0023] 實施例提供一種基于手機成像的掃描電鏡樣品導(dǎo)航方法，用以實現(xiàn)掃描電鏡(尤其是未配置導(dǎo)航裝置的老舊電子顯微鏡)多樣品的快速和精準(zhǔn)定位，具體方案如下：

[0024] 步驟一：在掃描電鏡樣品臺上標(biāo)記三個點O、X、Y，其中且此外再標(biāo)記一個點M，如圖1所示使得O、X、Y和M四點連線構(gòu)成長方形；

[0025] 步驟二：在做過標(biāo)記的樣品臺上粘貼樣品，注意不要遮擋住四個標(biāo)記點，將樣品臺水平放置在桌面上，利用手機照相功能在樣品臺正上方進(jìn)行拍照，拍照時保證照片內(nèi)的O、

X、Y三個點盡可能地保持且這里可利用手機相機網(wǎng)格工具協(xié)助拍照；

[0026] 步驟三：記錄O、X、Y、M和粘貼樣品區(qū)域幾何中心在手機照片內(nèi)的坐標(biāo)信息，如圖2所示這里以7個粘貼樣品區(qū)域為例進(jìn)行說明，手機照片內(nèi)的坐標(biāo)信息標(biāo)示為Oi(Oix，Oiy)、Xi

(Xix，Xiy)、Yi(Yix，Yiy)、Mi(Mix，Miy)、P1i(P1ix，P1iy)、P2i(P2ix，P2iy)…P7i(P7ix，P7iy)，下

標(biāo)i代表手機圖像坐標(biāo)系下各點的位置，下標(biāo)x和y分別代表橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；

[0027] 步驟四：將樣品放入電鏡樣品室，分別記錄O、X、Y和M在電鏡視場正中心時樣品臺的位置坐標(biāo)，記錄如下Os(Osx，Osy)、Xs(Xsx，Xsy)、Ys(Ysx，Ysy)、Ms(Msx，Msy)，下標(biāo)s代表電鏡

樣品室坐標(biāo)系下個點的位置；

[0028] 步驟五：計算在手機照片中樣品幾何中心坐標(biāo)的坐標(biāo)系中分別投影到方向，具體計算公式如下：

[0029][0030] 步驟六：以樣品P1位置為例，對比手機照片和掃描電鏡坐標(biāo)系可知，[0031][0032][0033] 因此，在的投影向量分別是：[0034][0035] 同理，[0036][0037][0038] 假設(shè)SEM樣品坐標(biāo)系坐標(biāo)原點為Qs(0,0)，可得，[0039][0040] 由此可以計算得到P1在掃描電鏡坐標(biāo)系下的坐標(biāo)位置，在電鏡樣品臺控制窗口輸入該坐標(biāo)即可將P1位置的樣品移動到電鏡視場中心。同理，可以計算P2、P3…P7坐標(biāo)位置；

[0041] 步驟七：基于以上計算方法，開發(fā)電腦或手機程序，輸入電鏡坐標(biāo)系下Os、Xs和Ys坐標(biāo)，并基于手機照片讀取Oi、Xi、Yi、Mi、P1i、P2i…P7i坐標(biāo)，實現(xiàn)自動計算樣品幾何中心在

電鏡坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過在電鏡樣品臺控制系統(tǒng)輸入坐標(biāo)實現(xiàn)樣品導(dǎo)航。

[0042] 為了驗證實施例的實際效果，我們在上述實施例的基礎(chǔ)上給出了一個操作實例：如圖圖1所示圓形區(qū)域為樣品臺示意圖，在樣品邊緣標(biāo)記一個直角坐標(biāo)系，使得OX⊥OY，另

外再取一點M，使得O、X、Y和M構(gòu)成長方形。在樣品臺上粘貼樣品，并利用手機對樣品臺進(jìn)行

拍照，拍照要求樣品臺水平放置，手機處于樣品臺正上方拍照，使得手機照片中OiXi⊥

OiYi；之后讀取手機照片中Oi、Xi、Yi、Mi、P1i、P2i…P7i的位置坐標(biāo)(如表1和表2)，讀取樣

品臺坐標(biāo)系示意圖中的Os、Xs、Ys、Ms的位置坐標(biāo)(如表2)，再計算P1、P2…P7等樣品位置點

在電鏡坐標(biāo)系的計算坐標(biāo)，并對比電鏡坐標(biāo)系下的實測坐標(biāo)(見表3)，對比可知位置坐標(biāo)偏

差最大誤差為0.6mm，而我們電鏡樣品大小一般都是大于2mm，且電鏡的最小倍率視場也超

過1mm，因此本方法提供的樣品導(dǎo)航足以應(yīng)用于大部分電鏡實驗中。

[0043] 表1樣品位置的實測坐標(biāo)[0044][0045][0046] 表2O、X、Y和M四個點在手機圖片和電鏡坐標(biāo)系下的實測坐標(biāo)[0047][0048] 表3P1、P2…P7等樣品位置點的計算坐標(biāo)和電鏡坐標(biāo)系下的實測坐標(biāo)[0049][0050]