日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）2012年4月26日宣布，由日立高科及藝卓、新潟大學(xué)、靜岡大學(xué)等組成的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，徠卡顯微鏡開(kāi)發(fā)出了能夠?qū)崟r(shí)立體（3D）觀察的掃描電子顯微鏡（SEM），以及可以裸眼觀看的高分辨率3D顯示器。由此，不僅可對(duì)觀察物做構(gòu)造分析，還有望應(yīng)用于使用機(jī)械手的微小物體解剖和獲取無(wú)機(jī)材料的電特性等。

 

徠卡體視顯微鏡邊切換電子束的方向邊掃描

 

徠卡體視顯微鏡SEM是在向觀察對(duì)象照射很細(xì)電子束的同時(shí)進(jìn)行二維掃描，來(lái)觀察其表面的立體構(gòu)造（凹凸形狀）。一般來(lái)說(shuō)，用SEM得到的圖像（SEM圖像）為單向觀察的圖像，因此圖像是與單眼觀察一樣的平面圖像。徠卡顯微鏡為了得到立體的SEM圖像，過(guò)去采用的方法是通過(guò)傾斜載物臺(tái)，從不同的角度分別取得相當(dāng)于用右眼觀察和左眼觀察的靜止圖像（視差圖像）并加以合成，所以需要戴上紅藍(lán)眼鏡觀察。但這種方法需要耗費(fèi)時(shí)間，還需要調(diào)整視差圖像，因此無(wú)法實(shí)時(shí)觀察試樣的SEM圖像。

 

此次，徠卡顯微鏡開(kāi)發(fā)出了可邊切換照射試樣的電子束角度邊高速掃描的技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了左右視差圖像的瞬時(shí)獲取。具體做法為利用電磁透鏡的會(huì)聚作用，使電子束發(fā)生傾斜。但是，電子束傾斜伴隨的像差會(huì)導(dǎo)致分辨率下降。針對(duì)這一課題，開(kāi)發(fā)組開(kāi)發(fā)出的電子光學(xué)系統(tǒng)和電子束掃描控制技術(shù)，并利用了其中的部分技術(shù)。

 

電子束傾斜方向的控制使用的電磁線圈，以1行、1幀為單位，對(duì)試樣依次進(jìn)行左傾斜掃描、標(biāo)準(zhǔn)掃描和右傾斜掃描。由此可以支持速度為33ms/幀的高速掃描，從而可進(jìn)行實(shí)時(shí)3D觀察。左右的視差圖像因利用了透鏡的會(huì)聚作用，雖然焦點(diǎn)和像散不同于普通的SEM圖像，但支持對(duì)焦點(diǎn)和像散以1行/1幀為單位進(jìn)行調(diào)整。

 

取得左右視差圖像后，用此次開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以實(shí)現(xiàn)3種輸出方式：

 

除了支持在23英寸全高清（1920×1080像素）高清顯示的高分辨率3D裸眼顯示器“DuraVisionFDF2301-3D”上把左右視差圖像作為2個(gè)獨(dú)立影像信號(hào)傳輸?shù)?ldquo;雙路輸入方式”之外，

 

把左右視差圖像沿水平方向分別壓縮為1/2，將其組合成1幅圖像輸出的“并行方式”，

 

把左視差圖像轉(zhuǎn)換成紅色、右視差圖像轉(zhuǎn)換成藍(lán)色信號(hào)合成輸出的“紅藍(lán)方式”。

 

支持裸眼的高分辨率立體顯示由指向光源（DirectionalBacklight）方式實(shí)現(xiàn)。一般支持裸眼3D顯示器的顯示方式是把液晶面板的像素分配給左右視差圖像，因此，水平方向的分辨率會(huì)降低到一半，但DirectionalBacklight方式則是用同一像素將視差圖像以時(shí)間差方式顯示。因?yàn)闊o(wú)需為左右視差圖像分配液晶面板的像素，所以與傳統(tǒng)技術(shù)相比，縱深方向的再現(xiàn)性優(yōu)良。

 

并且，觀察者左右眼觀看到的視差圖像的方向取決于液晶顯示器的光源（LED），不會(huì)出現(xiàn)其他裸眼3D方式存在的屏障和透鏡造成的疊柵和條紋等問(wèn)題。原理上不存在左右視差圖像交替出現(xiàn)的“逆視”位置，直到畫面周圍都能穩(wěn)定觀察高清3D圖像。

 

徠卡顯微鏡還開(kāi)發(fā)出了3D觀察的圖形界面（GUI）。因?yàn)槟軌蛲瑫r(shí)分別顯示左右的視差圖像、通常的SEM圖像，以及由左右視差圖像合成的立體圖像共四個(gè)畫面，所以用戶可以在比對(duì)正常的SEM圖像的同時(shí)，調(diào)整左右視差圖像的焦點(diǎn)和像散。

 

備注：徠卡顯微鏡——開(kāi)發(fā)具有裸眼立體效果的實(shí)時(shí)觀察電子顯微鏡部分新聞?dòng)?strong>北京中儀光科科技發(fā)展有限公司，編輯上傳。