改善的用于电子显微镜的导引的制作方法

本发明涉及一种用于在显微镜中分析样品的方法，并涉及一种用于分析样品的系统。具体地，本发明可以为用户提供在样品周围的改善的导引/导览(navigation)，并且可以通过组合来自多个信号(甚至是信噪比较差的信号)的信息并提供允许用户与信息源进行交互的显示器来帮助用户，以有效地且高效地进行大面积的探查。

背景技术：

图1示出了用于探查样品表面的扫描电子显微镜(sem)中采用的典型的系统。在真空室内部生成电子束，并且通常用磁透镜或静电透镜对电子束进行聚焦。当电子束轰击样品时，一些电子从样品散射回(反向散射的电子或bse)，或者与样品相互作用以生成二次电子(se)和诸如x射线的许多其它发射物。

通常被设计为响应来自样品的se或bse的强度的电子检测器连接到信号处理电子装置，并生成与样品的被聚焦的束轰击的部分对应的信号。从样品的所述部分发射的x射线光子也将轰击x射线检测器，并且利用相关联的信号处理，可以测量单个光子能量，并生成与束下存在的化学元素的特征发射线对应的信号。使用电子束检测器在样品的网格点上通常以光栅方式逐行(但可以以任意次序，甚至是随机选择的点)扫描聚焦的电子束，并且在每个点处测量电子信号，并将该电子信号存储在通常显示在与计算机接口的视频显示器单元上的数字图像的对应的像素中。当已经访问网格中的所有点时，已经获取图像数据的一个完整的“帧”。通常，网格点覆盖“视场”尺寸至1cm，但其可以更大或明显更小，并且如果图像显示在固定尺寸的监控器上，则视场的尺寸有效地确定放大倍率，使得较小的视场表示较高的放大倍率。要检查的样品的尺寸通常比可通过电子束的偏转达到的最大视场大得多，并且为了探查整个样品表面，通常必须使用控制器来移动支撑样品的支撑架或载物台，并且其通常可以将扫描的视场移动很多cm。在电子显微镜中使用了类似的系统，在该系统中，样品足够薄以使束透射过样品(扫描透射电子显微镜或stem)。在此情况下，束偏转和载物台移动的范围通常小于sem中的束偏转和载物台移动的范围。

当电子束轰击样品时，从样品中发射的电子数量通常比生成的x射线光子数量高几个数量级。因此，x射线图像通常比电子图像具有差的多的信噪(s/n)比，并且期望使用最佳的可用方法来改善x射线图像。由检测器收集的x射线数量由在电子束轰击样品的点处x射线检测器所包夹(subtend)的立体角决定。对于如图1中所示的x射线检测器位于电子束一侧的布置，通过使用大面积检测器或将检测器设置为非常靠近样品来使收集立体角最大化。在不同的布置中，x射线检测器使用被设置为围绕入射电子束的多个传感器以使总收集立体角最大化。在这种“同轴”布置中，x射线检测器位于最终的透镜光圈与样品之间，并且电子束行进穿过传感器之间的间隙。

即使当收集立体角被最大化时，单个帧的x射线图像的信噪比通常也比电子图像差得多，这使用户难以在每像素的停留时间很短时看到在数据的单个帧中的细节。如果延长停留时间以改善信噪比，则完成图像帧的时间增加，并且用户必须等待更长的时间才能看到覆盖整个视场的图像。x射线成像的重大创新是以下技术：记录单个光子的扫描位置和能量两者，使得可以对存储的数据进行处理以从任意所需的特征化学元素发射中生成x射线图像(mott和friel，1999，journalofmicroscopy，第193卷，第1期，1999年1月，第2-14页)。mott和friel并没有针对单次扫描使用大的每像素的停留时间，而是使用了较少的停留时间并在不断累积数据的同时重复扫描相同的视场。他们的系统经过编程，以使用累积的数据重复地准备x射线图像以进行显示，使得在添加新的数据帧时，x射线元素图出现逐渐减少的粒子感(grainy)，并且开始出现细节和阴影。现在这种获取和显示x射线元素图并观察所得图像随时间而改善的方法已经普遍使用了近二十年。

当用户需要探查样品以找到感兴趣的区域时，他们通常使用与对电子图像快速交互已经优化的sem显示器。sem通常显示高信噪比的电子图像，该电子图像每帧刷新并使用快速的帧速率，使得如果焦距或放大倍率发生变化或视场移位(例如，通过移动支撑样品的支撑架或载物台或向扫描偏转添加偏移)，则用户以足够快的速率看到新图像，以有效地进行交互。即使帧速率可能低于50hz，足以跟踪移动特征的高更新速率通常也被称为类似于家用电视的“tv速率”。在设定电子图像的放大倍率使得由电子束扫描覆盖的视场适合在样品表面上显示感兴趣的特征类型之后，用户将在观察电子图像的同时移动载物台以找到可能包含感兴趣的化学元素或化合物的区域。当可能的区域出现在视场中时，用户将停止载物台移动，然后调整扫描速率并开始x射线采集，并对随着逐帧改善的s/n来观察元素图，如由mott和friel描述的。如果很快就发现视场中的元素或化合物的分布不合适，则用户将返回使用快速帧速率电子图像的交互式探查，并移动载物台以找到更合适的区域来获取x射线数据。返回电子图像以进行探查、周期性地停止以获取足够的x射线数据以检查视场是否具有所需元素的适当分布以及如果不具有所需元素的适当分布则返回电子图像以进行探查的循环是低效的，并且用户也会在其尝试在样品上的较大面积上导引的同时错过样品上包含感兴趣的材料的区域。

当用户的任务是寻找包含具有某些特性的特定化学元素或化合物或材料的区域时，问题是电子图像无法提供足够的信息。se信号很好地示出了形貌，并且bse信号可以指示材料的平均原子序数，但是没有一个信号提供了关于化学元素含量或材料性质的特定信息，因此用户必须猜测某个区域是否可能值得获取额外的数据以提供这样的信息。x射线图像可以提供关于化学元素含量的信息，但信噪比(s/n)较差，并且不提供任何形貌细节，因此不足以给出视觉线索来帮助用户获知它们在样品上的位置。因此，需要一种改善的方法供用户在样品上的大面积地导引以找到感兴趣的材料。

技术实现要素：

根据发明的第一方面，提供了一种用于在显微镜中分析样品的方法，所述方法包括：使用第一检测器和与第一检测器不同的第二检测器来获取一系列复合图像帧，其中，获取复合图像帧包括：a)使带电粒子束撞击样品区域内的多个位置，该区域与显微镜的配置视场对应，该显微镜配置有一组显微镜条件，b)根据经配置的显微镜条件，使用所述第一检测器监控在所述样品内在所述多个位置生成的第一组所得粒子，以获得第一图像帧；c)根据经配置的显微镜条件，使用所述第二检测器监控在所述样品内在所述多个位置生成的第二组所得粒子，以获得第二图像帧，其中，每个图像帧包括多个像素，其与该区域内的多个位置对应，并且具有从该区域内的多个位置处生成的被监控的粒子得到的值，d)针对第二图像帧的每个像素，如果经配置的显微镜条件与该系列中紧接的前一个获取的复合帧的存储的第二图像帧的显微镜条件相同，并且如果各个像素对应于与所存储的第二图像帧包括的存储的像素对应的区域内的位置，则将所存储的像素的值与该像素的值组合，以提高针对该像素的信噪比，以及e)将第一图像帧与第二图像帧组合以生成复合图像帧，使得该复合图像帧针对多个像素中的每一个提供从该区域内的对应位置处生成并通过第一检测器和第二检测器中的每一个监控的粒子得到的数据；以及在视觉显示器上实时显示该系列的复合图像帧。

所述方法可以提供以下优点：当获取图像时，实时地组合地显示使用两种不同类型的检测器获取并因此具有不同的图像获取性质并表示关于样品的不同信息的样品的显微镜图像。这可以大大提高显微镜设备的用户可导引通过样品的不同区域并在其上定位感兴趣的特征的速度和效率。产生这种改善的原因不仅仅在于，在同一视场中同时显示示出样品的同一区域的两种类型的图像可以使用户基于第一类型的图像快速识别感兴趣的潜在特征，这可以例如在样品周围导引的同时示出样品表面的物理形状或形貌，并在定位了这些潜在特征后，保持显微镜的视场，使得其继续包含这些特征，以便获取或累积第二类型的图像数据，以获得关于与由第一图像类型所提供的信息不同类型的样品区域的信息。

所述方法可以用于分析任何带电粒子束仪器或使用聚焦粒子束仪器中的样品。因此，在本公开中，术语显微镜用于指代任何这样的仪器。通常，显微镜是电子显微镜，其中，带电粒子束是电子束。在其它实施例中，带电粒子束是离子束。

另外，在获取多个系列的复合图像时在复合图像帧中实时显示组合的第一图像类型和第二图像类型意味着：可以“即时”执行这样的动作，而不通过用户暂停或中断样品的导引。

将理解，如本公开中使用的术语“粒子”包括物质的粒子，其包括离子和诸如电子的亚原子粒子以及代表电磁辐射的量子的粒子(也就是光子，例如，x射线光子)。例如，在一些实施例中，带电粒子束是离子束，其通常使包括电子和离子的所得粒子从样品发射出来，这可以被检测器监控到。

所述方法在以下实施例中特别有益，在该实施例中，第二检测器是这样的类型：其在给定的显微镜条件下，监控的信号的信噪比通常比第一检测器适于监控的信号的信噪比低。在这样的实施例中，可以选择第一检测器和第二检测器的组合，使得第一检测器快速提供高信噪比的图像信号，以便允许用户快速检查样品的不同区域。在通过在样品的不同区域上移动视场来在样品周围导引时，第二检测器(较低信噪比的检测器)可以提供比由较高信号的第一检测器获得的第一图像帧质量更差的第二图像帧。然而，当用户放慢导引速率或视场的改变速率，或停止导引以保持固定视场时，可以通过检测器获取样品上相同像素或位置的重复测量，因此，通过将第二图像帧中的像素与先前获取的对应于样品中同一位置的第二图像帧中的像素进行组合，可以减轻使用第二检测器获取的图像的较小的信噪比，并且可以获得从由第二检测器获取的数据得到的高质量图像。

在一些实施例中，每个图像帧包括多个像素，所述多个像素与该区域内的多个位置对应，并具有代表在该区域内的多个位置处生成的监控的粒子的值。例如，像素值可以表示由检测器监控并在对应位置生成的粒子的强度。因此，在一些实施例中，复合图像帧可以针对多个像素中的每一个提供表示在该区域内的相应位置处生成并且由第一检测器和第二检测器中的每一个监控的粒子。在其它实施例中，诸如其中图像帧是电子反向散射衍射图像的那些实施例，像素值可以不直接表示在该位置处生成的粒子，而是可以通过计算的方式而从其中得到。

通常，第一检测器和第二检测器中的每一个在经配置的一组显微镜条件下或根据经配置的一组显微镜条件来观察样品区域。在所获得的第一图像帧和第二图像帧中的每一个中，每个像素可以表示粒子计数或具有根据粒子计数的值，该粒子由检测器监控且在与该像素对应的样品上的位置处生成，或者例如，每个像素可以指示那些被监控的粒子的能量分布。

在一些实施例中，在获取复合图像帧期间，可以根据视场与存储的第二图像帧的视场相同来自动地执行各个第二图像帧与存储的图像帧的组合。具体地，如果经配置的视场与该系列中紧接的前一个获取的复合帧配置的视场相同，或者如果例如所考虑的像素位于这两个第二图像帧之间的重叠区域中，则该像素可以与存储的像素组合。

在针对第二图像帧的组合工艺期间，经配置的显微镜条件与存储的第二图像帧的显微镜条件相同可以被认为是针对该像素获取的信号的内容相同。例如，如果在获取所考虑的第二图像帧与所存储的图像帧之间对电子束或其它类型的带电粒子束的焦距、像散、放大倍率、加速电压、束电流、亮度或对比度没有改变，则针对像素的测量通常将构成样品上该位置的存储的像素值的重复测量，除非样品或扫描位置已经移动，因此可以用来改善该像素的信噪比。换言之，经配置的显微镜条件是相同的可以被认为是获取第二图像帧所依据的显微镜条件与获取存储的第二图像帧所依据的显微镜条件相同。

实时显示复合图像帧通常包括一获取图像数据就对其进行处理和显示，使得该图像数据几乎立即可用。以这种方式，用户能够使用实时复合图像帧作为反馈来指导样品周围的导引。换言之，复合图像帧的实时呈现可以构成在特定图像帧的获取与其在视觉显示器上的显示之间没有明显的延迟。例如，如果用户停止导引并在样品的相同区域保持视场，则实时显示通常意味着在用户停止导引与用户呈现之间在视觉显示器上基本上没有明显的延迟，其中，先前改变的视场停止在相关区域上。因此，所述方法可以涉及实时或“现场”显示所获取的多个系列的复合图像帧，并且这可以涉及在短时间段(最优选地，在毫秒量级)内处理和显示图像。然而，还设想所述方法在获取第一图像帧和第二图像帧与在视觉显示器上呈现对应的复合图像帧之间的时间段范围内可能是有益的。这些帧时间段可以是例如1s、0.3s、0.05s或0.01s。优选地，该系列复合图像帧以它们被获取的次序显示。

因此，所述方法为用户提供了一种改善的导引方法，而不损害尽可能早地看到良好的s/n图像的能力。通常为显微镜用户提供这样的显示：其组合给出了样品形状和形式的良好视觉表现的图像与具有关于从其它检测器获得的材料含量或性质的额外信息。该显示可以呈现为使得用户可以同时看到图像，该图像使用颜色混合并排地或者优选地重叠在同一位置中。

通过在区域中的位置上扫描束，检测器可以获得该区域的图像。通常，为了获得图像，使用显微镜束偏转器将聚焦的电子束定位在视场中的一个点，并且在电子束处于该位置的同时，在该位置测量来自电子检测器的信号，并从一个或多个额外的检测器中获得额外的信号测量。每个信号源的结果都可以用作该信号源的数字图像中的与样品上的束位置对应的“像素”位置的强度值。然后，通常将束偏转到新位置，并针对每个源为数字图像中对应像素记录新的信号结果。该过程可以继续直到束已经访问覆盖典型矩形视场的位置，使得针对每个信号记录与该视场对应的数字图像数据的单个“帧”。因此，来自电子检测器的信号数据产生了数字“电子图像”，并且对来自额外的检测器的数据进行处理，以提供一个或多个额外的图像，这些图像与电子图像来自样品上相同的视场，但提供关于材料组成或性质的额外信息。

通常，例如，使用诸如pct/gb2011/051060中描述的技术，将所有图像传递到视觉显示器单元且并排显示，或组合成单个合成彩色图像，使得用户可以在他们的视线范围内看到所有信息。一旦为所有信号记录了完整的数字数据帧，就可以收集新的数据帧。如果尚未改变视场或显微镜条件，则通常使用新的数据帧来增强先前帧的结果，并使用每个像素的信号平均化或累积来改善这些图像的信噪比。改善后的图像可以再次传递到视觉显示器单元，并重复此帧获取和显示的循环，使得用户看到包含并排图像的复合图像或者信噪比随着获取每个新数据帧而逐渐改善的单个合成图像。然而，如果视场或显微镜条件在帧之间改变，则任何信号平均化后的或累积的数据通常被来自新帧的数据替换。

例如，用户可以通过更改放大倍率来引起视场的变化，使得聚焦的电子束在样品上的较小或较大区域上偏转。可替代地，用户可以移动其上支撑有样品的载物台或支撑架，使得样品相对于聚焦的电子束移动，并且由此将被偏转的电子束访问的视场移动到样品表面的新区域。也可以通过更改电子束偏转来改变视场，使得在覆盖样品上不同区域的网格点上引导聚焦的电子束。诸如束电压的显微镜条件也可以被更改，这将改变电子图像中的对比度以及额外的信号的信息内容。在任何这些情况下，用新获取的数据立即替换现有图像数据将允许用户在单个帧时间内看到新的视场。如果帧时间足够短，则用户将能够在视场移动的同时使用视觉显示器单元跟踪样品的表面上的特征。

如果在任何一帧数据获取之后或者视场或显微镜条件与前一帧的相同，则获取模式通常回到其中连续的数据帧用于改善该显示图像的s/n的信号平均化或累积模式。因此，在一些实施例中，如果用户在样品的表面上移动视场以找到感兴趣的区域，则用户将能够看到由电子图像提供的样品形状和形式以及由额外的信息提供的关于材料组成或性质的补充信息的组合。一旦感兴趣的区域进入视场，用户就可以停止移动，并且信噪比将迅速得到改善，而没有与用户的任何交互或分析期的中断。

发明人已经发现，即使额外的信号给出具有不良s/n的单帧数据，该图像通常也足以给出感兴趣区域的粗略位置。

另外，当在移动视场的同时显示连续的帧时，每个帧中的噪声是不同的，并且眼睛/大脑的组合达到了时间平均化的效果，其允许用户识别会在单帧数据中模糊的移动特征。一旦用户看到感兴趣的特征，如果他们停止移动，则可以自动开始自动信号平均化，使得特征的可视性在记录几帧之后将快速得到改善。

为了实现在用户可以“即时”做出决定的导引效率方面的这一步骤功能改善，重要优点在于：在具有三个或多个检测器的实施例中，用户可以同时查看两个或多个图像，使得所有图像至少在用户的周围视觉范围内。优选地，关于材料组成或性质的额外的图像信息被提供作为电子图像上的彩色覆盖物，以提供“平视(headsup)”显示器的等同物，其给出额外的数据而无需用户将视线从电子图像移开。

如上所述，第一检测器通常是电子检测器。但是，设想可以使用其它类型的监控设备。

在典型的实施例中，第一检测器适于监控所得粒子，该所得粒子提供包括关于样品区域的形貌信息和样品材料原子数信息中的任意一者或两者的数据。这样的数据通常可以由二次电子检测器或反向散射电子检测器提供。因此这样的检测器可以适用于快速提供这样的图像帧，其包括适于用户快速导引样品表面周围的视场的信息。

在一些实施例中，针对经配置的显微镜条件，第二检测器适于监控的所得粒子在样品内生成的速率小于第一检测器适于监控的所得粒子在样品内生成的速率的十分之一。例如，当该方法与电子显微镜一起使用时，通常在给定的电子显微镜条件下，生成响应于电子束撞击在样品上而生成的所得发射的x射线的速率比生成发射电子的速率小一个数量级或更多。在本文中，速率是指每秒生成的粒子数，这些粒子包括物质或电磁辐射。在一些实施例中，生成第二检测器适于监控的粒子的速率是生成第一检测器适于监控的粒子的速率的百分之一。

在一些实施例中，例如，涉及电子背散射衍射分析，可能不存在第一粒子和第二粒子生成或监控速率的这种差异。

在不同的实施例中，第二检测器可以适于监控不同类型的粒子，例如，x射线、二次电子和反向散射电子。

在一些实施例中，第二检测器是x射线光谱仪、电子衍射图案照相机、电子能量损失光谱仪或阴极发光检测器中的任意一种。

在一些实施例中，监控第二组粒子以获得第二图像帧包括：从第二检测器获得两个或多个不同类型的信号，以获得与所述信号中的每一个对应的子图像帧，并且将第一图像帧与第二图像帧组合包括将第一图像帧与一个或多个所述子图像帧组合。

因此，在一些实施例中，为了得到不同类型的信息，可以通过处理来自第二检测器的数据来获得子图像帧。例如，可以处理提供针对一组能量范围中的每一个记录的光子数的测量的x射线光谱，以测量与特定特征线发射对应的光子数，即使当线发射在一些能量上传播，使得来自两个不同线发射的记录数据也在能量方面重叠。在一些实施例中，可以处理由第二检测器(诸如成像照相机)记录的电子衍射图案来确定该材料在电子束下的晶相和该相的取向，使得可以产生与不同相和不同的结晶取向对应的子图像。

因此，在一些实施例中，可以从同一检测器得到多个信号。通常在这样的实施例中，第二检测器可以输出不同类型的两个或多个信号，并且这些信号可以与不同类型的监控粒子对应，并且可以用于获得不同的子图像帧。例如，可被输出的不同类型的信号可以包括：通过x射线光谱仪获得的光谱、通过对电子敏感的照相机获得的电子衍射图案以及通过电子能量损失光谱仪或阴极发光检测器获得的光谱。这些信号类型中的任意一种可以用来得到第一图像帧和第二图像帧中的任意一种，或者可以用于得到子图像帧。因此，在一些实施例中，监控第二组粒子以便获得第二图像帧包括：监控第二组粒子中的两个或多个子集，所述子集中的每一个与从第二检测器获得的不同类型的信号对应，以获得与所述子集中的每一个对应的子图像帧。

一些实施例包括类型与第一检测器和第二检测器的类型不同的第三检测器。例如，第一检测器、第二检测器和第三检测器中的每一个可以是二次电子检测器、反向散射电子检测器和x射线检测器中的任意一种。

如上所述，图像帧的像素可以表示被监控的粒子的能量分布或具有指示被监控的粒子的能量分布的值。这可以通过获得两个或多个子图像帧的方式来实现，所述子图像帧是图像帧的子集或分量，并且每个与不同范围的粒子能量对应。因此，在一些实施例中，监控第二组粒子以获得第二图像帧包括：监控第二组粒子的两个或多个子集，以获得与所述子集中的每一个对应的子图像帧，所述子集中的每一个与不同粒子的能量范围对应，其中，每个子图像帧包括多个像素，所述多个像素与该区域内的多个位置对应，并从对应的子集包括的并在该区域内的多个位置生成的监控的粒子得到；以及将所述子图像帧组合在一起以生成第二图像帧，使得第二图像帧针对所述多个像素中的每一个提供从在该区域内的对应位置生成并由所述子集中的每一个包括的粒子得到的数据。

以这种方式，对于每个复合图像帧，第二检测器可以获得超过一个的相关联的图像(子图像帧)，以单独地监控不同能量或者不同能带的所得粒子。可以以以下方式将单独的子图像组合在一起：针对子图像帧中的每个，允许区分多个构成像素(其与对应样品位置的粒子计数对应)的像素值或强度的方式。这可以例如通过将不同的颜色分配到每个子图像帧或者使不同的颜色渲染每个子图像帧来实现。这可以被执行使得在第二图像帧中的给定位置或像素处(因此在复合图像帧中)对所得颜色的可见贡献提供该位置生成的对应能带或子集中的被监控的粒子的强度的可见指示。

因此，在一些实施例中，可以形成基于子图像帧的合成彩色第二图像帧，然后将其与第一图像帧组合以形成复合图像。

例如，在其中第二检测器是x射线检测器的实施例中，对于该系列中的每个复合帧，第二检测器通过监控多个子集粒子来监控多个化学元素的特征发射的强度，多个子集粒子的能量范围与这些化学元素的特征能量或能带对应。因此，从单个x射线检测器获得多个子图像，每个子图像对应于不同的化学元素。

在一些实施例中，两个或多个子图像帧不被组合为形成第二图像帧，而是在与第一图像帧组合在一起之前根据所述方法的步骤d)被单独处理，以形成复合图像帧。因此，在不同的实施例中，能够以“累积”和“刷新”两种模式来获取任何子图像帧或任何图像帧。

将理解，为用户快速地提供所获取的复合图像的序列是特别重要的，因此，在优选的实施例中，实时显示该系列复合图像帧包括：对于每个复合图像帧，获得对应的第一图像帧与第二图像帧与在视觉显示器上显示复合图像之间的逝去时间少于1秒，优选地，少于0.3秒，更优选地，少于0.05秒。

可以以任何方式来执行第一图像帧和第二图像帧的组合，该方式优选地允许用户同时检查横跨如由第一检测器和第二检测器两者监控的区域的样品的性质。在一些优选的实施例中，将第一图像帧与第二图像帧组合以生成复合图像帧包括：使第一图像帧与第二图像帧重叠使得复合图像帧包括多个像素，所述多个像素中的每一个与该区域内的多个位置中的一个对应，并且提供从第一组和第二组两者包括的并在相应位置生成的粒子得到的数据。

因此，对于每个复合图像帧，第一图像帧和第二图像帧可以被组合为形成包含由第一检测器和第二检测器两者获取的数据的单个图像帧。优选地，以允许单独区分要显示的图像中的每个位置的第一粒子集和第二粒子集信息的方式向用户可视地指示。

通常在逐像素的基础上执行对图像帧执行的第一图像帧和第二图像帧的组合。因此，将第一图像帧和第二图像帧组合以生成复合图像帧通常包括将第一图像帧中的每个像素与第二图像帧的对应于与第一图像帧的相应像素对应的区域内的位置的像素组合。因此，通过表示样品的区域内的同一位置的方式彼此对应的第一图像帧和第二图像帧的像素可以具有其加在一起的值，以生成形成复合图像帧的部分的复合像素。以这种方式将两个图像合并成一个图像可以被认为是使第一图像帧与第二图像帧重叠，使得表示同一区域的两个图像帧中的像素彼此相加(即，彼此重叠)。

在其中两个图像帧彼此重叠以形成复合图像帧的实施例中，在复合图像帧中，为了使来自两个图像帧的信息对于用户可见，优选地使用颜色混合。在一些实施例中，将第一图像帧与第二图像帧组合包括基于第一图像帧和第二图像帧中的对应像素的强度来计算复合图像像素的颜色。通常，诸如使用第一图像来控制强度而使用第二图像来控制色调的第一图像帧和第二图像帧组合技术是可能的。例如，当示出叠加在形貌电子图像上的晶体取向时，此类技术可能更合适。

在一些实施例中，将第一图像帧与第二图像帧组合可以包括将第一颜色分配给第一图像帧，并将与第一颜色不同的第二颜色分配给第二图像帧，使得复合图像帧包括彩色图像，其中，第一颜色和第二颜色的每个像素的相对强度代表在该区域内对应位置处生成的第一组和第二组被监控的粒子所分别包括的粒子。

使用这样的组合技术，通过第一图像帧和第二图像帧中的每个对复合图像做出的贡献以及由此通过如分别由第一检测器和第二检测器测量的第一组和第二组粒子的贡献通过以下方式可见：其被分配有复合图像帧中示出的不同颜色。例如，在其中第一检测器监控二次电子且第二检测器监控x射线的实施例中，第一图像帧可以由例如根据hsl颜色值的亮度值表示。以这种方式，样品的区域形貌以灰度图像的形式可视地表示，该灰度图像包括变化的强度或灰影的像素。然后可以例如将x射线图像分配为绿色，使得关于由第二图像帧的x射线图像表示的区域内的化学元素含量的信息可以与灰度第一图像帧重叠，使得根据叠加的灰度图像将来自x射线检测器的视觉数据保持绿色可见，同时将来自第一检测器的形貌信息示出为以明暗变化的阴影区域的形式与x射线数据一致。

在一些其它实施例中，不是将两个图像帧重叠，而是通过并排显示第一图像帧和第二图像帧来执行第一图像帧和第二图像帧的组合。因此，将第一图像帧与第二图像帧组合以生成复合图像帧可以包括将第一图像帧和第二图像帧并置。优选地，在这样的实施例中，两个图像帧彼此并排放置，使得当复合图像帧显示在视觉显示器上时，它们在用户的视场内同时可见。因此，在这些实施例中，复合图像帧通常将是各个第一图像帧和第二图像帧中的每一个的至少两倍大，即包括至少两倍的像素。

获得第一图像帧和第二图像帧的显微镜条件可以包括许多不同的可配置的条件。可以针对电子显微镜的电子柱来配置的那些条件可以包括放大倍率、焦距、像散、加速电压、束电流和扫描偏转。即，可以针对带电粒子束配置前述显微镜条件列表。可以针对样品，或者特别地针对适于支撑样品的样品台配置位置和取向。换言之，空间坐标可以包括笛卡尔坐标系中在x轴、y轴和z轴上的位置以及样品的倾斜度和旋转度。可以针对第一检测器和第二检测器中的每一个配置亮度和对比度。

因此，通常可以通过配置显微镜条件(诸如样品台位置和取向、放大倍率和作为施加到扫描带电粒子束的偏转程度的扫描偏转)来配置用于电子显微镜的视场。

关于第二图像帧与存储的第二图像帧的条件组合，通常，更改视场或检测器信号内容的对任意显微镜条件的任何改变应触发图像刷新，即捕获第二图像帧而不将其与存储的图像帧组合，以从向用户显示的图像中去除先前累积的数据，因为存储的图像帧在新的条件或视场下将不再与该数据保持一致。然而，如果例如由于由已知的载物台位置或束偏转的调整将已知的控制应用于样品上的观察视场而使显微镜电子柱条件相同，并且各个像素的坐标已知，，则如果第二图像帧的位置与存储的先前的第二图像帧有一些重叠，则通常仅将与样品上相同位置对应的像素组合。

通常，对视场的改变主要发生在样品或样品台移动时，或者如果可能正在被带电粒子束扫描的样品区域在样品上移动(例如，通过改变扫描偏转条件)。因此，显微镜条件的场的任何改变通常使在相同或相应像素位置处的信号的下一次测量被用来代替先前的测量。即，可以以“刷新”模式而不是其中发生组合步骤的“累积”模式来捕获第二图像帧。因此，优选地，例如当通过改变载物台的空间坐标的方式来移动视场时，“刷新的”图像显示被足够快速地更新，以使用户观察所显示的一系列复合图像帧，以在整个显示器上的样品上跟踪移动特征。

来自图像帧的像素的组合可以不必仅局限于第二图像帧。在一些实施例中，获得图像帧的“累积”模式的使用可以被应用于第一图像帧以及第二图像帧。即，复合图像帧的获取也可以包括：对于第一图像帧的每个像素，如果经配置的显微镜条件与该系列中紧接前一获取的复合帧的存储的第一图像帧的显微镜条件相同，并且如果各个像素对应于所述存储的第一图像帧包括的存储的像素对应的区域内的位置，则将所述存储的像素的值与该像素的值进行组合，以提高像素的信噪比。在其中来自第一检测器的信号的信噪比较低或者低于期望阈值的实施例中，将获得图像帧的信号平均化或累积模式应用于来自第一检测器的图像可能是有利的。

视觉显示器的帧速率(其为在其上显示该系列中的连续复合图像的速率)可以在不同的实施例之间变化，并且可以是可配置的。在一些实施例中，显示复合图像帧的帧速率为每秒至少1帧，优选为每秒至少3帧，更优选为每秒20帧。在一些实施例中，在任意给定时间处理单个复合图像帧。在这样的实施例中，上面列出的示例帧速率分别对应于1秒或更短，0.3秒或更短以及0.05秒或更短的复合图像获取时间或处理时间。

以允许用户跟踪样品上的特定特征的速率或频率显示一系列复合图像帧是有益的，因为这些特征似乎在整个显示器上或显示器周围连续移动。在一些实施例中，这可以通过获取和显示该系列复合图像帧的速率为每秒至少10帧，优选每秒至少18帧，更优选每秒至少25帧，甚至更优选每秒至少50帧来实现。因此，优选地，该系列复合图像帧以移动图像的形式显示，优选地，显示帧速率等效于视频帧速率。

在优选的实施例中，通过信号平均化或信号累积的方式来执行将所述存储像素与像素组合以提高像素的信噪比。来自检测器的输出可被视为信号，因此可以使用信号平均化和信号累积的降噪技术，其中，信号平均化和信号累积为一组重复测量的平均值或总和，该组重复测量是针对给定像素或与该区域内特定位置对应的像素的在相同条件下的一组测量。

在一些优选的实施例中，所述方法还包括：在获取该系列复合帧的一个或多个期间，存储从各个复合帧得到的数据；以及存储表示电子显微镜的经配置的视场的视场数据，使得得到的数据与视场数据相关联。

得到的数据可以包括或者可以是复合图像帧自身。得到的数据还可以包括针对该视场获取的复合图像帧的累积或一些其它组合。得到的数据还可以包括指示被该视场所覆盖的区域中的样品的材料性质的一个或多个参数。例如，得到的数据可以包括从来自检测器的获取的x射线信号中得到的指示该区域中的样品材料的化学组成的参数。

得到的数据与视场相关联可以包括例如在关系数据库中，得到的数据链接到视场数据或与视场数据相关。得到的数据与视场数据之间的关联可以允许用户例如通过移动样品台的方式或通过束偏转的方式进行导引来配置电子显微镜的视场，以便重新访问具有特定性质的样品区域，或者识别如由在电子显微镜视场与该区域对应时截取的复合图像帧指示或者从该复合图像帧得到或计算出的特性。

在一些这样的实施例中，所述方法还包括：获取样品的多个区域中的每一个的至少一个复合图像帧；以及生成包括根据样品上的区域的相对位置布置的多个区域的复合图像帧的样品图像，所述方法还包括根据与对应于各个复合帧的视场相关联的存储的得到的数据在样品图像上显示一个或多个复合帧中的每一个处的标记。

样品图像上的显示可以包括显示作为一个或多个复合帧中的每一个的一部分或与一个或多个复合帧中的每一个重叠的标记。这可以根据与对应于各个复合帧的视场相关联的所存储的得到的数据来执行，在所述各个复合帧中，标记在样品图像中位于或标在样品上的区域。

例如，标记可以包括带有颜色或形状的标记，其指示诸如化学元素组成的派生性质。标记还可以基于经配置的条件(诸如从与相关区域对应的x射线图像或信号得到的元素的存在或浓度)存在或不存在于样品图像内的给定复合帧处。

因此，当用户通过在其整个表面上移动视场来探查样品时，用户可能遇到可能在随后值得进行更详细的研究的感兴趣的区域，或者确实会由于注意力不集中而错过了某些材料的存在。因此，无论何时视场和显微镜条件静止不变，通常都会从额外的信号源中累积数据，并且这些数据要么全部保存，要么从该数据中得到参数并与定义视场的位置和尺寸的坐标一起保存在数据库中。在探查期之后，可以查询该数据库以找到数据满足用户“感兴趣”标准的位置。

为了帮助用户导引回包含感兴趣特征的区域，可以从数据库中生成显示，并将该显示用于在已访问的视场位置示出一个或多个参数的值。优选地，该显示覆盖用户可访问的全部移动范围，并且对于记录数据的每个位置显示所有数据或从该数据得到的参数。在经记录的位置的视场重叠的地方，数据在重叠区域中聚集或适当组合以提供将帮助用户识别最佳位置以进行进一步分析的图像。理想情况下，额外的信息将叠加在覆盖全部移动范围的样品图像上。

因此，本发明提供了在试图发现样品上的用于分析的最佳区域时为用户提供生产率的步骤功能改善的一组协同的功能性。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于分析样品的系统，所述系统包括：显微镜，其包括第一检测器和与第一检测器不同的第二检测器；控制器单元，其被配置为控制显微镜以获取一系列复合图像帧，其中，获取复合图像帧包括：a)在显微镜中使带电粒子束撞击样品区域内的多个位置，所述区域与显微镜的配置视场对应，所述显微镜配置为具有一组显微镜条件，b)根据经配置的显微镜条件，使用所述第一检测器监控在所述样品内在所述多个位置生成的第一组所得粒子，以获得第一图像帧，c)根据经配置的显微镜条件，使用所述第二检测器监控在所述样品内在所述多个位置生成的第二组所得粒子，以获得第二图像帧，其中，每个图像帧包括多个像素，所述多个像素与所述区域内的多个位置对应，并且具有从在所述区域内的多个位置处生成的被监控的粒子得到的值，d)针对所述第二图像帧的每个像素，如果经配置的显微镜条件与该系列中的紧接的前一个获取的复合帧的存储的第二图像帧的显微镜条件相同，并且如果各个像素对应于与所述存储的第二图像帧包括的存储的像素对应的区域内的位置，则将所述存储的像素的值与所述像素的值组合，以提高所述像素的信噪比，以及e)将所述第一图像帧与所述第二图像帧组合以生成所述复合图像帧，使得所述复合图像帧针对所述多个像素中的每一个提供从在所述区域内的对应位置生成并通过所述第一检测器和所述第二检测器中的每一个监控的粒子得到的数据；以及视觉显示器，其被配置为实时接收并显示所获取的一系列复合图像帧。

这样的系统可以适合于执行根据第一方面的方法。该系统可以通过以下方式来促进电子显微镜或其它带电粒子束仪器中的样品分析：将来自多个信号的信息组合，并向用户实时显示组合后的信号，使得可以在样品的较大面积上快速进行导引。

在一些实施例中，该系统适用于显示在电子显微镜中的聚焦的电子束在样品的表面上的二维区域上方扫描时产生的信号，其中，第一信号来自电子检测器，其中，至少一个辅助信号从不同的检测器得到，所述至少一个辅助信号提供关于单个化学元素含量或材料性质而不是原子数的信息，其中，在覆盖该区域的电子束位置的二维阵列处测量每个信号，并且该测量结果的对应像素阵列构成覆盖该区域的视场的数字图像，其中，视觉显示器用于示出所有信号的数字图像，使得图像在用户的周围视觉的范围内，或者被组合为单个合成彩色图像，其中，在短时间段内执行并完成覆盖所有信号的视场的完整的一组像素测量和视觉显示器的准备，其中，连续地重复覆盖视场的所有信号的完整的一组像素测量以及视觉显示器的更新，其中，如果不改变所述视场或显微镜条件，则同一像素位置处的至少一个辅助信号的连续测量用来改善该像素处的测量的信噪比，其中，如果视场或显微镜条件发生任何改变，则在同一像素位置下一次信号的下一次测量将用来代替先前的测量，其中，短时间段足够小，以至于图像显示更新得足够快，以用于观察者在更改视场时识别移动特征。

在这样的实施例中，通常通过使用这些测量的卡尔曼平均化或通过将这些测量求和并根据这些测量的数量来更改亮度大小，从而改善信号的一个以上的测量的显示结果的信噪比。

以这种方式，当在由系统获取的一系列复合图像帧中的多个连续的第二图像帧中获得对像素或样品上的位置的重复测量时，卡尔曼递归滤波器可以用来提高使用多个像素测量的信噪比。在一些实施例中，通过将连续的像素测量的值加在一起并根据测量的数量调节亮度来实现对图像信号的改善，所述测量的数量是系统将像素相加在一起的帧的数量。

通常，短时间段少于1秒，优选地，少于0.3秒，理想地，少于0.05秒。因此，所述系统可以被配置为足够快地执行和完成视觉显示器的准备，而不会使系统用户体验到明显的延迟或最小的延迟。

所述系统可以被配置为自动识别视场何时在改变，以从其中将该系列中的连续帧加在一起的“平均化”或“累积”模式切换到“刷新”模式。在一些实施例中，如果在用户控制下样品在移动或扫描区域被有意地改变，则视场被认为在改变。

在一些实施例中，通过对新数字图像与较早获取的数字图像进行数学比较来检测视场或显微镜条件的变化。所述系统可以被配置为将所获取系列中的连续帧进行比较，以识别视场的变化。所述系统可以被配置为在用户导引在样品周围的视场时随着样品的部分引入视场中，针对样品的部分在“刷新”模式下操作，而在“累积”模式下针对样品的保留在视场内且在其中移动的部分进行操作。

通常，辅助信号从通过x射线光谱仪获得的光谱、通过对电子敏感的照相机获得的电子衍射图案、通过电子能量损失光谱仪或阴极发光检测器获得的光谱中得到。

在一些实施例中，通过移动所述显微镜载物台和/或将束偏转的偏移增加到由一组位置坐标限定的新位置来产生所述视场的改变，并且在所述视场位于该位置时，从所述电子和/或至少一个辅助信号源中累积数据，所述数据全部被保存，或者从所述数据中得到参数，并将得到的参数与所述位置坐标一起保存在数据库中。

因此，所述系统可以包括数据库，该数据库用于存储从由第一检测器和第二检测器中的任一者或两者所获取的信号得到的数据。所述系统可以将该数据与用于样品的对应位置坐标一起存储，使得用户可以容易地定位在样品区域上，针对该样品区域已经识别或得出了用于检查或进一步分析的特定可期望的特性，并且可以容易地导引到该样品区域。

在一些优选的实施例中，从数据库生成显示，并将该显示用于在先前已经访问的位置坐标处示出一个或多个参数的值。例如，在对应的存储位置坐标处的得到的数据或参数在它们在样品图像上表示时的视觉表示允许该系统向用户提供指示叠加在显示的复合图像帧上的得到的属性的图。

在这样的实施例中，该显示通常覆盖被用户所访问的位置的整个范围，并且对于记录数据的每组位置坐标，对于从该数据计算出的属性，该显示使用覆盖在与该视场对应的区域的相同比例的彩色覆盖物，当在该位置记录数据时，该视场被电子束扫描。因此，所述系统可以产生带标记或注释的显示，该显示包括示出了被电子显微镜访问或扫描的区域的得到的数据的标记。

在一些这样的实施例中，如果区域重叠，则用于覆盖的属性值和/或来自该数据的其它属性值用于使来自所有重叠区域的结果聚集、组合或分类。所述系统可以用于以这样的速率在样品周围移动视场，所述速率是使所获取的复合帧具有与先前获取的复合帧的视场至少部分重叠的视场的速率。因此，可以将这样的重叠复合图像帧的实际值或得到的数据进行组合，以便向用户提供表示重叠的相关区域的改善的数据。

所述系统可以基于由第一检测器或第二检测器或另一检测器捕获的图像帧来构建样品图像。另外，在一些实施例中，将该显示以相同的比例叠加在大面积样品的预先获取的图像上或使用数据库中至少一个信号的已保存数据创建的图像上。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的示例，在附图中：

图1是示出了根据现有技术的用于记录来自样品的电子和x射线图像的扫描电子显微镜系统的配置的示意图；

图2是示出了根据本发明的示例方法的流程图；

图3是示出了根据本发明的示例的用于用户导引的视觉显示器屏幕的功能元件的线框图；以及

图4示出了由具有示出了样品区域的标记的多个获取的复合图像帧形成的示例样品图像，其中，已经通过本发明的示例检测到化学元素。

具体实施方式

参照图1至图4，现在描述根据本发明的在电子显微镜中分析样品的方法和系统。

可以使用诸如图1中示出的布置的电子显微镜来执行示出在图2的流程图中的示例方法。所述方法涉及获取一系列复合图像帧，并且通过图2中的步骤来示出复合图像帧的获取。在本示例中以预定频率获取复合图像帧。在帧的获取期间，电子显微镜系统的用户可以通过移动样品载物台来使显微镜的视场覆盖样品的不同区域，并且可以周期性地减慢或停止载物台的移动，以便在发现特定感兴趣区域时累积特定感兴趣区域的第二图像帧数据。

在步骤201，通过偏转电子束，使电子显微镜的电子束撞击样品区域内的多个位置，以对该区域执行光栅扫描。

在步骤202，使用第一检测器监控由于电子束撞击多个位置而在样品内在多个位置生成的第一组粒子，以获得第一图像帧。在步骤203，使用第二检测器监控由于电子束撞击多个位置而在样品内在多个位置生成的第二组所得粒子，以获得第二图像帧。当每个位置受到电子束的撞击时，第一检测器和第二检测器监控从该位置的第一组粒子和第二组粒子得到的各个信号。因此，基本同时执行步骤202和步骤203。来自每个检测器的信号用于生成由像素形成的图像，这些像素被布置为使得像素的相对位置与其中生成了具有各个像素值的被监控的粒子的位置的区域内的相对位置对应。

如步骤206所示，对于第二图像帧中的每个像素，如果经配置的显微镜条件与该系列中紧接的前一个获取的复合帧的存储的第二图像帧的显微镜条件相同，并且如果各个像素对应于所述存储的第二图像帧所包括的存储的像素所对应的区域内的位置，则将所述存储的像素与所述像素组合，以提高所述像素的信噪比。因此，已经在相同的显微镜条件下被监控的还存在与序列中的前一第二图像帧中的样品的部分对应的第二图像帧的那些部分在“累积”模式下被捕获并传播到复合图像帧(步骤205)。否则，如果显微镜条件不同，或者该像素不对应于所述存储的第二图像帧包括的存储的像素所对应的区域内的位置，则在“刷新”模式下捕获第二图像帧的该像素，并且该像素不与所存储的像素组合。

在步骤206，通过将两个图像彼此重叠使得来自两个图像帧的可视数据可以独立地区分并与样品区域的相关部分有关，将第一图像帧与第二图像帧组合以生成复合图像帧。

一旦已经生成复合图像帧，在步骤207，在视觉显示器上实时显示该复合图像帧。在该示例中，在步骤202完成用于该区域的光栅扫描之后，用于该区域的复合图像帧显示0.05秒。

在获取系列时，针对该系列中的每个复合图像帧重复上述步骤。

在诸如图1中示出的布置的电子显微镜中，存在许多信号源，其提供关于材料组成或性质的信息。但是来自sem中的bse检测器(stem中的环形暗场检测器)的信号受所述原子的原子数影响，其不揭示有关单个化学元素含量的任何信息，也无法唯一地识别在入射电子束下存在的特定材料。然而，对电子敏感的成像相机可以记录电子衍射图案，其示出了电子的强度随角度方向的变化。对这样的图案的分析可以揭示结晶材料的性质，诸如特定结晶相的取向或存在。如果要分析薄样品，则可以利用电子能量损失谱仪(eels)来获取透射通过该膜的电子的能谱，并且例如，光谱中核心损耗边缘的存在可以揭示出各个化学元素的存在。电子能谱仪还可以用于获取揭示作为单个化学元素含量的特性的总样本中的auger(俄歇)发射的光谱。对光敏感的检测器可以揭示出样本是阴极射线发光(cl)的区域，并且该信号受材料的电子结构影响。可以通过使用晶体、衍射光栅或波带片来获得来自单个化学元素的特性发射线的x射线信号，该晶体、衍射光栅或波带片的几何形状导致该线能量的x射线选择性地bragg(布拉格)反射至对x射线敏感的传感器。所有这些都是这样的示例：其中，信号提供了关于各个化学元素含量或材料性质的额外信息，这些信息可能是对来自se或bse的电子图像的有用辅助，并且可以与本发明一起使用。然而，以下的描述应用于使用x射线光谱仪以提供有关化学元素含量的额外信息的特定情况。

在电子显微镜中，通常具有一个或多个x射线检测器和相关联的信号处理器，其能够记录由样品发射的x射线能谱。在聚焦的电子束偏转到特定像素位置的同时，短时间内记录了光子能量测量的直方图。直方图等效于数字x射线能谱，并且可以从该光谱中得出与特定化学元素的特征x射线发射相对应的已获取的光子数，并且这给出与一组化学元素对应的一组信号值。另外，可以在该位置记录来自电子检测器(诸如二次电子检测器或反向散射电子检测器)的信号。因此，如果电子束偏转到构成一个完整的图像帧的一组像素位置，则可以获得对应于数字电子图像以及与不同的化学元素对应的一个或多个图像的一组像素测量。通常在计算机的控制下，适当地缩放针对这些电子和x射线图像的数据，并将其传递到视频显示器单元。图2示出了合适的显示器的示例，其中，电子图像显示在左上方，并且与不同化学元素对应的一个或多个x射线图像立即显示在电子图像的右侧，使得它们可以在用户专注于电子图像的同时被观察到。为了使同时观察信息更加容易，可以使用诸如以pct/gb2011/051060或us5357110中描述的技术来将来自一种或多种化学元素的x射线数据合并，并显示为电子图像上的颜色叠加，并且在图3中，用户可以使用计算机鼠标选择显示叠加在电子图像上的x射线信息的选项，以将光标定位在显示器上标有“层图(layermap)”的框内并“单击”。

当用户想要探查样品以找出感兴趣的区域时，需要移动视场，并需要改变处理和显示图像的方法以给出在改变视场的同时帮助它们有效地探查样品的用户实时反馈。

可以通过许多方法来改变视场。可以通过减小供应到束偏转器线圈的电流(或供应到束偏转器板的电压)来增大显微镜放大倍率，使得样品上扫描的区域的尺寸减小。可以对偏转或者用于移位样品上扫描的区域的一组额外的偏转器添加偏移。可以通过相对于电子束轴将支撑样品的支撑架或载物台移动到新位置来物理地移动样品。在所有这些示例中，获得的信号数据将对应于样品上的不同视场。此外，如果用户改变了显微镜的工作电压，则所有信号内容都会改变。

当正在改变视场时，用户需要尽快看到结果，这是通过用对应的束位置的信号测量的新结果替换像素处的值来实现的，使得用数据的每个新帧来刷新图像。高帧速率确保图像刷新得足够快，以使用户决定是否继续改变视场。特征必须在至少两个连续的帧中可见才能被跟踪，因此，如果视场在移动，则帧时间限制可跟踪对象的速度。如果帧刷新时间超过1秒，则用户将不感到被控制，也会无法保持专注于他们的思路。在0.3秒的帧刷新时间的情况下，只要特征仅移动屏幕宽度的一小部分，用户就可以很好地跟踪移动的特征，但是屏幕更新非常明显。如果帧刷新时间少于0.05秒，则由于用户的视力暂留，屏幕更新几乎不会引起注意。然而，因为当每像素的停留时间较短时，单个帧的图像中的噪声将更糟，因此s/n在较高的帧速率下受到影响。如果增加每像素的停留时间以改善s/n，则除非减少像素数，否则帧时间也将增加。然而，减少帧中的像素数给出了具有较小的空间分辨率的图像。因此，每像素的停留时间和每帧的像素数需要被优化，以适合图像信号源和所需的视场移动速度。

当视场在移动时，非常期望短的帧刷新时间，因为它使用户更容易跟踪移动特征并做出导引到不同区域的决定。然而，当用户停止移动视场时，如果使用短的帧时间，则经刷新的图像会产生噪声。因此，存在对于移动和静止视场的最佳性能的矛盾要求。为了克服这种矛盾，我们改变了使用数据的方式，并从视场在移动时的“刷新”模式切换到视场静止时的“平均化”模式。

当视场不在移动时，现在将聚焦的电子束返回到特定位置时获得的新结果与相应像素中的现有值组合起来，以改善整体的s/n比。x射线信号通常是记录在像素停留时间中的特定特性能量的光子数，并且新计数可以简单地添加到现有计数中，使得像素值表示随每个新数据帧累积的总计数。为了进行显示，将总计数简单地除以已使用“平均化”模式的帧数，使得强度保持恒定，但s/n由于减少了poisson(泊松)计数噪声而改善。当系统处于“平均化”模式时，可以使用替代的实施方式来提供任何信号的s/n改善。例如，用于特定像素的“kalman(卡尔曼)”递归滤波器可以被描述如下：

y(n)＝a*s(n)+(1-a)*y(n-1)

其中，s(n)是图像数据的第n传入帧的信号，y(n-1)是像素中的先前的值，y(n)为该像素的新值，a小于或等于1。如果a＝1，则实际上等于“刷新”模式，但是较小的a值提供平均化效果，该效果将最近的结果和先前的帧的权重高度加权，并且权重呈指数衰减，使得总体效果具有长余辉屏幕。然而，从特定的时间点开始，通过为每个连续的数据帧改变a来获得最佳的降噪，使得a＝1/n，这产生与平均加权所有帧相同的s/n下降。

启用“刷新”与“平均化”模式之间的无缝过渡的关键要求是系统要知道用户何时移动视场。如果控制信号获取的计算机还获知了用户请求调整视场或显微镜条件，则随后其可以立即决定使用哪种获取模式。否则，控制计算机必须推断出视场是否正在改变。在此情况下，保存电子图像数据的第一帧，并将电子图像数据的每个连续帧与第一帧进行比较，来看是否有所不同。一旦检测到明显的位移(例如，通过观察两个图像的互相关的最大值的偏移)，系统就切换到“刷新”模式，并将保持在该模式，直到两个连续的图像在系统恢复到“平均化”模式时没有表现出明显的位移。如果用户在束下移动样品台，使得将肯定发生视场位移，则这种测试是理想的。这对于检测两个图像之间的放大倍率变化也很有效，因为这通常仍产生互相关结果最大值的变化。其它测试可用于检测显微镜条件的变化。例如，如果更改亮度或对比度，则数字图像的直方图的图心和标准偏差将改变，就像通过改变显微镜加速电压更改电子束能量时的情况一样。另外，可以通过观察数字图像的功率谱中的频率分布的变化来检测焦距的变化。可以使用类似的方法来检测特定化学元素的x射线图像之间的差异。可替代地，可以产生x射线图像，该x射线图像使用来自每个像素处记录的总x射线光谱的信号，使得该图像具有比用于特定化学元素的图像更好的s/n。然后可以使用该总x射线光谱图像的差异来检测视场或条件的变化。这些测试的灵敏度取决于图像的s/n，需要调整检测变化的标准，以在对变化的慢响应与没有变化时的错误检测之间给出最佳折衷。因此，在任何可能的情况下，优选布置计算机获知用户何时有意地改变了扫描区域，使得可以选择正确的采集模式而不必测试图像差异。

每当视场和显微镜条件静止时，为每个像素获取x射线光谱数据，并且在“平均化”模式下，随着图像数据的连续帧被合并以改善s/n，该数据可以累积。当引入或检测到视场变化时，采集将切换为“刷新”模式，此时，累积的x射线光谱数据形成x射线“光谱图像”，其中，每个像素具有针对该像素位置的相关联的x射线能谱。视场中所有像素光谱的总和形成单个“和光谱”，其可以被处理为从光谱中出现的特征发射峰自动识别(“auto-id”)化学元素。可以通过使用专利申请pct/gb2014/051555中描述的技术针对脉冲堆积效应校正和光谱来改善自动识别的精度。与pct/gb2014/051555中一样，聚类技术也可以用于识别具有相似光谱的多组像素，并且来自一组相似像素中的所有光谱之和的分析可以用来在光谱库中找到匹配的条目，或者求和的光谱经分析用于定量元素组成，这些元素组成可用于匹配已知化合物的组成库，使得可以识别化合物。因此，在刚好更改视场之前点，可以从当前视场获得x射线光谱图像，并且可以在该视场内检测化学元素甚至化合物。如果通过支撑样品的支撑架或载物台的移动来控制视场，则载物台坐标(例如x，y，z)将定义视场的位置，同时通过束偏转来定义x和y中的场的范围。如果使用束偏转从中心位置偏移视场，则将存在定义束偏转的额外的坐标。载物台和束坐标的组合以及样品表面上扫描的区域的尺寸与检测到的元素或化合物的列表一起存储在数据库中，如果存储空间允许，则将该视场的整个x射线光谱图像保存在数据库中。

当视场在移动时，在每帧时间结束时，将存在与单个数据帧对应的新的x射线光谱图像，但是视场将沿着移动方向有效地拉伸，并且像素数据不与样品上的精确位置对应。然而，可以将单个帧的和光谱处理为自动识别移动期间在视场中已经检测到的化学元素，并获得拉伸后的视场上的每个元素的平均浓度的测量。所检测到的元素和浓度值与合适的载物台和束坐标以及在此帧中扫描的区域的尺寸一起保存在数据库中。

在探查期之后，可以询问该数据库以找到“感兴趣的”视场，在该视场中已检测到感兴趣的特定元素或化合物，用户可以使载物台返回到这些位置中的一个位置并恢复束偏转参数，使得可以从该视场中获取更多数据。为了帮助用户导引回到包含感兴趣的特征的区域，可以从数据库中生成概览图，并使用该概览图示出已在分析期中访问过的所有视场位置处的感兴趣的元素或化合物的存在。在可能的情况下，此概览图覆盖了用户可访问的载物台移动的整个范围，并且对于数据库中记录数据的每个位置，将显示可从数据中获得的任何所请求的感兴趣的参数的值。例如，如果某个特定化学元素是感兴趣的，则可以将在该区域扫描的视场中的光谱图像处理成为每个像素处该化学元素的强度值，或者如果光谱图像尚未保存，然后，如果在该视场中的某处检测到所请求的化学元素，则可以绘制彩色框覆盖该视场。可以使颜色的强度与在视场的和光谱中检测到的峰的振幅成比例，并且当具有检测到的相同元素的两个视场重叠时，可以将重叠区域的强度设定为两个场的最大强度。理想情况下，在构建概览图之前，将概览图的背景替换为样品的图像，以帮助用户看到感兴趣的视场与样品中的可见结构的关系。例如，可以通过在不同的载物台位置获取一系列电子图像并将这些图像拼接在一起以形成覆盖载物台移动的整个范围的拼贴图像来获得该图像。可替代地，可以获取利用光学显微镜获得的样品的数字图像，其包括基准标记以及载物台位置与数字光学图像中的坐标之间的关系，该数字光学图像用于将光学图像仿射变换到用于概览图的载物台坐标系上。

图4示出了这样的概览图的示例。通过在每个方向上移动载物台几厘米并获取一系列数字电子图像并将它们拼接在一起以形成拼贴图像，获得背景图像。矩形框示出了当用户在探查样品且载物台暂时静止时，在x射线光谱中从该场检测到元素钙时，由电子束扫描的视场轮廓。在实时显示上，框轮廓没有出现，但是每个矩形都被上色(例如红色)，其强度与和光谱中的cak特征峰中测得的计数成比例。在矩形重叠的地方，颜色强度与任何重叠区域的最大值对应。如果在任何区域的和光谱中未检测到cak，则不会绘制框。因此，重叠的框形成了“蜗牛纹(snailtrail)”，其示出了用户之前一直在探查的位置，并且该系统已经检测到钙。如果存在包含钙的小区域，则某些视场可能仅部分包含该区域，因此，在该场的和光谱中记录的cak计数将低于包括整个富含钙特征的场的和光谱中记录的cak计数。因此，概览图像的外观具有“热图”，如果强度很强，则在该区域中发现钙的概率更高。如果载物台静止时，如果无论在载物台何时静止时存在可用于保存每个视场的完整的光谱图像的足够的存储，则除了对整个矩形使用相同的颜色，可以使用与计数数量成比例的强度对单个像素中记录的cak计数进行着色，这为该元素提供了更高分辨率的“热图”。