扫描电镜样品导航方法

997 编辑：管理员来源：成都先进金属材料产业技术研究院有限公司

2024-03-12 16:32:34

权利要求书： 1.一种扫描电镜样品导航方法，其特征在于，首先在样品台上标记一个长方形的四个顶点，在电镜中记录四个标记点在视场中心时样品台的坐标信息，随后粘贴样品，粘贴样品时需将四个标记点露出，并在样品台正上方对粘贴样品后的样品台成像，然后读取四个标记点和样品放置在成像照片中的坐标信息，利用数学上的坐标系变化计算出样品位置在扫描电镜中的坐标信息，最后在样品台控制面板内输入样品位置信息实现样品导航。

2.如权利要求1所述的一种扫描电镜样品导航方法，其特征在于，对样平台成像以及计算出样品位置在扫描电镜中的坐标信息均在同一个一体装置中进行。

3.如权利要求1或2所述的一种扫描电镜样品导航方法，其特征在于，所述一体装置为手机。

4.如权利要求1或2所述的一种扫描电镜样品导航方法，其特征在于，所述利用数学上的坐标系变化计算出样品位置在扫描电镜中的坐标信息，具体包括：若样品台上标记的四个点为O、X、Y和M，其中且且在电镜中四个标记点在视场中心时坐标信息为Os(Osx，Osy)、Xs(Xsx，Xsy)、Ys(Ysx，Ysy)、Ms(Msx，Msy)，其中下标s代表电镜样品室坐标系下个点的位置，下标x和y分别代表横坐标和纵坐标；

当四个标记点和某个样品放置在成像照片中的坐标信息为Oi(Oix，Oiy)、Xi(Xix，Xiy)、Yi(Yix，Yiy)、Mi(Mix，Miy)、P1i(P1ix，P1iy)时，其中下标i代表手机图像坐标系下各点的位置，下标x和y分别代表横坐标和纵坐标；则该样品在电镜坐标系下的位置P1通过以下公式计算得出：

其中P1s(P1sx，P1sy)表示样品在电镜坐标系下的坐标。

说明书：一种扫描电镜样品导航方法技术领域[0001] 本发明涉及电子显微镜(简称电镜)表征领域，特别涉及一种扫描电镜样品导航方法。

背景技术[0002] 电子显微镜样品腔室为真空状态，实验过程中无法直接观察到样品的放置位置，而电子光路系统的最小放大倍率也达到了20倍作用的放大效果且低倍下二次电子像畸变

严重，由此电子显微镜的样品位置导航功能显得尤为重要。常见的扫描电镜样品导航功能

多由生产厂家配置，一部分厂家通过记录标准样品台的特定位置坐标，使用时将样品放在

该特定位置，通过配套软件驱动样品台马达将样品移动到该坐标下实现导航功能，另外一

部分厂家通过在样品仓室安装CCD，通过CCD成像和内置软件实现样品导航。对于无开发电

子显微镜权限的单位和个人，往往只有通过改良样品台定位特殊样品位置，但无法实现多

样品的导航。厂家的样品导航系统依赖软、硬件的升级，从而导致价格高昂，且往往无法对

老旧的电子显微镜进行升级。

发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是：提供一种扫描电镜样品导航方法，用以解决未配置导航装置的电子显微镜难以实现样品导航的问题。

[0004] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：首先在样品台上标记一个长方形的四个顶点，在电镜中记录四个标记点在视场中心时样品台的坐标信息，随后粘贴样品，粘贴

样品时需将四个标记点露出，并在样品台正上方对粘贴样品后的样品台成像，然后读取四

个标记点和样品放置在成像照片中的坐标信息，利用数学上的坐标系变化计算出样品位置

在扫描电镜中的坐标信息，最后在样品台控制面板内输入样品位置信息实现样品导航。

[0005] 由于电子显微镜为大型分析设备，为了预防电脑病毒等，一般进行了物理隔离，无法实时上传图片或者利用程序处理数据，因此本发明的系统通常需要准备一个成像设备和

一个具备程序处理能力的计算设备，而为了简化硬件，以及简化工作人员的操作，本发明优

选将成像设备和计算设备整合成一体设备，从而一体设备成像之后还可以之间在一体设备

中计算出样品位置在扫描电镜的坐标信息。

[0006] 进一步的，考虑到现在的人们一般都是随身携带手机且手机具备程序处理能力，本发明优选将手机作为上述的一体设备。

[0007] 进一步的，根据实施例，所述利用数学上的坐标系变化计算出样品位置在扫描电镜中的坐标信息，具体可包括：

[0008] 若样品台上标记的四个点为O、X、Y和M，其中且且在电镜中四个标记点在视场中心时坐标信息为Os(Osx，Osy)、Xs(Xsx，Xsy)、Ys(Ysx，Ysy)、Ms(Msx，Msy)，

其中下标s代表电镜样品室坐标系下个点的位置；

[0009] 当四个标记点和某个样品放置在成像照片中的坐标信息为Oi(Oix，Oiy)、Xi(Xix，Xiy)、Yi(Yix，Yiy)、Mi(Mix，Miy)、P1i(P1ix，P1iy)时，其中下标i代表手机图像坐标系下各点

的位置，下标x和y分别代表横坐标和纵坐标；则该样品在电镜坐标系下的位置P1通过以下

公式计算得出：

[0010][0011][0012][0013] 其中P1s(P1sx，P1sy)表示样品在电镜坐标系下的坐标。[0014] 本发明的有益效果是：[0015] 1.本发明基于手机成像和程序计算，可实现个人智能手机或电脑完成电子显微镜样品导航功能，对设备软硬件需求低，且普适性好。

[0016] 2.本发明基于精确的坐标信息实现导航，导航精度高。附图说明[0017] 图1为标记长方形顶点的样品台示意图。[0018] 图2为样品在样品台照片中的位置示意图。具体实施方式[0019] 为了解决未配置导航装置的老旧电子显微镜难以实现样品导航的问题，本发明公开了一种扫描电镜样品导航方法，首先在样品台上标记一个长方形的四个顶点，在电镜中

记录四个标记点在视场中心时样品台的坐标信息，随后粘贴样品，粘贴样品时需将四个标

记点露出，并在样品台正上方对粘贴样品后的样品台成像，然后读取四个标记点和样品放

置在成像照片中的坐标信息，利用数学上的坐标系变化计算出样品位置在扫描电镜中的坐

标信息，最后在样品台控制面板内输入样品位置信息实现样品导航。

[0020] 由于电子显微镜为大型分析设备，为了预防电脑病毒等，一般进行了物理隔离，无法实时上传图片或者利用程序处理数据，因此本发明的系统通常需要准备一个成像设备和

一个具备程序处理能力的计算设备，而为了简化硬件，以及简化工作人员的操作，本发明优

选将成像设备和计算设备整合成一体设备，从而一体设备成像之后还可以之间在一体设备

中计算出样品位置在扫描电镜的坐标信息。如果成像设备与计算设备为单独的设备，则成

像设备可以是手机、平板、数码相机等各种拍照装置，计算设备可以是台式电脑或者笔记本

电脑。

[0021] 进一步的，考虑到现在的人们一般都是随身携带手机且手机具备程序处理能力，本发明优选将手机作为上述的一体设备。

[0022] 以下通过实施例和附图对本发明做进一步说明。[0023] 实施例提供一种基于手机成像的扫描电镜样品导航方法，用以实现扫描电镜(尤其是未配置导航装置的老旧电子显微镜)多样品的快速和精准定位，具体方案如下：

[0024] 步骤一：在扫描电镜样品台上标记三个点O、X、Y，其中且此外再标记一个点M，如图1所示使得O、X、Y和M四点连线构成长方形；

[0025] 步骤二：在做过标记的样品台上粘贴样品，注意不要遮挡住四个标记点，将样品台水平放置在桌面上，利用手机照相功能在样品台正上方进行拍照，拍照时保证照片内的O、

X、Y三个点尽可能地保持且这里可利用手机相机网格工具协助拍照；

[0026] 步骤三：记录O、X、Y、M和粘贴样品区域几何中心在手机照片内的坐标信息，如图2所示这里以7个粘贴样品区域为例进行说明，手机照片内的坐标信息标示为Oi(Oix，Oiy)、Xi

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

标i代表手机图像坐标系下各点的位置，下标x和y分别代表横坐标和纵坐标；

[0027] 步骤四：将样品放入电镜样品室，分别记录O、X、Y和M在电镜视场正中心时样品台的位置坐标，记录如下Os(Osx，Osy)、Xs(Xsx，Xsy)、Ys(Ysx，Ysy)、Ms(Msx，Msy)，下标s代表电镜

样品室坐标系下个点的位置；

[0028] 步骤五：计算在手机照片中样品几何中心坐标的坐标系中分别投影到方向，具体计算公式如下：

[0029][0030] 步骤六：以样品P1位置为例，对比手机照片和扫描电镜坐标系可知，[0031][0032][0033] 因此，在的投影向量分别是：[0034][0035] 同理，[0036][0037][0038] 假设SEM样品坐标系坐标原点为Qs(0,0)，可得，[0039][0040] 由此可以计算得到P1在扫描电镜坐标系下的坐标位置，在电镜样品台控制窗口输入该坐标即可将P1位置的样品移动到电镜视场中心。同理，可以计算P2、P3…P7坐标位置；

[0041] 步骤七：基于以上计算方法，开发电脑或手机程序，输入电镜坐标系下Os、Xs和Ys坐标，并基于手机照片读取Oi、Xi、Yi、Mi、P1i、P2i…P7i坐标，实现自动计算样品几何中心在

电镜坐标系下的坐标，通过在电镜样品台控制系统输入坐标实现样品导航。

[0042] 为了验证实施例的实际效果，我们在上述实施例的基础上给出了一个操作实例：如图图1所示圆形区域为样品台示意图，在样品边缘标记一个直角坐标系，使得OX⊥OY，另

外再取一点M，使得O、X、Y和M构成长方形。在样品台上粘贴样品，并利用手机对样品台进行

拍照，拍照要求样品台水平放置，手机处于样品台正上方拍照，使得手机照片中OiXi⊥

OiYi；之后读取手机照片中Oi、Xi、Yi、Mi、P1i、P2i…P7i的位置坐标(如表1和表2)，读取样

品台坐标系示意图中的Os、Xs、Ys、Ms的位置坐标(如表2)，再计算P1、P2…P7等样品位置点

在电镜坐标系的计算坐标，并对比电镜坐标系下的实测坐标(见表3)，对比可知位置坐标偏

差最大误差为0.6mm，而我们电镜样品大小一般都是大于2mm，且电镜的最小倍率视场也超

过1mm，因此本方法提供的样品导航足以应用于大部分电镜实验中。

[0043] 表1样品位置的实测坐标[0044][0045][0046] 表2O、X、Y和M四个点在手机图片和电镜坐标系下的实测坐标[0047][0048] 表3P1、P2…P7等样品位置点的计算坐标和电镜坐标系下的实测坐标[0049][0050]