基於ip成像板的透射電鏡成像掃描系統及其控制方法
2023-05-25 06:15:16
專利名稱：基於ip成像板的透射電鏡成像掃描系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及電子學成像領域，具體涉及一種基於IP成像板的透射電鏡成像掃描系統及其控制方法。
背景技術：
透射電鏡是一種高解析度、高放大倍數的顯微鏡，是材料科學研究的重要手段，能提供材料的組織結構、晶體結構和化學成分等方面的信息。一般透射電鏡的解析度為
O.I O. 2nm，放大倍數為幾萬 幾十萬倍。現有技術中的透射電鏡的工作原理如下照明系統發射出電子束，照射在樣品室內的樣品上；透過樣品後的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，經過成像系統，成像在觀察室內的螢光屏上；曝光後影像記錄在位於螢光屏下的照相室內的膠片上。在照相室內設置有送片盒和接片盒，膠片放在底片夾上，放置在送片盒內，一般送片盒內放置2(Γ50片底片夾；已曝光的膠片通過設置在送片盒和接片盒之間的傳送帶自動傳輸到接片盒內。然後，取出接片盒，將膠片在暗室內的紅光條件下，顯影、定影及晾乾，顯示出樣品的圖像。現有技術中採用膠片進行曝光成像，而目前隨著數碼產品的日益普及，膠片的生產數量越來越少，並且質量差，使得膠片的成像效果不好。進一步，膠片只能在暗室中操作，不能見自然光，而且膠片不能重複使用，衝洗膠片的過程也給環境帶來汙染。因此，極大地影響了透射電鏡的應用和影像效果。
發明內容
針對以上現有技術中存在的問題，提出本發明。本發明的一個目的在於提出一種基於IP成像板的透射電鏡成像掃描系統。本發明的透射電鏡成像掃描系統包括透射電鏡及掃描裝置；其中，透射電鏡中採用IP成像板，透過樣品後的電子束曝光在IP成像板上形成影像；掃描裝置對已曝光的IP成像板進行影像掃描，直接生成影像的數碼信息。本發明的透射電鏡包括照明系統、樣品室、成像系統、觀察室和照相室；其中，照明系統發射出電子束，照射在樣品室內的樣品上；透過樣品後的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，經過成像系統，成像在觀察室內的螢光屏上；曝光後影像記錄在位於螢光屏下的照相室內的IP成像板上。在照相室內設置有送片盒和接片盒，IP成像板夾在底片夾內，放置在送片盒內；已曝光的IP成像板通過設置在送片盒和接片盒之間的傳送帶自動傳輸到接片盒內。本發明採用IP成像板(Imaging plate)取代傳統的膠片，IP成像板是一種既可接受模擬信息又可以實現模擬信息向數位化信息轉化的載體，其上設置有感光材料。電子束照射到IP成像板上，在IP成像板上形成影像，通過雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應的波長的光信號，收集光信號，轉換為數碼信息，以一定格式存儲於計算機中。與膠片相比，IP成像板形成影像的曝光時間短，從而提高了透射電鏡的靈敏度，操作快捷。在高於15萬放大倍數下，IP成像板的圖像對比度優於膠片的效果；存儲在IP成像板內的影像可以保持7天以上；IP成像板可在正常的可見光環境中操作，使用方便；IP成像板中的信息可選擇性的重複讀取，已曝光的IP成像板經消光後，可以重複利用近兩萬次。本發明採用掃描裝置對已曝光的IP成像板進行影像掃描，從而直接生成影像的數碼信息。本發明的掃描裝置包括雷射光源、接收器、消光燈、傳送機構和計算機；其中，在掃描裝置內分為激發採集區和消光區，雷射光源和接收器設置在激發採集區，消光燈設置在消光區；已曝光的IP成像板由傳送機構傳輸到激發採集區，雷射光源發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至計算機；然後，傳送機構將IP成像板傳輸至消光區，消光燈對IP成像板進行消光。進一步，在激發採集區和消光區之間設置有隔板，從而在消光燈發出紅光對IP成像板進行消光時，不影響同時位於激發採集區的IP成像板，因此兩個不同區域可同時並行處理，縮短圖像採集時間。本發明的另一個目的在於提供一種上述基於IP成像板的透射電鏡成像掃描系統的控制方法。本發明的透射電鏡成像掃描系統的控制方法包括I)照明系統發射出電子束，照射在樣品室內的樣品上，透過樣品後的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，經過成像系統，成像在觀察室內的螢光屏上，曝光後影像記錄在位於螢光屏下的照相室內的IP成像板上；2)將已曝光的IP成像板放置在掃描裝置內，由傳送機構傳輸到激發採集區，雷射光源發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至計算機；3)傳送機構將IP成像板傳輸至消光區，消光燈對IP成像板進行消光。本發明的優點(I)由於IP成像板能在可見光環境下操作，因此可省去暗室環境，並且IP成像板可以重複使用近2萬次，消除資源浪費和環境汙染；(2)靈敏度更高，使學生和研究人員能夠容易觀察到對電子束敏感的樣品；(3)可以得到和膠片相同的成像視野，適用於任何透射電鏡，IP成像板有很好的耐強輻照性能，電子衍射斑和零級斑的強光束不會灼傷IP成像板；(4)膠片的動態範圍大約在200範圍以內，而IP成像板的動態範圍可以達到104數量級，可以在很弱光強的情況下，得到豐富的具有層次感的圖像；(5)由於IP成像板的「光致發光」呈現線性特點，故而該線性信號強度使得衍射圖案電子計量的測量成為可能；(6) IP成像板可以通過掃描裝置把圖像信息直接轉換成數碼信息，可方便地觀察圖像的細節。
圖I為本發明的基於IP成像板的透射電鏡成像掃描系統的透射電鏡的結構示意
圖2為本發明的基於IP成像板的透射電鏡成像掃描系統的掃描裝置的實施例一的結構不意圖；圖3為本發明的基於IP成像板的透射電鏡成像掃描系統的掃描裝置的實施例二的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，通過實施例詳細描述本發明的實施方式。如圖I所示，本發明的透射電鏡包括照明系統11、樣品室12、成像系統13、觀察室14和照相室15 ;其中，照明系統11發射出電子束，照射在樣品室內12的樣品上121 ;透過樣品121後的電子束攜帶有樣品121內部的結構信息，經過成像系統13，成像在觀察室14內的螢光屏141上；曝光後影像記錄在位於螢光屏141下的照相室15內的IP成像板上；在照相室內設置有送片盒151和接片盒，IP成像板夾在底片夾內，放置在送片盒151內；已曝光的IP成像板通過設置在送片盒151和接片盒之間的傳送帶自動傳輸到接片盒內。本發明中採用IP成像板代替了膠片，曝光後的IP成像板在掃描裝置中生成影像的數碼信息。本發明的掃描裝置可以通過以下兩種實施方式實現。實施例一如圖2所示，在本實施例中，掃描裝置包括雷射光源21、接收器22、消光燈23、傳送機構24、計算機和外殼25 ;其中，在外殼25內分為激發採集區A和消光區B，雷射光源21和接收器22設置在激發採集區A，消光燈23設置在消光區B ;傳送機構24的一端的上表面設置有接片盒152，已曝光的IP成像板放置在接片盒152中，另一端的下表面設置有送片盒151 ；IP成像板從接片盒152的底部的狹縫彈出，由傳送機構24傳輸到激發採集區A，雷射光源21發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器22採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至位於外殼25外面的計算機；然後，傳送機構24將IP成像板傳輸至消光區B，消光燈23對IP成像板進行消光；消光後的IP成像板由傳送機構24傳輸到設置在傳送機構24另一端的下表面的送片盒151中。計算機將圖片的數碼信息存儲在存儲器中，並從顯示器直接顯示圖片。在激發採集區A和消光區B之間設置有隔板26，從而在消光燈23發出紅光對IP成像板進行消光時，不影響同時位於激發採集區A的IP成像板，因此兩個不同區域可同時並行處理，縮短圖像採集時間。在本實施例中，透射電鏡成像掃描系統的控制方法包括I)照明系統發射出電子束，照射在樣品室內的樣品上，透過樣品後的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，經過成像系統，成像在觀察室內的螢光屏上，曝光後影像記錄在位於螢光屏下的照相室內的IP成像板上，在照相室內設置有送片盒和接片盒，IP成像板夾在底片夾內，放置在送片盒內；已曝光的IP成像板通過設置在送片盒和接片盒之間的傳送帶自動傳輸到接片盒內；2)將在接片盒放置在掃描裝置內，位於傳送機構的一端的上表面，由傳送機構傳輸到激發採集區，雷射光源發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至計算機；
3)傳送機構將IP成像板傳輸至消光區，消光燈對IP成像板進行消光；4)消光後的IP成像板由傳送機構傳輸到設置在傳送機構另一端的下表面的送片盒中。照明系統11以陰極電子槍燈絲髮出的自由電子作為光源，再通過幾十至幾百千伏的高壓電場對電子束進行加速，而獲得波長較短、能量更高的電子束。一定波長的電子束照射在樣品室12內的樣品121上，並發生物理作用。這樣，透過樣品後的電子束就攜帶樣品內部的結構信息，被成像系統13將信息投射在螢光屏141上，可進行動態觀察。螢光屏141上的信息又可通過曝光快門使照相室15內的底片夾上的IP成像板感光，形成影像。之後，再將IP成像板放入設計的掃描裝置，利用雷射光源21對IP成像板掃描，使IP成像板中的已感光的感光材料受到激發，基於IP成像板「光致發光」呈現線性的特點，接收器22採用光電接收器對受激發射出的波長為390nm的光信號進行收集，通過計算機對光信號進行轉換，便得到影像的數碼信息，故可獲得層次豐富的樣品圖像或衍射結構信息。實施例二在本實施例中，掃描裝置內置在透射電鏡的照相室15內，將IP成像板直接放置在傳動機構24上，在照相室15內分為激發採集區A、消光區B和照相區C。掃描裝置包括雷射光源21、接收器22、消光燈23、傳送機構24和計算機；其中，雷射光源21和接收器22設置在激發採集區A，消光燈23設置在消光區B ;已曝光的單片的IP成像板由傳送機構傳輸到激發採集區A，雷射光源21發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器22採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至位於照相室15外面的計算機；然後，傳送機構將IP成像板傳輸至消光區B，消光燈23對IP成像板進行消光，傳動機構24將IP成像板傳輸至位於觀察室14下的照相區C，重新曝光成像。在激發採集區A和消光區B之間，以及在消光區B和照相區C之間分別設置有隔板26。在此實施例中，利用已有定位螺孔，在不破壞真空的情況下，掃描裝置內置在透射電鏡的照相室15內。在本實施例中，透射電鏡成像掃描系統的控制方法包括I)照明系統發射出電子束，照射在樣品室內的樣品上，透過樣品後的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，經過成像系統，成像在觀察室內的螢光屏上，曝光後影像記錄在位於螢光屏下的照相室內的位於照相區的IP成像板上；2)已曝光的IP成像板由傳送機構傳輸到激發採集區，雷射光源發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至計算機；3)傳送機構將IP成像板傳輸至消光區，消光燈對IP成像板進行消光；4)傳送機構將IP成像板傳輸至照相區。最後需要注意的是，公布實施方式的目的在於幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和範圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限於實施例中所公開的內容，本發明要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。
權利要求
1.一種透射電鏡成像掃描系統，其特徵在於，所述透射電鏡成像掃描系統包括透射電鏡及掃描裝置；其中，所述透射電鏡中採用IP成像板，透過樣品後的電子束曝光在IP成像板上形成影像；所述掃描裝置對已曝光的IP成像板進行影像掃描，直接生成影像的數碼信息。
2.如權利要求I所述的透射電鏡成像掃描系統，其特徵在於，所述掃描裝置包括雷射光源(21)、接收器(22)、消光燈(23)、傳送機構(24)和計算機；其中，在所述掃描裝置內分為激發採集區(A)和消光區(B)，所述雷射光源(21)和接收器(22)設置在激發採集區(A)，所述消光燈(23)設置在消光區(B);已曝光的IP成像板由傳送機構(24)傳輸到激發採集區(A)，所述雷射光源(21)發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，所述接收器(22)採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至計算機；然後，所述傳送機構(24)將IP成像板傳輸至消光區(B)，所述消光燈(23)對IP成像板進行消光。
3.如權利要求2所述的透射電鏡成像掃描系統，其特徵在於，所述掃描裝置包括雷射光源(21)、接收器(22 )、消光燈(23 )、傳送機構(24)、計算機和外殼(25 );其中，在所述外殼(25)內分為激發採集區(A)和消光區(B)，所述雷射光源(21)和接收器(22)設置在激發採集區(A)，消光燈(23)設置在消光區(B);所述傳送機構(24)的一端的上表面設置有接片盒(152)，已曝光的IP成像板放置在接片盒(152)中，另一端的下表面設置有送片盒(151);IP成像板從接片盒(152)的底部的狹縫彈出，由所述傳送機構(24)傳輸到激發採集區(A)，所述雷射光源(21)發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，所述接收器(22)採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至位於所述外殼(25)外面的計算機；然後，所述傳送機構(24)將IP成像板傳輸至消光區(B)，所述消光燈(23)對IP成像板進行消光；消光後的IP成像板由傳送機構(24)傳輸到設置在所述傳送機構(24)另一端的下表面的送片盒(151)中。
4.如權利要求2所述的透射電鏡成像掃描系統，其特徵在於，所述掃描裝置內置在所述透射電鏡的照相室(15)內，所述照相室(15)內分為激發採集區(A)、消光區(B)和照相區(C);所述掃描裝置包括雷射光源(21)、接收器(22)、消光燈(23)、傳送機構(24)和計算機；其中，所述雷射光源(21)和接收器(22)設置在激發採集區(A)，所述消光燈(23)設置在消光區(B);已曝光的單片的IP成像板由所述傳送機構(24)傳輸到激發採集區(A)，所述雷射光源(21)發射出雷射激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，所述接收器(22)採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至位於所述照相室15外面的計算機；然後，所述傳送機構將IP成像板傳輸至消光區(B)，所述消光燈(23)對IP成像板進行消光，所述傳動機構(24)將IP成像板傳輸至位於觀察室(14)下的照相區(C)，重新曝光成像。
5.如權利要求2所述的透射電鏡成像掃描系統，其特徵在於，在所述掃描裝置內的激發採集區(A)和消光區(B)之間設置有隔板(26)。
6.如權利要求4所述的透射電鏡成像掃描系統，其特徵在於，在所述掃描裝置內的激發採集區(A)和消光區(B)之間，以及在消光區(B)和照相區(C)之間分別設置有隔板(26)。
7.—種權利要求I所述的透射電鏡成像掃描系統的控制方法，其特徵在於，所述控制方法包括I)照明系統發射出電子束，照射在樣品室內的樣品上，透過樣品後的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，經過成像系統，成像在觀察室內的螢光屏上，曝光後影像記錄在位於螢光屏下的照相室內的IP片上；2)將已曝光的IP成像板放置在掃描裝置內，由傳送機構傳輸到激發採集區，雷射光源激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至計算機；3)傳送機構將IP成像板傳輸至消光區，消光燈對IP成像板進行消光。
8.如權利要求7所述的控制方法，其特徵在於，所述控制方法進一步包括1)照明系統發射出電子束，照射在樣品室內的樣品上，透過樣品後的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，經過成像系統，成像在觀察室內的螢光屏上，曝光後影像記錄在位於螢光屏下的照相室內的IP片上，在照相室內設置有送片盒和接片盒，IP片夾在底片夾內，放置在送片盒內；已曝光的IP片通過設置在送片盒和接片盒之間的傳送帶自動傳輸到接片盒內；2)將在接片盒放置在掃描裝置內，位於傳送機構的一端的上表面，由傳送機構傳輸到激發採集區，雷射光源激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至計算機；3)傳送機構將IP成像板傳輸至消光區，消光燈對IP成像板進行消光；4)消光後的IP成像板由傳送機構傳輸到設置在傳送機構另一端的下表面的送片盒中。
9.如權利要求7所述的控制方法，其特徵在於，所述控制方法進一步包括1)照明系統發射出電子束，照射在樣品室內的樣品上，透過樣品後的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，經過成像系統，成像在觀察室內的螢光屏上，曝光後影像記錄在位於螢光屏下的照相室內的位於照相區的IP片上；2)已曝光的IP成像板由傳送機構傳輸到激發採集區，雷射光源激發IP成像板上的感光材料，得到相應波長的光信號，接收器採集光信號，轉化為數碼信息，並將數碼信息傳送至計算機；3)傳送機構將IP成像板傳輸至消光區，消光燈對IP成像板進行消光；4)傳送機構將IP成像板傳輸至照相區。
全文摘要
本發明公開了一種基於IP成像板的透射電鏡成像掃描系統及其控制方法。本發明的透射電鏡成像掃描系統包括透射電鏡及掃描裝置；其中，透射電鏡中採用IP成像板，透過樣品後的電子束曝光在IP成像板上形成影像；掃描裝置對已曝光的IP成像板進行影像掃描，直接生成影像的數碼信息。本發明採用IP成像板，曝光時間短，從而提高了透射電鏡的靈敏度，操作快捷，圖像對比度高；存儲在IP成像板內的影像保持7天以上；IP成像板可在正常的可見光環境中操作，使用方便；IP成像板中的信息可選擇性的重複讀取，已曝光的IP成像板經消光後，可以重複利用近兩萬次。因此，本發明在可方便地觀察圖像的細節的同時，消除資源浪費和環境汙染，提高測量精度。
文檔編號G01N23/22GK102937600SQ20121043981
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者張焱, 賈春燕, 陳晶, 冉書能, 劉國超, 李增傑 申請人:北京大學