JST等开发出具有裸眼立体效果的实时观察电子显微镜

    日本科学技术振兴机构（JST）2012年4月26日宣布，由日立高科及艺卓、新潟大学、静冈大学等组成的开发团队，开发出了能够实时立体（3D）观察的扫描电子显微镜（SEM），以及可以裸眼观看的高分辨率3D显示器。由此，不仅可对观察物做构造分析，还有望应用于使用机械手的微小物体解剖和获取无机材料的电特性等。

边切换电子束的方向边扫描

　　SEM是在向观察对象照射很细电子束的同时进行二维扫描，来观察其表面的立体构造（凹凸形状）。一般来说，用SEM得到的图像（SEM图像）为单向观察的图像，因此图像是与单眼观察一样的平面图像。为了得到立体的SEM图像，过去采用的方法是通过倾斜载物台，从不同的角度分别取得相当于用右眼观察和左眼观察的静止图像（视差图像）并加以合成，所以需要戴上红蓝眼镜观察。但这种方法需要耗费时间，还需要调整视差图像，因此无法实时观察试样的SEM图像。

　　此次，开发出了可边切换照射试样的电子束角度边高速扫描的技术，成功实现了左右视差图像的瞬时获取。具体做法为利用电磁透镜的会聚作用，使电子束发生倾斜。但是，电子束倾斜伴随的像差会导致分辨率下降。针对这一课题，开发组开发出专用的电子光学系统和电子束扫描控制技术，并利用了其中的部分技术。

　　电子束倾斜方向的控制使用专用的电磁线圈，以1行、1帧为单位，对试样依次进行左倾斜扫描、标准扫描和右倾斜扫描。由此可以支持速度为33ms/帧的高速扫描，从而可进行实时3D观察。左右的视差图像因利用了透镜的会聚作用，虽然焦点和像散不同于普通的SEM图像，但支持对焦点和像散以1行/1帧为单位进行调整。

通过数据处理实现3种输出方式

　　取得左右视差图像后，用此次开发的专用软件进行数据处理，可以实现3种输出方式：（1）除了支持在23英寸全高清（1920×1080像素）高清显示的高分辨率3D裸眼显示器“DuraVision FDF2301-3D”上把左右视差图像作为2个独立影像信号传输的“双路输入方式”之外，还有（2）把左右视差图像沿水平方向分别压缩为1/2，将其组合成1幅图像输出的“并行方式”，以及（3）把左视差图像转换成红色、右视差图像转换成蓝色信号合成输出的“红蓝方式”。

　　支持裸眼的高分辨率立体显示由指向光源（Directional Backlight）方式实现。一般支持裸眼3D显示器的显示方式是把液晶面板的像素分配给左右视差图像，因此，水平方向的分辨率会降低到一半，但Directional Backlight方式则是用同一像素将视差图像以时间差方式显示。因为无需为左右视差图像分配液晶面板的像素，所以与传统技术相比，纵深方向的再现性优良。

　　并且，观察者左右眼观看到的视差图像的方向取决于液晶显示器的光源（LED），不会出现其他裸眼3D方式存在的屏障和透镜造成的叠栅和条纹等问题。原理上不存在左右视差图像交替出现的“逆视”位置，直到画面周围都能稳定观察高清3D图像。

　　还开发出了3D观察专用的图形界面（GUI）。因为能够同时分别显示左右的视差图像、通常的SEM图像，以及由左右视差图像合成的立体图像共四个画面，所以用户可以在比对正常的SEM图像的同时，调整左右视差图像的焦点和像散。

　　本开发成果还预定作为日立高科SEM的选配功能，在2012财年推出产品。

图1：小鼠肾小球（约70μm）的图像。普通显示器（左）上同时显示左右倾斜图像、正常SEM图像和立体图像共四个画面。而支持裸眼高分辨率3D显示器（右）上，显示着可以裸眼观看的立体图像。

图2：图1中的4画面同时显示示例。

图3：金属截面的立体图像。黑白图像中难以区分出凹凸部分，戴上红蓝眼镜即可看立体画面。

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