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突破扫描电镜景深极限

复纳科学仪器(上海)有限公司 2020-08-31 10:52:59 473  浏览
  • 扫描电镜作为一种基础显微成像工具,因具有超高的放大能力,从而被高校、科研院所、材料研发和质量分析部门广泛用于研发、生产过程。

    相比于光学放大器件,扫描电子显微镜使用电子束进行成像,放大、分辨能力比光学显微镜有非常大的提升。

     

    图1 金相样品光学显微镜图像(左)和扫描电镜图像(右)

    景深是一种普适用于所有的光学成像仪器的概念。所谓景深,就是照片中清晰图像的范围,景深越大,我们看到的视野中清晰的范围就越大,或称景深分辨能力强;反之,景深越小(浅),视野范围中能够清晰的范围越狭小,成像器材的景深分辨能力越弱(图2)。

     

    图2 小景深和大景深

    光学元件中,只有一个参数会直接影响景深分辨能力,那就是光束的收敛角的大或小。光束到达焦点后,收敛角越小,其得到的景深越深,例如在照相机中,光圈直径的减小会直接将收敛角减小,景深则越深(如图3)。

    图3 照相机中光圈对景深的影响示意图

    与光学显微镜相比,扫描电镜的成像介质(电子束)的汇聚性非常好,因此到达样品表面的电子束收敛角通常非常小,因而电镜的景深分辨能力往往比光学显微镜强(图4)。

     

    图4 扫描电镜(右)明显比光学显微镜(左)具有更好的景深分辨能力

    但是,我们也同样需要明确,扫描电镜的景深分辨能力并非无限大。在遇到一些极其特殊的样品时,比如几乎垂直放置的多层膜材料(图5),即使是扫描电镜也难以表现其全部细节。

    图5 近乎垂直放置的多层膜材料截面

    Phenom飞纳电镜为了应对这一问题,开发了du有的超景深成像模式。在该模式下,扫描电镜可以根据样品景深进行全视野扫描,并自动计算视野所有位置上可以获得最清晰图像的工作距离,随后连续自动曝光,ZZ得到理论景深无限制的扫描电镜图像。图 6 展示了超景深模式开启前和开启后的图像对比。

    图6 超景深模式开启前后效果对比

    超景深图像可以满足大景深成像的应用场景,比如金属、水泥等材质的拉伸断口这类纵深较大的样品成像及分析(图7),获得超景深图像可以使我们轻松看到此类样品的全部细节。

     

    图7 超景深使用场景(左:复杂形状截面;右:多种材料拉伸断口)


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突破扫描电镜景深极限

扫描电镜作为一种基础显微成像工具,因具有超高的放大能力,从而被高校、科研院所、材料研发和质量分析部门广泛用于研发、生产过程。

相比于光学放大器件,扫描电子显微镜使用电子束进行成像,放大、分辨能力比光学显微镜有非常大的提升。

 

图1 金相样品光学显微镜图像(左)和扫描电镜图像(右)

景深是一种普适用于所有的光学成像仪器的概念。所谓景深,就是照片中清晰图像的范围,景深越大,我们看到的视野中清晰的范围就越大,或称景深分辨能力强;反之,景深越小(浅),视野范围中能够清晰的范围越狭小,成像器材的景深分辨能力越弱(图2)。

 

图2 小景深和大景深

光学元件中,只有一个参数会直接影响景深分辨能力,那就是光束的收敛角的大或小。光束到达焦点后,收敛角越小,其得到的景深越深,例如在照相机中,光圈直径的减小会直接将收敛角减小,景深则越深(如图3)。

图3 照相机中光圈对景深的影响示意图

与光学显微镜相比,扫描电镜的成像介质(电子束)的汇聚性非常好,因此到达样品表面的电子束收敛角通常非常小,因而电镜的景深分辨能力往往比光学显微镜强(图4)。

 

图4 扫描电镜(右)明显比光学显微镜(左)具有更好的景深分辨能力

但是,我们也同样需要明确,扫描电镜的景深分辨能力并非无限大。在遇到一些极其特殊的样品时,比如几乎垂直放置的多层膜材料(图5),即使是扫描电镜也难以表现其全部细节。

图5 近乎垂直放置的多层膜材料截面

Phenom飞纳电镜为了应对这一问题,开发了du有的超景深成像模式。在该模式下,扫描电镜可以根据样品景深进行全视野扫描,并自动计算视野所有位置上可以获得最清晰图像的工作距离,随后连续自动曝光,ZZ得到理论景深无限制的扫描电镜图像。图 6 展示了超景深模式开启前和开启后的图像对比。

图6 超景深模式开启前后效果对比

超景深图像可以满足大景深成像的应用场景,比如金属、水泥等材质的拉伸断口这类纵深较大的样品成像及分析(图7),获得超景深图像可以使我们轻松看到此类样品的全部细节。

 

图7 超景深使用场景(左:复杂形状截面;右:多种材料拉伸断口)


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SEM系列ZT|优化扫描电镜的景深

       提到扫描电子显微镜(SEM)的“景深”,可以用摄影来做类比,两者都可以获得高清图片,也都要确定需要聚焦的位置。

       拍照时,您感兴趣的物体应该总是处于焦点位置,并且尽可能清晰。从艺术的角度来说,聚焦可以将摄影师的关注点传达给观察者,而在实际应用中,聚焦良好的图片可以展示大量细节信息。

       但是待拍摄物体中有多大部分是真正处于聚焦状态,这部分占比又是如何调控的呢?对焦状态的图像部分始终是一个平面,这意味着我们只能对wan美的平面进行成像。幸运的是,只要物体中的各部分“足够接近”焦平面,我们的大脑就可以处理,这部分称为景深。

       影响景深的参数有几个,调整这些参数可以使图片中包含的信息变多或变少,其中,光阑直径和聚焦装置(摄像头和扫描电镜镜筒)至关重要。

       物体与成像设备之间的距离也是极其重要的因素。

  • 通常,物体越远,景深越大,更多物体变得足够清晰,使得大脑能够处理和区分;

  • 物体越近,景深越小,清晰度或分辨率会提高,可以看到物体太远时看不到的细节。

不同景深下的两张照片

(左图)花儿特写镜头-近距离拍摄,背景变得模糊。

(右图)风景照-远距离拍摄,景深从几厘米增加到几公里。


电子显微镜是如何聚焦的


       电子显微镜中,焦点是指入射电子束圆锥直径Z小时的位置。。电子源发出电子束,镜筒内的电磁透镜和末端光阑约束电子束并决定Z小束斑尺寸。

       当电子束直径接近Z小值时,分辨率提高。通常达到特定和Z优“工作距离”-(镜筒底部和样品之间的距离)时,可取得该值。

       焦平面是指电子束直径Z小处对应的水平面。电子束对焦时,所有处于焦平面的特征物都将非常清晰。校正焦点意味着改变焦平面高度,焦平面上下的所有特征将会逐渐模糊,直到无法识别。


工作距离如何影响景深


       景深是指工作距离的一定范围,在该范围内,图像的清晰度可以接受。理想的工作距离将在聚焦后呈现Z佳分辨率。

       然而,有些情况下,例如,在观察较高样品时,分辨率变得不太重要,反而景深对结果的影响更大。对昆虫进行成像时,关键是要让画面中的所有特征都清晰可辨,比如它的腿和头。对电子线路连接成像也是如此,完整观察样品需要在同一图像中聚焦整个电线和电路板。在这种情况下,较长的工作距离有助于获得更大的景深,得到更多细节清晰可见的图像。

       电子镜筒、电子束和焦平面图示。(左图)工作距离越长,α角越小,远离焦平面不会使图像变得太模糊。(右图)工作距离缩短, β角变大,远离焦平面使得电子束直径不断增大,因此图像变得更加模糊。反之,焦平面上的电子束直径越小,图像分辨率越高。

       样品越靠近镜筒,电子束角度越大。这意味着与焦平面的微小偏差将导致电子束直径不断增大,从而使得图像更加模糊。

       反之,样品距离镜筒越远,电子束角度越小,与焦平面高度的偏差所导致的电子束直径变化也就越小,因此,可以清晰地观察到不同高度处的所有特征物。

       通常,扫描电子显微镜的景深可以从几微米增加到几毫米,通过调整景深,可以对需要ZD关注的特征进行深入观察,获得高质量的图像从而取得Z佳的分析结果。

       如您希望了解更多有关扫描电镜的信息,请填写表单与专家交谈。(填写地址:https://www.thermofisher.com/cn/zh/home/global/forms/questionnaire-2017-form-cn.html?cid=cn-ebz-soc-wec-camp-wechat2018-aMSD-pc-mkt-05282018)

2020-02-12 15:22:49 641 0
十年磨剑,突破极限,千眼狼发布Mini家族高速摄像机M220
全高清2000帧 | 256GB | 10bit | 结构尺寸仅

72×72×75mm

       历经数月精心打磨,攻克37项关键技术,千眼狼研发团队2020年伊始推出基于高度集成化平台全新架构的Mini家族首 款高速摄像机M220,定位面向高速视觉领域中高端细分市场,具有小尺寸、大内存、优画质、高性能、新功能、多接口、抗冲击等众多特点。


       小块头,亦有大胸怀 ↓↓↓↓↓↓

       通过对电路、结构、接口、外观、防护等全面重构,M220实现结构尺寸72×72×75mm,仅相当于一个红富士苹果的大小。在如此ji致尺寸下,成功集成了256GB超大存储,为高速图像采集提供近60s不间断观测,并具备关键数据不丢失的特点。


       有硬核,画质更精彩 ↓↓↓↓↓↓

       M220拥有更高质量的优彩画质,支持10Bit图像存储、导出并保存,更细致的描述图像色彩。视频输出在保留原始数据情况下可选ISP色彩优化功能模块,内嵌智能图像优化处理硬核,为相机装上ding级“显卡”,定格每一帧关键瞬间。


       好基因,身手自非凡 ↓↓↓↓↓↓

       M220迷你高速摄像机在1920×1080全画幅全分辨率下速度高达2,000帧每秒,支持动态框选ROI功能,Z高采集速度可达10万帧每秒,数据吞吐能力超过4GB/s。

       新功能,场景更契合 ↓↓↓↓↓↓

       M220支持用于流场测量系统专属的PIV功能,在高速采用前提下可保证相邻帧间隔时间≤400ns!配合双脉冲PIV激光器片光源,能轻松捕捉高速示踪粒子湍流、涡流等运动行为。同时,M220内置的EDR功能可针对高速采集过程中突发的过曝、曝光不足情况及时调整曝光时间,适用于火炮出膛、爆炸、火箭发射等亮度突变场景下的应用研究。

       多接口,使用更便捷 ↓↓↓↓↓↓

       M220迷你高速摄像机提供各型丰富接口,如SDI、RS-422、授时等….其中设置专属动态存储区,通过SDI接口实时显示图像。RS-422、授时主要用于与系统云台、其他电动动作机构同步jing准通信,助力M220定位核心观察部,便捷集成于小型经纬仪、光电吊舱之中。


       抗冲击,标准更严苛 ↓↓↓↓↓↓

       M220迷你高速摄像机全新架构设计支持抗冲击能力,按≥170G/10ms严苛标准设计,可直接用于汽车碰撞场景。

       ● 自动化生产线工艺改进、故障检测,焊接研究

       ● 经纬仪、光电吊舱等设备集成

       ● 微流控、生物科技等微观领域研究(可搭配显微镜等使用)

分辨率1920x1080
帧率2000fps@1920x1080
内存256GB
动态范围60dB
模拟增益
灵敏度ISO25000(M), ISO8000(C)
曝光时间1uS
快    门全局快门
色    彩单色(M)/彩色(C)
窗口采集
Gamma校正
HDR
EDR
PIV
数据传输接口千兆以太网
镜头接口C/E
SDI
功率≤20W
结构尺寸WxHxD72 x 72 x 75mm
重量≤500g
抗震动
抗冲击

M220目前已全面接受预订......


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