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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)
- 关于光圈、快门、焦距、摄距和景深之间的关系
- 我是摄影初学者,有些关于相机上的基础理论在自学过程中产生了矛盾和误解,急求各位的指点! (1)景深的具体含义到底是什么,到底是广角镜头的画面景深大还是特写镜头的景深大? (2)如果说光圈越大,景深越小,那么为什么Z小景深==Z大光圈+尽可能近的摄... 我是摄影初学者,有些关于相机上的基础理论在自学过程中产生了矛盾和误解,急求各位的指点! (1)景深的具体含义到底是什么,到底是广角镜头的画面景深大还是特写镜头的景深大? (2)如果说光圈越大,景深越小,那么为什么Z小景深==Z大光圈+尽可能近的摄距+长焦距镜头?(因为一体机上的光圈是自动设定的,如果焦距越长,光圈反而越小,所以Z大光圈+长焦距镜头的理论让我感到有些矛盾!比如当我使用长焦拍摄近景时,F值是5.1,明显是小光圈,即使是单反相机,如果用大光圈+长焦距也是行不通的!) 在了解第二个问题时,我想还是需要将diyi个问题了解透彻!请各位帮忙,在下愿用重金求明!) 展开
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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)
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- 产品演示系列:DeepFocus 1 扩展景深数码显微镜
DeepFocus 1 扩展景深数码显微镜使用MALS™技术,实现超快速的视觉观测,可以在单一视图中扩展样本景深达100倍,无需耗时的景深叠加。利用EDOF扩展景深视图、高程图和地形图,可以更清晰、更快速地了解特征。快捷的报告和测量工具令DeepFocus 1专为提高生产率而设计。
以下视频由工程师为您演示DeepFocus 1 扩展景深数码显微镜。
更多产品演示:
DeepFocus 1数码显微镜,结合蔡司Visioner1和MALS™技术,提供比传统显微镜系统更大的景深(DoF),在单一视图中提供实时清晰的影像。
全聚焦
DeepFocus 1
DeepFocus 1数码显微镜可以在单一视图中扩展样本景深达100倍。加快观测检查,减少不完全检查导致的风险。
传统观测系统受景深深浅的限制,特别是在高倍放大时。只能聚焦样品的一小部分区域,则会导致观测任务耗时且可能导致特征缺失和观测不完整。
高度达69mm组件的锐聚焦图像在单一视图中显示,无需重新定位组件,避免任何额外的重聚焦或Z轴堆叠处理。
多种观察模式
DeepFocus 1
DeepFocus 1扩展景深(EDOF)显微镜允许令用户可从任何角度观察物体。高程图和地形图模式以容易理解的视图显示捕获的数据,包括Z轴高度细节。这些查看模式可确保令失效分析和质量控制更加高效,与传统观测系统相比,可更快速地提供准确结果。
生产效率
DeepFocus 1
DeepFocus 1即使在操作目标物或样品含有移动部件时也能保持清晰的聚焦图像。观测过程中无需进行重新聚焦,或耗时的Z轴堆叠图像处理,显著提高生产率。
高效测量
DeepFocus 1
内置的测量功能,包括“出入”公差提示,轻松获得详细报告。在实时视图中测量,并从捕获的图像中进行增强测量,可加快和简化细节分析任务。对轮廓特征的简单检查中增加了重要的Z轴作为可用信息。
优化照明
DeepFocus 1
不同特征的高清晰度成像往往需要特定的照明模式。DeepFocus 1有可调节的环形光源和同轴光源,为每个目标物提供正确的照明。
自动眩光控制技术可为反光zui强的目标物提供实时无眩光图像。内置同轴光为反光表面及侧面带来理想照明,并可带来细孔底部的清晰无阴影图像。
软件选项
DeepFocus 1
通过一系列额外的数码显微镜软件来扩展更多应用范围、提高效率和扩展功能。添加诸多功能如先进的图像分析、可审批可溯源的工作流程、自动测量和评估等。
应用
DeepFocus 1
模块化的结构、软件和配件使得DeepFocus 1可以灵活配置,适合多种广泛应用,适用于大多数工业环境中多种多样的目标物观测任务。
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