Brevet FR2614103A1 — publié le 19881021

La présente invention se rapporte à des perfec- tionnements à un micro-analyseur à rayons X ou autre ins- trument similaire pour rechercher la distribution des éléments dans une région microscopique à la surface d'un échantillon. Dans un instrument d'analyse d'un échantillon, tel qu'un micro-analyseur à rayons X (ou EPMA: micro- analyseur à rayons X à sonde électronique), un certain nombre d'éléments imaginaires d'image sont agencés dans un plan bidimensionnel à la surface d'un échantillon. Un faisceau d'électrons est dirigé vers ces éléments d'image en succession. Des rayons X caractéristiques sont pro- duits par les éléments e1, 92'... en (n 2) aux posi- tions des éléments d'image (x, y) et les intensités des rayons X sont détectées. Les données concernant ces intensités sont stockées dans une mémoire puis la donnée concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'un élément arbitraire ei est lue de la mémoire, selon les instructions de l'opérateur. Enfin, la donnée extraite de cette manière est envoyée à un dispositif d'affichage ou enregistreur. Lorsque l'instrument fonctionne de manière que les intensités des rayons X caractéristiques dérivés du certain élément ei soient mises sous forme numérique en n variables d'état (n> 2) pour obtenir une image couleur sur le principe de la mise en carte, il est possible de conna!tre grossièrement la distribution des intensités des rayons X. En produisant une telle image couleur, le signal indiquant les intensités des rayons X est comparé à plusieurs niveaux de référence pour effectuer la mise sous forme numérique ci-dessus mentionnée. Alors, diffé- rentes couleurs sont assignées aux valeurs de différents états, pour créer une image couleur. Par conséquent, il est impossible de conna!tre le degré d'homogénéité de la concentration d'un élément d'intérêt dans une région de 261410-3 la même couleur. En effet, il n'est pas possible de sa- voir si les intensités des rayons X aux éléments d'image dans cette région se trouvent dans une plage large ou étroite. Les techniques de mise en carte pour obtenir des images couleurs sont révélées dans "Microbeam Analysis 1985" p. 145 - p. 147. S'il est possible de connaître la concentration pondérale moyenne d'un élément arbitraire j dans une j région d'une taille arbitraire en un emplacement arbi- traire sur l'écran de visualisation tandis qu'une image couleur créée par mise en carte est observée, alors, on peut obtenir une plus ample connaissance de cette région. Une méthode connue pour trouver la concentration pondé- rale d'un élément arbitraire est révélée dans "Microbeam Analysis 1985" p. 82 - p.84 et "Microbeam Analysis 1986" p.271 - p.278. La présente invention a pour obJectif principal un instrument d'analyse d'un échantillon qui permet de désigner une région d'une taille arbitraire en une posi- tion arbitraire sur une image par mise en carte couleur représentant la distribution des intensités des rayons X caractéristiques sur un échantillon et pouvant visualiser graphiquement la distribution des fréquences des inten- sités des rayons X caractéristiques produits par un élé- ment sur les éléments d'image contenus dans la région désignée. La présente invention a pour autre objet un instrument d'analyse d'un échantillon qui permet de dési- gner une région d'une taille arbitraire en une position arbitraire sur une image de mise en carte couleur repré- sentant la distribution des intensités des rayons X caractéristiques sur un échantillon et permettant de calculer et de visualiser la concentration pondérale moyenne d'un élément arbitraire existant dans la région désignée. Ces objectifs sont obtenus par un instrument pour analyser un échantillon, ledit instrument ayant un moyen analytique pour collecter les données 1i(x, y), I2(x, y),..., In(x, y) concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant des éléments e8, 82, en (n, 2) et détectés à des éléments d'image (x, y) agencés dans un plan bidimensionnel sur l'échantillon, un moyen de stockage pour stocker la donnée collectée par le moyen analytique, un moyen de visualisation pour lire la donnée Ii(x, y) concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'un élément arbitraire ei (i est n'importe quoi parmi 1, 2,..., n) du moyen de sto- ckage et pour visualiser la donnée en couleur sous la forme d'une image représentant la distribution de l'élé- ment ei et un moyen de désignation pour désigner une région S d'une taille arbitraire en une position arbi- traire sur l'écran de visualisation du moyen de visuali- sation, l'instrument étant caractérisé en ce qu'on pré- voit un moyen pour tracer un diagramme représentant la distribution des fréquences des intensités des rayons X émanant d'un élément arbitraire j (j est n'importe quoi parmi 1, 2,..., n) desdits éléments aux éléments d'ima- ges contenus à la région S ou un moyen pour visualiser les résultats des traitements des données collectées à la région S. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure i est une représentation schématique d'un instrument selon l'invention; - la figure 2 donne un schéma bloc de l'instrument montré à la figure 1; - les figures 3(a)-3(d) et les figures 4(a) et 4(b) sont des schémas illustrant le fonctionnement de l'instrument montré à la figure 1; et - la figure 5 est un schéma illustrant un autre instrument selon l'invention. En se référant à la figure 1, un échantillon 2 est placé dans un micro-analyseur à rayons X 1. Un fais- ceau d'électrons EB est forcé à frapper l'échantillon 2, produisant des rayons X XR. Des spectromètres D1, D2, D3 à rayons X utilisent des cristaux spectraux (non repré- sentés) pour ne détecter que certaines longueurs d'onde des rayons X. Des compteurs de rayons X T1, T2, T3 sont connectés aux spectromètres D1, D2, D3, respectivement. Une unité centrale de traitement 3, une mémoire 4, une visualisation couleur 5, un moyen de mise sous forme numérique ou dispositif de pointage 6 comme une souris et un clavier 7 sont connectés à un bus 8. Les spectromètre à rayons X D1, D2, D3 sont conçus pour choisir des rayons X caractéristiques émanant des éléments el, e2, e3, res- pectivement. Le dispositif de pointage 6 trace une région ayant une taille arbitraire en un emplacement arbitraire sur la visualisation 5 au moyen du curseur selon les ins- tructions de l'opérateur. Ainsi, l'opérateur désigne cette région. La figure 2 donne un schéma bloc du système montré à la figure 1. La mémoire 4, montrée à la figure 1, a une zone de stockage 9 pour stocker la donnée con- cernant les intensités des rayons X, comme le montre la figure 2. La zone de stockage 9 comprend des blocs de stockage A1, A2, A3, chacun pour stocker les données concernant une trame de l'image, correspondant aux élé- ments e1, e2, e3, respectivement. Chaque bloc de stoc- kage a une capacité donnée de stockage pour stocker les données obtenues de chaque élément d'image (x, y) qui est exploré par le faisceau d'électrons EB. Le système montré à la figure 2 comprend une portion de contrôle 10 pour contrôler les opérations de lecture et d'écriture, une portion 11 spécifiant la région, une portion 12 spécifiant l'élément en carte, une portion 13 spécifiant l'élément représenté sous forme graphique pour spécifier un élément pour lequel un histo- gramme ou diagramme de corrélation décrit ci-après est tracé, une portion 14 spécifiant la fonction, une portion choisissant la fonction, une portion 16 créant les données d'histogramme, une portion 17 créant les données du diagramme en corrélation, une portion de traitement 18 pour la séparation selon le niveau, une portion de trai- tement 19 pour l'assignation de couleur, une portion ari- thmétique 20 pour calculer l'intensité moyenne, une por- tion de convertisseur 21 pour obtenir la concentration et une portion de contrôle de visualisation 22. Les portions spécifiantes 11-14 se composent principalement du clavier 6 montré à la figure 1 La portion de contrôle de visuali- sation 22 comprend l'affichage couleur 5 montré à la figure 1. Le système construit comme décrit ci-dessus fonctionne à la manière décrite ci-dessous. Un mécanisme (non représenté) pour déplacer horizontalement l'échan- tillon 2 est entratné pour se déplacer le long des axes x et y tandis que l'échantillon est éclairé par le faisceau d'électrons EB. Par suite, les éléments d'image (x, y) sur l'échantillon 2 sont successivement exposés au fais- ceau EB. L'échantillon produit des rayons X caractéris- tiques à partir des éléments éclairés d'image. Parmi les rayons X, les rayons X caractéristiques émanant des élé- ments e1, e2, 93 sont détectés par les spectromètres à rayons X D1, D2, D3, respectivement. Les impulsions à la sortie des spectromètres sont comptés par les compteurs à rayons X T1, T2, T3, respectivement. Les comptes totaux obtenus ou taux de compte concernant les rayons X caractéristiques des éléments 81, e2, e3 sont envoyés à la mémoire 4 via le bus 8. La donnée concernant l'élément l est stockée dans le bloc de stockage A1 de la zone de stockage 9 correspondant aux éléments d'image (x, y). De même, la donnée concernant l'élément e2 est stockée dans le bloc A2. La donnée concernant l'élément 63 est stockée dans le bloc A3. Dans ces conditions, si l'opérateur fait fonc- tionner le clavier 7 afin de produire une visualisation couleur de la distribution des rayons X caractéristiques émanant de l'élément e1 alors la portion spécifiant l'élément en carte 12 force la portion de contr8le 10 à choisir l'élément e1. La portion de contr8le 10 lit suc- cessivement toute la donnée stockée dans le bloc de stockage A1 de la zone de stockage 9, et l'envoie à la portion de traitement 18. Cette portion de traitement 18 compare alors la donnée reçue au niveau préétabli de référence. Le nombre et les valeurs des niveaux de référence peuvent 8tre établis à volonté. On suppose maintenant que les niveaux de référence sont au nombre de quatre. La portion de traitement 18 divise chaque donnée reçue en cinq classifications ou plages, selon ces ni- veaux de référence. La donnée catégoriée est appliquée à la portion de traitement 19 qui assigne alors des teintes à la donnée d'entrée selon les niveaux de la donnée. Le signal à la sortie de la portion de traitement 19 est appliqué à la portion 22 de contr8le de visualisation. Par suite, une image de mise en carte couleur telle que montrée à la figure 3(a) est présentée sur la visualisa- tion couleur 5 pour représenter la distribution des intensités des rayons X caractéristiques produits par l'élément e1. De même, lorsque l'opérateur indique la 2 6 1 4 103 visualisation d'une image représentant la distribution des intensités des rayons X caractéristiques émanant de l'élément G2, une image telle que montrée à la figure 3(b) est présentée sur la visualisation 5, en se basant sur la donnée stockée dans le bloc de stockage A2. Pen- dant l'observation de l'image représentant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'un élément, par exemple 02, si l'opérateur trouve un région d'intérêt et veut avoir un histogramme des intensités des rayons X caractéristiques produits à partir de l'élément e2 con- tenu dans cette région, le processus qui suit est entre- pris. D'abord, l'opérateur fait fonctionner le dispo- sitif de pointage 6 pour forcer la portion 11 spécifiant la région à entourer la région S1 d'une ligne lumineuse F1 comme le montre la figure 3(c). Après accomplissement de la désignation de la région S1, l'opérateur fait fonc- tionner le clavier 7 pour indiquer que l'élément pour lequel un histogramme est visualisé est e2. Alors la por- tion 13 spécifiant l'élément signale à la portion de con- tr8le 10 que la donnée doit être extraite du bloc de stockage A. Par ailleurs, l'opérateur fait fonctionner le clavier 7 pour indiquer que la visualisation graphique prévue sur le dispositif de visualisation a la forme d'un histogramme. La portion 14 spécifiant la fonction con- trôle la portion 15 choisissant la fonction de manière que la donnée envoyée par la zone de stockage 9 stockant les intensités des rayons X soit acheminée à la portion 16 créant les données d'histogramme. Ensuite, la visuali- sation de l'histogramme est ordonnée. Alors, seule la donnée concernant les éléments d'image contenus dans la région S1 est lue du bloc de stockage A2 de la zone de stockage 9 par la portion de contrôle 10, selon le signal à la sortie de la portion 11 spécifiant la région. La donnée est fournie via la portion 15 spécifiant la fonc- tion, à la portion 16 créant les données d'histogramme, qui distribue chaque donnée reçue parmi un certain nombre de classes prédéterminées qui sont également espacées les unes des autres. Pour chaque classe, le compte est augmenté à chaque donnée assignée à la classe. Ainsi, la donnée représentant la distribution des fréquences des intensités des rayons X est créée. Le si- gnal à la sortie de la portion 16 créant les données d'histogramme est fourni à la portion 22 de contr8le de visualisation qui présente alors un histogramme repré- sentant la distribution des fréquences des intensités des rayons X provenant de l'élément e2 comme le montre la figure 4(a). L'opérateur qui voit cette visualisation peut en connaître le degré d'homogénéité de l'échantil- lon. Plus particulièrement, si des barres supérieures sont proches les unes des autres dans l'histogramme, alors l'élément 2 est distribué relativement unifor- mément sur la région S1. Si des barres basses sont lar- gement espacées, alors l'élément e2 est distribué à une moindre uniformité. Lorsque l'opérateur désire présenter un histo- gramme de l'élément e1, par exemple, il est simplement nécessaire de faire fonctionner le clavier 7 pour indi- quer que l'élément est e1. Alors, la portion 13 spéci- fiant l'élément signale à la portion de contr8le 10 que la donnée doit être extraite du bloc de stockage A1. La donnée concernant la région S1 est lue du bloc de stoc- kage A et est traitée pour présenter un histogramme de l'élément e1 sur le dispositif de visualisation 5. Lorsque l'opérateur souhaite connaitre la distribution des intensités des rayons X produits simul- tanément par un autre élément et en corrélation avec la distribution des intensités des rayons X provenant de l'élément arbitraire ci-dessus mentionné, il manoeuvre le clavier 7 afin d'exécuter la visualisation d'un diagramme de corrélation, ainsi que la désignation de la région. Alors la portion 14 spécifiant la fonction applique un signal de contrôle à la portion 15 choisissant la fonc- tion de manière que la donnée soit envoyée à la portion 17 créant le diagramme de corrélation, de l'aire de stockage 9. Si l'opérateur fait fonctionner le clavier 7 pour visualiser un diagramme de corrélation des éléments e1 et e2 par exemple, alors la portion 13 spécifiant l'élément signale à la portion de contr8le 10 que la don- née doit être lue des blocs de stockage A et A2. Subsé- 1 2 usé quemment, l'exécution de la visualisation est ordonnée. La donnée obtenue des éléments d'image contenus dans la région S1 est transférée du bloc de stockage A1 à la por- tion 17 créant les données du diagramme de corrélation via la portion de sélection de fonction 15. De même, la donnée dérivée des éléments d'image contenus dans la région S1 est envoyée du bloc de stockage A2 à la portion 17 de création de données. La portion 17 traite sa donnée d'entrée de manière que la donnée stockée dans le bloc A1 et provenant du i-ème élément d'image contenu dans la région S1 soit prise comme coordonnée xi sur l'axe x du i-ème élément d'image visualisé sur le dispositif de visualisation 5 et que la donnée stockée dans le bloc A2 et dérivée du i-ème élément d'image contenu dans la ré- gion S1 soit prise comme la coordonnée y du i-ème élé- ment. La donnée produite par ces traitements est envoyée à la portion de contr8le de visualisation 22, de la por- tion 17 de création de données. Eventuellement, un dia- gramme de corrélation tel que montré à la figure 4(b) est présenté sur la visualisation 5. L'opérateur peut voir le degré d'homogénéité de la distribution de chaque élément par le diagramme visualisé. En particulier, si les points visualisés sont largement distribués le long de l'axe de l'élément e2, il s'ensuit que l'élément e2 est distribué à une faible homogénéité. Inversement, si les points sont distribués dans une plage étroite le long de l'axe de l'élément e2, alors on peut dire que l'élément 62 est uniforme en concentration sur la région S1. De même, l'étalement des points le long de l'axe de l'élément e1 montre le degré d'homogénéité de la concentration de l'élément el. Dans l'exemple illustré, la concentration de l'élément e2 est en relation inversement proportionnelle avec la concentration de l'élément e1 dans la région S1. Pendant l'observation d'une image, comme le montre la figure 3(d), représentant la distribution des intensités des rayons X émanant de l'élément 83 sur la visualisation couleur 5, si l'opérateur trouve une région d'intérêt et souhaite connaître la concentration moyenne d'un élément arbitraire dans cette région, il fait fonc- tionner le dispositif de pointage 6 pour forcer la por- tion 11 spécifiant la région à entourer cette région d'une ligne lumineuse F2 comme le montre la figure 3(d). Après accomplissement de la désignation de la région, le clavier 7 est manoeuvré pour visualiser la concentration pondérale moyenne de l'élément e3, par exemple, dans la région spécifiée. Alors, la région 13 spécifiant l'élé- ment signale à la portion de contr8le 10 que la donnée choisie doit être lue du bloc de stockage A3. A ce moment, la portion 11 spécifiant la région envoie un signal indiquant la région spécifiée S2 à la portion de contrôle 10. Cette portion de contr8le 10 ne lit alors que la donnée concernant les intensités des rayons X produits par les éléments d'image (x, y) contenus dans la région S2, du bloc de stockage A3 pour une transmission à la portion arithmétique 20. La portion arithmétique 20 calcule l'intensité moyenne des rayons X produits par l'élément dans la région S2. L'intensité moyenne est donnée par: sI(x.y) dx.dy M(e3)s ------- Es dx.dy Ensuite, la donnée indiquant l'intensité moyenne M (e3)s est appliquée à la portion de convertisseur 21 qui con- vertit sa donnée d'entrée en une donnée W (Q3)s concer- nant la concentration de l'élément e3, en utilisant une courbe de calibrage obtenue au préalable en employant un échantillon de référence. Au lieu de cette méthode utili- sant une courbe de calibrage, une autre analyse quanti- tative, comme une méthode de correction du nombre atomi- que, de l'absorption et de la fluorescence ou une méthode B & A (Benece et Albee) peut être utilisée. La donnée W (e3)s concernant la concentration est envoyée à la portion de contrôle de visualisation 22, de la portion de convertisseur 13. La portion de contrôle 22 présente la donnée W (e3)s sous la forme de caractères sur une portion inférieure ou autre portion de l'écran de visualisation 5 ou force une imprimante ou analogue à im- primer les caractères. Lorsque l'opérateur souhaite connaître la con- centration moyenne de l'élément e1 dans la région S1, il fait fonctionner le clavier 7 pour désigner l'élément e1. Alors, la portion 7 spécifiant l'élément fournit un si- gnal spécifiant l'élément eI à la portion de contrôle 10 qui ne lit que la donnée concernant les intensités des rayons X caractéristiques détectées aux éléments d'image contenus dans la région S2 du bloc de stockage A1. La donnée est appliquée à la portion arithmétique 12. Par conséquent, il est possible de visualiser la concen- tration moyenne de l'élément e1 existant dans la région S2 sur le dispositif de visualisation 5. De même, il est facile de calculer et de visualiser les concentrations moyennes de tous les éléments dans la région S2. Les don- nées concernant ces éléments sont stockées dans les blocs de stockage d'image de trame A1, A2, A3, etc. On comprendra que ce qui précéde ne se rapporte qu'à un mode de réalisation préféré de l'invention et que l'invention peut être autrement mise en pratique. Dans l'exemple cidessus, le dispositif de pointage fonctionne pour désigner une région qui a une forme arbitraire, ainsi qu'une position et une taille arbitraires. Il est également possible de visualiser un rectangle dont la taille peut être changée d'une manière échelonnée comme cela est indiquée par K1, K2, K3 sur la figure 5. La position de ce rectangle peut également être changée à volonté. La région peut être spécifiée en désignant la position et la taille du rectangle. De même, dans l'exemple ci-dessus, les rayons X caractéristiques qui ne sont émis que par trois éléments sont détectés pour la simplicité. Les rayons X caracté- ristiques émanant de plus d'éléments peuvent être détec- tés et la donnée obtenue peut être stockée dans une mémoire. Par ailleurs, l'invention peut s'appliquer à un instrument utilisant des spectromètres à rayons X non dispersifs, employant des détecteurs à semi-conducteurs au lieu des cristaux spectraux pour collecter les données concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'éléments. Par ailleurs, dans l'exemple ci-dessus, la donnée concernant les intensités des rayons X caractéristiques est utilisée telle qu'elle est pour tracer un histogramme ou diagramme de corrélation. Les données concernant les intensités peuvent être converties en valeur de concentration, en utilisant une courbe de calibrage. Alors, un histogramme ou diagramme de corré- lation peut être présenté. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Instrument pour analyser un échantillon, du type ayant un moyen analytique pour collecter des données I1(x,y), I2(x,y),..., In(x, y) concernant les intensités de rayons X caractéristiques émanant d'éléments e1' e2' en (n > 2) aux positions des éléments d'image (x, y) agencés dans un plan bidimensionnel sur l'échan- tillon, un moyen de stockage pour stocker la donnée collectée par le moyen analytique et un moyen de visua- lisation pour lire la donnée Ii(x, y) concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'un élément arbitraire ei (i est pris parmi 1, 2,..., n) du moyen de stockage et pour visualiser la donnée en couleur sous la forme d'une image représentant la distribution de l'élément ei, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de désignation (6) pour désigner une région S d'une taille arbitraire en une position arbi- traire sur l'écran de visualisation du moyen de visuali- sation (5); et un moyen (16) pour tracer un diagramme repré- sentant la distribution des fréquences des intensités des rayons X émanant de l'élément arbitraire ej (j est pris parmi 1, 2,..., n) desdits éléments aux éléments d'image contenus dans la région S. 2. Instrument pour analyser un échantillon, du type ayant un moyen analytique pour collecter des données I1(,(x,y), 2(xy),..., In(x, y) concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'éléments e1, e2, en (n > 2) aux positions des éléments d'image (x, y) agencés dans un plan bidimensionnel sur l'échantillon, un moyen de stockage pour stocker la donnée collectée par le moyen analytique et un moyen de visualisation pour lire la donnée Ii(x, y) concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'un élément arbitraire Gi (i est pris parmi 1, 2,..., n) du moyen de stockage et pour visualiser la donnée en couleur sous la forme d'une image représentant la distribution de l'élément ei, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de désignation (6) pour désigner une région S d'une taille arbitraire en une position arbi- traire sur l'écran de visualisation du moyen de visuali- sation; et un moyen (17) pour lire les intensités des ra- yons X émanant de deux éléments arbitraires eû (j est pris parmi 1, 2,..., n) desdits éléments aux éléments d'image contenus dans la région S et pour tracer un diagramme qui représente la corrélation entre ces deux éléments. 3. Instrument pour analyser un échantillon, du type comprenant un moyen analytique pour collecter des données I1(x,y), I2(x,y),..., In(x, y) concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'élé- ments el, e2,..., en (nôs 2) aux positions des éléments d'image (x, y) agencés dans un plan bidimensionnel sur l'échantillon, un moyen de stockage pour stocker la donnée collectée par le moyen analytique et un moyen de visualisation pour lire la donnée Ii(x, y) concernant les intensités des rayons X caractéristiques émanant d'un élément arbitraire ei (i est pris parmi 1, 2,..., n) du moyen de stockage et pour visualiser la donnée en couleur sous la forme d'une image représentant la distribution de l'élément ei, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de désignation (6) pour désigner une région S d'une taille arbitraire en une position arbi- traire sur l'écran de visualisation du moyen de visuali- sation; un moyen (20) pour trouver la valeur moyenne M(j)s des intensités des rayons X caractéristiques éma- nant d'un élément arbitraire Gj (j est pris parmi 1, 2, n) desdits éléments aux éléments d'image contenus dans la région S; et un moyen.(21) pour convertir la valeur moyenne trouvée M(j)s en une concentration W(J)s de l'élément ej; et un moyen (22) pour visualiser la concentration W(j)s.