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   日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)(JST)2012年4月26日宣布,由日立高科及藝卓、新瀉大學(xué)、靜岡大學(xué)等組成的開發(fā)團隊,開發(fā)出了能夠?qū)崟r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,不僅可對觀察物做構(gòu)造分析,還有望應(yīng)用于使用機械手的微小物體解剖和獲取無機材料的電特性等.

通過數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)3種輸出方式

　　取得左右視差圖像后,用此次開發(fā)的專用軟件進行數(shù)據(jù)處理,可以實現(xiàn)3種輸出方式:(1)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"DuraVision FDF2301-3D"上把左右視差圖像作為2個獨立影像信號傳輸?shù)?雙路輸入方式"之外,還有(2)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",以及(3)把左視差圖像轉(zhuǎn)換成紅色、右視差圖像轉(zhuǎn)換成藍色信號合成輸出的"紅藍方式".

　　支持裸眼的高分辨率立體顯示由指向光源(Directional Backlight)方式實現(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降低到一半,但Directional Backlight方式則是用同一像素將視差圖像以時間差方式顯示.因為無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.

　　還開發(fā)出了3D觀察專用的圖形界面(GUI).因為能夠同時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畫面,所以用戶可以在比對正常的SEM圖像的同時,調(diào)整左右視差圖像的焦點和像散.

邊切換電子束的方向邊掃描

　　SEM是在向觀察對象照射很細電子束的同時進行二維掃描,來觀察其表面的立體構(gòu)造(凹凸形狀).一般來說,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.為了得到立體的SEM圖像,過去采用的方法是通過傾斜載物臺,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,所以需要戴上紅藍眼鏡觀察.但這種方法需要耗費時間,還需要調(diào)整視差圖像,因此無法實時觀察試樣的SEM圖像.

　　此次,開發(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),成功實現(xiàn)了左右視差圖像的瞬時獲取.具體做法為利用電磁透鏡的會聚作用,使電子束發(fā)生傾斜.但是,電子束傾斜伴隨的像差會導(dǎo)致分辨率下降.針對這一課題,開發(fā)組開發(fā)出專用的電子光學(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專用的電磁線圈,以1行、1幀為單位,對試樣依次進行左傾斜掃描、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,從而可進行實時3D觀察.左右的視差圖像因利用了透鏡的會聚作用,雖然焦點和像散不同于普通的SEM圖像,但支持對焦點和像散以1行/1幀為單位進行調(diào)整.



　　本開發(fā)成果還預(yù)定作為日立高科SEM的選配功能,在2012財年推出產(chǎn)品.



圖1：小鼠腎小球（約70μm）的圖像。普通顯示器（左）上同時顯示左右傾斜圖像、正常SEM圖像和立體圖像共四個畫面。而支持裸眼高分辨率3D顯示器（右）上，顯示著可以裸眼觀看的立體圖像。

圖2：圖1中的4畫面同時顯示示例。

圖3：金屬截面的立體圖像。黑白圖像中難以區(qū)分出凹凸部分，戴上紅藍眼鏡即可看立體畫面。

圖4：裸眼高分辨率3D顯示器“DuraVision FDF2301-3D”。