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样品台、微观观察装置和样品台调整方法

阅读：196发布：2020-05-13

专利汇可以提供样品台、微观观察装置和样品台调整方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种样品台、微观观察装置和样品台调整方法，该样品台包括沿Z坐标轴方向依次连接的旋转电机 (3)、旋转电机与水平直线电机连接模块 (4)、水平直线电机(5)、水平直线电机滑块(6)、水平直线电机与垂直直线电机连接模块(7)、垂直直线电机(8)、垂直直线电机滑块(9)和载物台(12)。该样品台不但能够改变样品的空间位置，还能够与显微成像仪器，如扫描电子显微镜 SEM、光学显微镜 OM，原子力显微镜AFM等配套使用，对被测试件进行原位旋转操作以及观测。该样品台和微观观察装置的结构简单，对多种尺寸的试样都能进行测试，适应性较强，而且空间结构紧凑、便于观察。，下面是样品台、微观观察装置和样品台调整方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种微观观察装置的样品台调整方法，其特征在于，所述微观观察装置含有所述样品台和显微镜(17)；
在以X、Y、Z为坐标轴的空间直角坐标系中，该样品台包括沿Z坐标轴方向依次连接的旋转电机(3)、旋转电机与水平直线电机连接模块(4)、水平直线电机(5)、水平直线电机滑块(6)、水平直线电机与垂直直线电机连接模块(7)、垂直直线电机(8)、垂直直线电机滑块(9)和载物台(12)；旋转电机(3)能够驱动旋转电机与水平直线电机连接模块(4)和水平直线电机(5)以Z坐标轴为轴转动，水平直线电机(5)能够驱动水平直线电机滑块(6)和水平直线电机与垂直直线电机连接模块(7)沿X坐标轴的方向移动，垂直直线电机(8)能够驱动垂直直线电机滑块(9)和载物台(12)沿Y坐标轴的方向移动；
显微镜(17)用于观察载物台(12)上的样品；
该微观观察装置还含有控制单元，该控制单元能够控制所述样品台的运行，该控制单元与显微镜(17)的成像部件连接；
该微观观察装置的样品台调整方法包括以下步骤：
步骤1、将样品安装于载物台(12)上；
步骤2、记录该样品在显微镜(17)的成像单元的视野范围内的原始坐标；
步骤3、旋转电机(3)以Z坐标轴为轴转动，再次记录该样品在显微镜(17)的成像单元的视野范围内的转后坐标；
步骤4、该控制单元根据该原始坐标、转后坐标和旋转电机(3)的转动角度计算出旋转电机(3)在显微镜(17)的该成像单元的视野范围内的中心坐标；
步骤5、该控制单元根据该原始坐标和中心坐标之间的距离以及该转后坐标和中心坐标之间距离相应的控制水平直线电机(5)和垂直直线电机滑块(9)，使该样品移动至该中心坐标。
2.根据权利要求1所述的微观观察装置的样品台调整方法，其特征在于，在步骤4中根据公式一和公式二计算出该中心坐标；
公式一为
2 2 2 2
公式二为(a1-x) +(b1-y) ＝(a2-x) +(b2-y) ；
a1为该原始坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的a轴上的数值；
b1为该原始坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的b轴上的数值；
a2为该转后坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的a轴上的数值；
b2为该转后坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的b轴上的数值；
α为旋转电机(3)的转动角度；
x为该中心坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的a轴上的数值；
y为该中心坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的b轴上的数值。
3.根据权利要求1所述的微观观察装置的样品台调整方法，其特征在于，步骤5后还包括步骤6；
步骤6、提高显微镜(17)的高放大倍数，对载物台(12)上的样品进行转动和观察。
4.根据权利要求1所述的微观观察装置的样品台调整方法，其特征在于，旋转电机与水平直线电机连接模块(4)位于旋转电机(3)的上端，旋转电机(3)的下端还设有用于按照固定的平台底板(1)。
5.根据权利要求4所述的微观观察装置的样品台调整方法，其特征在于，平台底板(1)的边缘设有平台固定通孔(2)。
6.根据权利要求1所述的微观观察装置的样品台调整方法，其特征在于，垂直直线电机滑块(9)和载物台(12)之间设有载物台底座(11)，载物台(12)与载物台底座(11)固定连接，载物台底座(11)通过螺钉(10)与垂直直线电机滑块(9)固定连接。
7.根据权利要求1所述的微观观察装置的样品台调整方法，其特征在于，显微镜(17)和观察载物台(12)之间设有右微纳操作臂(15)和左微纳操作臂(16)。

说明书全文

样品台、微观观察装置和样品台调整方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微观观察设备领域，具体的是一种样品台、还是一种含有该样品台的微观观察装置，更是一种微观观察装置的样品台调整方法。

背景技术

[0002] 随着技术的发展，微样品的观测与操作被广泛的应用于航空航天、汽车工业、半导体、生物医学、MEMS、高分子、太阳能/燃料电池化工、石油、岩石、微电子、微型传感器、半导体材料、自动控制、航空航天、汽车工业及机械工具中。

[0003] 在高放大倍数的显微镜下对样品进行操作与宏观操作存在很大的差异。为了将微观操作技术以及微观样品的观察，处理以及加工进行有机结合，学术界和工程技术界均在研究一些微操作平台来与光学显微镜(OM)，扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)等微纳米观察仪器配合使用，从而可以深入地探索各类纳米材料及生物样品的特征，性能，结构以及各方面的应用研究。

[0004] 传统的微操作样品台只能对样品进行简单的平移观测以及操作。虽然通过调整成像装置的角度，可以在视野内实现对样品的旋转观测，但是并不能改变样品的空间位置。另一方面，受到显微镜下观察视野和操作空间的限制，绝大多数的微操作平台并不能实现在封闭环境下(例如扫描电子显微镜SEM，原子力显微镜AFM等)对样品进行原位操作。因此，对微纳样品在显微镜下进行物理空间上的旋转观察以及操作，仍是当前观测的一个难题。目前，显微镜下的样品旋转操作技术有着重大的需求，如用于对微纳样品性能的表征、新能源材料的测量等等。

发明内容

[0005] 为了解决现有的样品台不能改变样品的空间位置的不足，本发明提供了一种样品台、微观观察装置和样品台调整方法，该样品台不但能够改变样品的空间位置，还能够与显微成像仪器(如扫描电子显微镜SEM、光学显微镜OM，原子力显微镜AFM等)配套使用，对被测试件进行原位旋转操作以及观测。该样品台和微观观察装置的结构简单，对多种尺寸的试样都能进行测试，适应性较强，而且空间结构紧凑、便于观察。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0007] 一种样品台，在以X、Y、Z为坐标轴的空间直角坐标系中，该样品台包括沿Z坐标轴方向依次连接的旋转电机、旋转电机与水平直线电机连接模块、水平直线电机、水平直线电机滑块、水平直线电机与垂直直线电机连接模块、垂直直线电机、垂直直线电机滑块和载物台；旋转电机能够驱动旋转电机与水平直线电机连接模块和水平直线电机以Z坐标轴为轴转动，水平直线电机能够驱动水平直线电机滑块和水平直线电机与垂直直线电机连接模块沿X坐标轴的方向移动，垂直直线电机能够驱动垂直直线电机滑块和载物台沿Y坐标轴的方向移动。

[0008] 一种微观观察装置，该微观观察装置含有上述的样品台以及用于观察载物台上样品的显微镜。

[0009] 一种微观观察装置的样品台调整方法，该微观观察装置为上述的微观观察装置，该微观观察装置含有控制单元，该控制单元能够控制所述样品台的运行，该控制单元与显微镜的成像部件连接，该微观观察装置的样品台调整方法包括以下步骤：

[0010] 步骤1、将样品安装于载物台上；

[0011] 步骤2、记录该样品在显微镜的成像单元的视野范围内的原始坐标；

[0012] 步骤3、旋转电机以Z坐标轴为轴转动，再次记录该样品在显微镜的成像单元的视野范围内的转后坐标；

[0013] 步骤4、该控制单元根据该原始坐标、转后坐标和旋转电机的转动角度计算出旋转电机在显微镜的该成像单元的视野范围内的中心坐标；

[0014] 步骤5、该控制单元根据该原始坐标和中心坐标之间的距离以及该转后坐标和中心坐标之间距离相应的控制水平直线电机和垂直直线电机滑块，使该样品移动至该中心坐标。

[0015] 本发明的有益效果是：

[0016] 1、由于作为动力系统的微型电机等部件的高度可以调整，因而直径为微纳尺寸的测试试样的初始长度可以自行设定。

[0017] 2、在工作过程中，测试样品一直处于旋转电机旋转中心位置，也是处于显微镜便于观察的范围内，这避免了现有测试装置中对样品进行旋转操作会导致测试图像容易偏移的缺陷，使测试过程便于观测。

[0018] 3、该样品台可以用于样品的旋转调整姿态，当需要旋转调整样品姿态时，样品可一直处于电机旋转中心位置，便于对样品的操作处理。该装置也能观测样品在旋转运动下的变化，所以应用范围较广。

[0019] 4、整个测试装置的结构简单，体积较小，便于在原子显微镜的狭小空间中工作。附图说明

[0020] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

[0021] 图1是该样品台的示意图。

[0022] 图2是微观观察装置的样品台调整方法的流程示意图。

[0023] 图3是微观观察装置的样品台调整方法的原理图。

[0024] 图4是微观观察装置在调整前的示意图。

[0025] 图5是微观观察装置在调整后的示意图。

[0026] 1、平台底板；2、平台固定通孔；3、旋转电机；4、旋转电机与水平直线电机连接模块；5、水平直线电机；6、水平直线电机滑块；7、水平直线电机与垂直直线电机连接模块；8、垂直直线电机；9、垂直直线电机滑块；10、螺钉；11、载物台底座；12、载物台；13、载物台；14、调整前的样品；15、右微纳操作臂；16、左微纳操作臂；17、显微镜；18、调整后的样品。

具体实施方式

[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0028] 在以X、Y、Z为坐标轴的空间直角坐标系中，该样品台包括沿Z坐标轴方向依次连接的旋转电机3、旋转电机与水平直线电机连接模块4、水平直线电机5、水平直线电机滑块6、水平直线电机与垂直直线电机连接模块7、垂直直线电机8、垂直直线电机滑块9和载物台12；旋转电机3的轴线与Z坐标轴重合，旋转电机3能够驱动旋转电机与水平直线电机连接模块4和水平直线电机5以Z坐标轴为轴转动，水平直线电机5能够驱动水平直线电机滑块6和水平直线电机与垂直直线电机连接模块7沿X坐标轴的方向移动，垂直直线电机8能够驱动垂直直线电机滑块9和载物台12沿Y坐标轴的方向移动，如图1所示。

[0029] 由于安装了旋转电机3、水平直线电机5和垂直直线电机8可以使载物台12和载物台上的样品可以以Z坐标轴为轴转动、或沿X坐标轴的方向移动、或沿Y坐标轴的方向移动，从而能够改变样品的空间位置，以便于样品的观察。

[0030] 在本实施例中，旋转电机与水平直线电机连接模块4位于旋转电机3的上端，旋转电机3的下端还设有用于按照固定的平台底板1。平台底板1的边缘设有平台固定通孔2。垂直直线电机滑块9和载物台12之间设有载物台底座11，载物台12与载物台底座11固定连接，载物台底座11通过螺钉10与垂直直线电机滑块9固定连接。

[0031] 在本实施例中，旋转电机3、旋转电机与水平直线电机连接模块4、水平直线电机5、水平直线电机滑块6、水平直线电机与垂直直线电机连接模块7、垂直直线电机8、垂直直线电机滑块9和载物台12均现有市售产品，不再详细介绍。

[0032] 下面介绍一种微观观察装置，该微观观察装置含有上述的样品台以及用于观察载物台12上样品的显微镜17，如图4和图5所示。其中，有载物台13、调整前的样品14、右微纳操作臂15、左微纳操作臂16、显微镜17、调整后的样品18。

[0033] 在本实施例中，显微镜17和观察载物台12之间设有右微纳操作臂15和左微纳操作臂16。右微纳操作臂15和左微纳操作臂16可以用于操作载物台12的样品。该微观观察装置含有控制单元，该控制单元能够控制所述样品台的运行，该控制单元与显微镜17的成像部件连接，所述样品台与显微镜17的成像部件集成。所述样品台与显微镜17相关联，成像部件能够将观察的数据信号发送至该控制单元，该控制单元能够根据该数据信号控制旋转电机3、水平直线电机5和垂直直线电机8的动作。

[0034] 另外，显微镜17为现有设备，如可以为光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)等微纳米观察仪器。

[0035] 下面介绍该微观观察装置的样品台的调整方法，该微观观察装置含有控制单元，该控制单元能够控制所述样品台的运行，该控制单元与显微镜17的成像部件连接，该微观观察装置的样品台调整方法包括以下步骤：

[0036] 步骤1、将样品安装于载物台12上；

[0037] 步骤2、记录该样品上的一个主要的待观察点在显微镜17的成像单元的视野范围内的原始坐标；

[0038] 步骤3、然后，旋转电机3以Z坐标轴为轴转动，从而使载物台12也以Z坐标轴为轴转动，并再次记录所述待观察点在显微镜17的成像单元的视野范围内的转后坐标；

[0039] 步骤4、该控制单元根据该原始坐标、转后坐标和旋转电机3的转动角度计算出旋转电机3在显微镜17的该成像单元的视野范围内的中心坐标；

[0040] 步骤5、该控制单元根据该转后坐标和中心坐标之间距离相应的控制水平直线电机5和垂直直线电机滑块9，使该样品上的待观察点移动至该中心坐标；

[0041] 步骤6、提显微镜17的高放大倍数，对载物台12上的样品进行转动和观察，如图2和图3所示。

[0042] 在本实施例中，在步骤4中根据公式一和公式二计算出该中心坐标；

[0043] 公式一为

[0044] 公式二为(a1-x)2+(b1-y)2＝(a2-x)2+(b2-y)2；

[0045] a1为该原始坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的a轴上的数值；

[0046] b1为该原始坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的b轴上的数值；

[0047] a2为该转后坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的a轴上的数值；

[0048] b2为该转后坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的b轴上的数值；

[0049] α为旋转电机3的转动角度；

[0050] x为该中心坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的a轴上的数值；

[0051] y为该中心坐标在该视野范围内以a、b为坐标轴的平面直角坐标系中的b轴上的数值；

[0052] *为乘法符号。

[0053] 即工作前，先将样品安置固定于载物台12上，然后将显微旋转操作平台与显微成像仪器集成。接下来需要对样品位置进行校准，以使得可以对其进行旋转观测操作。首先记录在显微镜视野范围内的样品原始坐标：A:(a1，b1)，其次旋转电机顺时针旋转α角度并记录样品坐标：B:(a2，b2)。

[0054] 由上述公式一和公式二可以计算出旋转电机3的在显微镜视野范围内的旋转中心坐标：O:(x，y)，然后通过控制水平直线电机5以及垂直直线电机8动作，将样品从B点移动至旋转电机的旋转中心O点，这样在工作过程中，样品不会偏离出显微镜的视野范围，这样可以对样品进行很好的旋转操作以及观测。

[0055] 以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

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