莫非事务所 | 如何优化扫描电镜的景深？

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完美的平面进行成像。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

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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最小时的位置。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最小束斑尺寸。 当电子束直径接近最小值时，分辨率提高。通常达到特定和最优“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最小处对应的水平面。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。 02

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最佳分辨率。 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，可以对需要重点关注的特征进行深入观察，获得高质量的图像从而取得最佳的分析结果。