一种阴极荧光探头及具有该探头的彩色成像系统的制作方法

本技术属于电子显微镜，具体涉及一种阴极荧光探头及具有该探头的彩色成像系统。

背景技术：

1、扫描电子显微镜(scanning electron microscope，sem)，简称扫描电镜，它利用电子成像，类似于光学显微镜使用可见光成像。由于电子的波长远小于光的波长，所以电子显微镜的分辨率要高于光学显微镜的分辨率。已成为功能强、用途广的材料表征工具，已广泛应用于材料、冶金、矿物以及生物学领域。

2、扫描电子显微镜的主要组成部分是：电子光学系统，信号收集处理系统，图像显示和记录系统，真空系统，电源及控制系统。sem的工作原理是它用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生阴极荧光、二次电子以及背散射电子的不同信号，不同信号能表征样品不同的形貌特征，从而对样品表面或断口形貌进行观察和分析。

3、阴极荧光(cathodoluminescence，简称cl)是电子束轰击样品表面后产生的众多信号之一，产生的原理是电子束轰击样品表面后导致带隙或者缺陷位置中电子跃迁，从而辐射出的紫外、可见光或者红外光。在扫描电镜上安装阴极荧光探头，将阴极荧光与扫描电镜相结合，由于电子束斑极小，可以实现nm(纳米)级别空间分辨率。通常阴极荧光探头采集到信号后，在软件上呈现的是灰度图像，灰度图像中不同的灰度等级反映了样品的发光明暗变化。阴极荧光灰度图像仅能反映信号强弱变化，不能反映样品的发光波段信息，如果要获取样品发光波段信息通常是搭配光谱仪进行光谱采集。

4、地质领域的用户在阴极荧光成像方面有更进一步的需求，他们观察地质样品时不仅希望观察到样品明暗信息还希望能获得样品发光波段对应的颜色信息，即彩色成像。彩色成像在矿物分析领域发挥重要作用，能够提示矿物组成变化，方便观察化学印记和生长环带。在石油、天然气勘探，地质年代学分析及矿物生长研究中提供新的帮助。

5、但是，现有扫描电子显微镜彩色成像方式不能够展示样品发光波段对应的真实颜色，而且彩色成像方式会大大增加采集时间。同时现有的阴极荧光探头采集的灰度图像存在失真的风险。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种阴极荧光探头及具有该探头的彩色成像系统。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种阴极荧光探头，包括电路板和芯片部，所述芯片部设置在所述电路板的一侧；所述电路板和所述芯片部的中部轴向设置有第一通孔；所述第一通孔用于供电子束通过；所述芯片部用于响应于所述电子束针对样品表面的激发操作，获取所述激发操作下产生的阴极荧光信号，并基于所述阴极荧光信号进行成像。

3、在一个具体实施例中，所述芯片部包括多个芯片，所述多个芯片绕所述第一通孔呈阵列式分布。

4、在一个具体实施例中，所述芯片的数目为四个。

5、在一个具体实施例中，所述阴极荧光探头包括滤光片部，所述滤光片部设置在所述芯片部的背离所述电路板的一侧，所述滤光片部的中部轴向设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔相连通。

6、在一个具体实施例中，所述滤光片部覆盖住所述芯片部。

7、在一个具体实施例中，所述电路板固定连接在第一连接件上，所述第一通孔轴向贯通所述第一连接件，所述滤光片部的周向边缘固定连接在第二连接件上，所述第二连接件与所述第一连接件可拆卸地连接在一起。

8、在一个具体实施例中，所述第一连接件的周向边缘处间隔设置有多个卡槽，所述第二连接件的周向边缘处间隔设置有与所述多个卡槽相配合使用的多个凸起。

9、在一个具体实施例中，所述滤光片部包括去磷光滤光片。

10、在一个具体实施例中，所述滤光片部包括多种彩色滤光片。

11、在一个具体实施例中，所述多种彩色滤光片包括红绿蓝彩色滤光片。

12、在一个具体实施例中，所述芯片部包括处理单元；所述处理单元用于获取经所述多种彩色滤光片滤光得到的多通道阴极荧光信号和预先采集的用于表征所述阴极荧光探头与标准色度计所采集信号位置之间的转换关系，并基于所述转换关系对所述多通道阴极荧光信号的成像结果进行校准。

13、一种彩色成像系统，包括所述的阴极荧光探头。

14、在一个具体实施例中，所述彩色成像系统还包括彩色实验装置；所述彩色实验装置用于预先采集所述阴极荧光探头与标准色度计所采集信号位置之间的转换关系；所述阴极荧光探头用于基于所述转换关系对成像结果进行校准；所述成像结果为所述阴极荧光探头响应于电子束针对样品表面的激发操作而成像所得。

15、在一个具体实施例中，所述彩色实验装置包括颜色空间矩阵转换模块和/或彩色数据库建立模块。

16、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

17、1、本实用新型的阴极荧光探头设置了芯片部，能够实时探测受电子束激发操作的样品的阴极荧光信号，且光探测能力强，得到不经过衰减和过滤的灰度图像，且准确度高，真实性好，同时成像时间短，成像范围大，成像效果好。

18、2、本实用新型的阴极荧光探头设置了多个芯片，多个芯片绕第一通孔呈阵列式分布，能够获得高效的光探测能力。

19、3、本实用新型的阴极荧光探头的滤光片部覆盖住芯片部，能够进一步提高滤光能力和滤光效果，并且能够进一步提高阴极荧光信号经过芯片部进行光电转换的效果。

20、4、本实用新型的阴极荧光探头的第一连接件与第二连接件可拆卸地连接，通过两者的连接或拆分开，能够更好地呈现灰度图像、去磷光图像或彩色图像，从而满足用户的多种探测需求。

21、5、本实用新型的阴极荧光探头的滤光片部包括去磷光滤光片，能够有效去除磷光效应，获取去除磷灰石具有磷光效应的灰度图像。

22、6、本实用新型的阴极荧光探头的滤光片部包括多种彩色滤光片，能够获取反映样品波段的彩色图像，并且能够展示样品发光波段对应的真实颜色。

23、7、本实用新型的阴极荧光探头的芯片部包括处理单元，能够对多通道阴极荧光信号的成像结果进行校准，使得阴极荧光探头呈现出能够反映样品发光波段的彩色图像，并展示样品发光波段对应的真实颜色，简捷高效，且准确度高，真实性好。

24、8、本实用新型的阴极荧光探头结构简单，使用方便，应用范围广。

技术特征：

1.一种阴极荧光探头，其特征在于，包括电路板(1)和芯片部(2)，所述芯片部(2)设置在所述电路板(1)的一侧；所述电路板(1)和所述芯片部(2)的中部轴向设置有第一通孔(3)；所述第一通孔(3)用于供电子束通过；

2.根据权利要求1所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述芯片部(2)包括多个芯片(21)，所述多个芯片(21)绕所述第一通孔(3)呈阵列式分布。

3.根据权利要求2所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述芯片(21)的数目为四个。

4.根据权利要求1所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述阴极荧光探头包括滤光片部(4)，所述滤光片部(4)设置在所述芯片部(2)的背离所述电路板(1)的一侧，所述滤光片部(4)的中部轴向设置有第二通孔(5)，所述第二通孔(5)与所述第一通孔(3)相连通。

5.根据权利要求4所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述滤光片部(4)覆盖住所述芯片部(2)。

6.根据权利要求4或5所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述电路板(1)固定连接在第一连接件(6)上，所述第一通孔(3)轴向贯通所述第一连接件(6)，所述滤光片部(4)的周向边缘固定连接在第二连接件(7)上，所述第二连接件(7)与所述第一连接件(6)可拆卸地连接在一起。

7.根据权利要求6所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述第一连接件(6)的周向边缘处间隔设置有多个卡槽(61)，所述第二连接件(7)的周向边缘处间隔设置有与所述多个卡槽(61)相配合使用的多个凸起(71)。

8.根据权利要求4或5所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述滤光片部(4)包括去磷光滤光片(41)。

9.根据权利要求4或5所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述滤光片部(4)包括多种彩色滤光片(42)。

10.根据权利要求9所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述多种彩色滤光片(42)包括红绿蓝彩色滤光片。

11.根据权利要求9所述的阴极荧光探头，其特征在于，所述芯片部(2)包括处理单元；

12.一种彩色成像系统，其特征在于，包括根据权利要求1～11中任一项所述的阴极荧光探头。

13.根据权利要求12所述的彩色成像系统，其特征在于，所述彩色成像系统还包括彩色实验装置；

14.根据权利要求13所述的彩色成像系统，其特征在于，所述彩色实验装置包括颜色空间矩阵转换模块和/或彩色数据库建立模块。

技术总结
本技术提出了一种阴极荧光探头及具有该探头的彩色成像系统。阴极荧光探头包括电路板和芯片部，所述芯片部设置在所述电路板的一侧；所述电路板和所述芯片部的中部轴向设置有第一通孔；所述第一通孔用于供电子束通过；所述芯片部用于响应于所述电子束针对样品表面的激发操作，获取所述激发操作下产生的阴极荧光信号，并基于所述阴极荧光信号进行成像。彩色成像系统包括阴极荧光探头。本技术的阴极荧光探头能够满足用户的多种探测需求，呈现灰度图像、去磷光图像或彩色图像，准确度高，真实性好，并且成像时间短，成像范围大，同时成像效果好。

技术研发人员：余石勇,王贺,何超
受保护的技术使用者：北京金竟科技有限责任公司
技术研发日：20230728
技术公布日：2024/3/24