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應用案例 | 體式鏡下3D影像的數碼顯示

閱讀：0發布時間：2025-5-6

垂直分辨率的奧妙 —— 小付出，大回報
快速和易用是數碼顯微鏡的主要特征之一，利用數碼顯微鏡，即可輕松構建表面模型的宏觀和微觀結構。在定性評估中，這些宏微觀結構可以令用戶更好地了解樣本，并對樣本進行更詳盡地記錄。此外，表面的定量分析還將提供有關表面組分及其磨損情況的重要信息。那么，哪些樣本適用于徠卡數碼顯微鏡，而所用的檢測方法又有何限制條件呢？
徠卡數碼顯微鏡的三維成像技術基于自動變焦原理。使用光學器件的景深限定值確定樣本的深度信息。樣本相對于物鏡的垂直位移，確定了焦點信息的同時，還能夠確定其與光學器件的間距。針對每個垂直位置，將銳聚焦圖像區域與模糊區域隔開，這兩個圖像區域都經由軟件處理，以便構建表面模型。除了高度信息之外，采用該技術手段的優勢還包括，記錄樣本的結構。成功構建三維表面模型有哪些決定性影響因素，以及這些參數又是如何影響橫向和垂直分辨率的？
光學器件
在顯微鏡中，景深往往被視為一種經驗參數。實際上，它是由數值孔徑、分辨率和放大倍率之間的相關性確定的。為了得到視覺印象，現代顯微鏡的調整選項會在景深和分辨率（在理論上，這兩個參數具有負相關性）之間構成一種平衡。
在DIN/ISO標準中，樣本一側的景深被定義為“樣本平面兩側空間的軸向深度（在樣本平面中，樣本可以移動，圖像聚焦的清晰度不會受損，同時圖像平面和物鏡的位置保持不變）。”但是，上述標準并未提供任何提示，闡明如何測量焦點惡化的檢測界限值。尤其是放大倍率較低時，景深可以通過縮小鏡頭光圈（即減小數值孔徑）而顯著增加。這通常是通過孔徑光闌或孔徑光闌共軛平面上的光闌來完成的。然而，數值孔徑越小時，橫向分辨率就越低。因此，問題是找到分辨率與景深（取決于樣本結構）之間的平衡。
樣本結構
樣本表面結構包含樣本的所有部分的特性，包括表面的色彩和亮度特性。如前所述，自動變焦原理建立在有條理的方法基礎上。樣本中清晰和離焦區域劃分得越明確，表面模型的效果就越好。該方法特別適用于反差度好的結構。在很多顯微鏡應用領域，照明都占據重要地位，常常是決定成敗的關鍵所在。如果選擇的照明方式適當，即使樣本的結構非常少，亦可對其進行記錄。例如，可以選擇傾斜入射光照明方式，令隱藏的微小結構清晰可見。
垂直方向上的機械分辨
在這個等式中，第三個影響因素是垂直方向上的機械分辨率，該術語表示調焦驅動器（通常為電動） z 軸上的最小可能步距。為了充分發揮光學器件的性能，最小可能步距必須小于當前所用景深，否則，圖像數據就會丟失。例如，電動調焦驅動器分辨率為 10μm，則適當景深為 15μm。
Leica DVM 系統的橫向和垂直分辨率取決于各種不同的影響因素，例如，表面結構或照明器，因此，必須根據應用領域予以確定。利用插值法獲取一半應用景深的垂直分辨率。由所用放大倍率的數值孔徑來確定橫向分辨率。
景深 —— Berek 公式
在視感景深這個問題上，Max Berek 是發表觀點的作者，早在 1927 年他就發表了經過大量實驗得來的結果。Berek 公式給出了視覺景深的實際值，因而沿用至今。Berek 公式的簡化形式如下：

TVIS：視感景深
n：樣本位于其上的介質的折射率。如果樣本被移開，則在公式中輸入介質的折射率，該介質形成變化的工作距離。
λ：所用光的波長，對白光來說，λ = 0.55μm
NA：樣本一側的數值孔徑
MTOT VIS：顯微鏡的視覺總放大倍率
如果以上方程中，視覺總放大倍率為有效放大倍率所取代（MTOTVIS = 500-1000 x NA），則可以看出，景深的個近似值與數值孔徑的平方成反比。

照明
選擇適當的照明方式對于實現成功檢測至關重要。徠卡顯微系統的標準化設計，令您可以為所選光學器件搭配照明方式，滿足特定應用領域的需求。您可以選擇如下照明方式：
可變傾斜入射光照明

該方法可以改變照明方向：垂直-橫向。這種照明方式尤其適用于觀察劃痕或小的凹槽。