[发明专利]一种扫描电镜样品台定位装置及其定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及扫描电镜样品制备，具体涉及一种扫描电镜样品台定位装置及其定位方法。

背景技术

扫描电子显微镜(简称扫描电镜)是用来观察、研究微米纳米尺度材料形貌、成分及光电特性的大型科学仪器。在使用扫描电镜观察所需研究的材料(样品)时，材料需要承载于扫描电镜的样品台上；样品台固定于扫描电镜样品台架上，通过操纵扫描电镜样品台架的空间位置来观察样品不同位置处的形貌、成分等特性。

为了观察样品台上的不同样品或同一样品上的不同位置，需要对所观察样品进行寻找和定位。目前，扫描电镜中定位样品往往根据扫描电镜视野中实际所观察到的区域特征来判定样品位置并进行视野区域内的小幅度移动。

由于扫描电镜通常用于观察微纳米尺度的材料结构，所以其观察视野往往非常小，在最小放大倍数(约30～40倍)下，视野也仅在毫米量级；而当在电镜中附加小视野的光阑后，比如FEINovaNanoSEM430扫描电镜的InLens模式，低真空高分辨模式，背散射模式等，最大的视野范围仅有百微米至几十微米量级。因此，在如此小的视野下进行数十毫米范围中样品的寻找是非常困难且费时的。

发明内容

为了实现扫描电镜中所观察样品的精确快速定位，本发明提供一种扫描电镜样品台定位装置及其定位方法，通过巧妙的设计实现扫描电镜中不同样品或样品不同部分处位置坐标的确定。

本发明的一个目的在于提供一种扫描电镜样品台定位装置。

本发明的扫描电镜样品台定位装置包括：摄像头、图像采集系统调节架、图像采集系统基台、样品台架、定位样品台、图像控制器和数据处理及输出系统；其中，在图像采集系统基台上分别安装样品台架和图像采集系统调节架；在样品台架上安装定位样品台；在图像采集系统调节架上正对着定位样品台的位置安装摄像头，通过图像采集系统调节架实现摄像头的高度调节和水平调节；摄像头通过数据传输线连接至图像控制器，采集定位样品台的图像数据；图像控制器再将图像数据传输至数据处理及输出系统；数据处理及输出系统对采集到的定位样品台的图像进行局域坐标系标定、扫描电镜样品台坐标系原点位置校正以及样品位置坐标计算及输出。

摄像头、数据传输线和图像控制器构成图像采集系统；其中，摄像头采用可见光摄像头或者红外摄像头，采集图像数据，具有固定的工作距离；摄像头通过数据传输线连接至图像控制器；图像控制器向摄像头发送数据采集指令，控制摄像头进行图像采集操作；摄像头采集图像完成后，将图像数据通过数据传输线传送至图像控制器；工作距离指摄像头得到清晰图像时，在摄像头镜头的光轴方向，摄像头镜头到所观察物的距离。

图像采集系统调节架包括：高度调节系统和水平调节系统；其中，水平调节系统固定于高度调节系统上，由高度调节系统调节水平调节系统的高度位置；摄像头刚性连接在图像采集系统调节架的水平调节系统上，通过图像采集系统调节架中的水平调节系统与图像采集系统调节架中的高度调节系统之间的刚性连接，由图像采集系统调节架中的高度调节系统来调节摄像头的高度，由图像采集系统调节架中的水平调节系统来调节摄像头的水平度。

高度调节系统包括齿轮、齿条、滑动导轨、滑块、齿轮转轴、齿轮转轴固定轴承和调节旋钮；其中，齿轮固定在齿轮转轴上；齿轮转轴固定在两个齿轮转轴固定轴承上；两个齿轮转轴固定轴承分别固定在滑动导轨的两侧；齿轮转轴的两端连接调节旋钮；齿轮与齿条相互咬合配合，构成齿轮齿条传动机构；齿条固定在滑块上，滑块夹在滑动导轨中；滑动导轨固定在图像采集系统基台上；通过调节旋钮带动齿轮转动，同时，齿轮转动带动齿条进行直线运动，与齿条固定的滑块在滑动导轨中进行直线运动，实现高度位置的调节。

水平调节系统包括固定连杆、连接固定板、调平定位板、调平定位板固定夹、调节顶丝和调节弹簧；其中，连接固定板通过固定连杆与高度调节系统的滑块刚性连接；连接固定板上开有多个螺纹通孔，在螺纹通孔内分别装配调节顶丝；调平定位板上与连接固定板相对的表面设置多个调节顶丝限位槽，多个调节顶丝限位槽与多个调节顶丝相配合，实现调平定位板与连接固定板之间的限位装配；通过调节连接固定板上的调节顶丝可以实现调平定位板的方向调节；调平定位板上与调平定位板固定夹相对的表面开设有调节弹簧定位槽，在调节弹簧定位槽内装配调节弹簧；在调平定位板固定夹上与调平定位板上的调节弹簧定位槽相对应开设有调节弹簧定位槽；调平定位板上的调节弹簧定位槽与调平定位板固定夹上的调节弹簧定位槽通过调节弹簧相互配合，实现弹性连接；调平定位板固定夹刚性连接在连接固定板上。通过调节连接固定板上的多个调节顶丝，实现调平定位板的水平调节。