[導讀]【日經BP社報道】日本科學技術振興機構（JST）2012年4月26日宣布，由日立高科及藝卓、新潟大學、靜岡大學等組成的開發(fā)團隊，開發(fā)出了能夠實時立體（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
【日經BP社報道】日本科學技術振興機構（JST）2012年4月26日宣布，由日立高科及藝卓、新潟大學、靜岡大學等組成的開發(fā)團隊，開發(fā)出了能夠實時立體（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造分析，還有望應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。
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，成功實現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)出專用的電子光學系統(tǒng)和電子束掃描控制技術，并利用了其中的部分技術。
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、標準掃描和右傾斜掃描。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幀為單位進行調整。[!--empirenews.page--]
通過數據處理實現3種輸出方式
取得左右視差圖像后，用此次開發(fā)的專用軟件進行數據處理，可以實現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的“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）把左視差圖像轉換成紅色、右視差圖像轉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。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)技術相比，縱深方向的再現性優(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，調整左右視差圖像的焦點和像散。
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本開發(fā)成果還預定作為日立高科SEM的選配功能，在2012財年推出產品。
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”。
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，成功實現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)出專用的電子光學系統(tǒng)和電子束掃描控制技術，并利用了其中的部分技術。
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、標準掃描和右傾斜掃描。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幀為單位進行調整。[!--empirenews.page--]
通過數據處理實現3種輸出方式
取得左右視差圖像后，用此次開發(fā)的專用軟件進行數據處理，可以實現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的“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）把左視差圖像轉換成紅色、右視差圖像轉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。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)技術相比，縱深方向的再現性優(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，調整左右視差圖像的焦點和像散。
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本開發(fā)成果還預定作為日立高科SEM的選配功能，在2012財年推出產品。
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”。
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