论扫描电镜的景深极限在哪？

扫描电镜作为一种基础显微成像工具，因具有超高的放大能力，从而被高校、科研院所、材料研发和质量分析部门广泛用于研发、生产过程。

相比于光学放大器件，扫描电子显微镜使用电子束进行成像，放大、分辨能力比光学显微镜有非常大的提升。

图1 金相样品光学显微镜图像 (左) 和扫描电镜图像 (右)

景深是一种普适用于所有的光学成像仪器的概念。所谓景深，就是照片中清晰图像的范围，景深越大，我们看到的视野中清晰的范围就越大，或称景深分辨能力强；反之，景深越小（浅），视野范围中能够清晰的范围越狭小，成像器材的景深分辨能力越弱（图2）。

图2 小景深和大景深

光学元件中，只有一个参数会直接影响景深分辨能力，那就是光束的收敛角的大或小。光束到达焦点后，收敛角越小，其得到的景深越深，例如在照相机中，光圈直径的减小会直接将收敛角减小，景深则越深（如图3）。

图3 照相机中光圈对景深的影响示意图

与光学显微镜相比，扫描电镜的成像介质（电子束）的汇聚性非常好，因此到达样品表面的电子束收敛角通常非常小，因而电镜的景深分辨能力往往比光学显微镜强（图4）。

图4 扫描电镜 (右) 明显比光学显微镜 (左) 具有更好的景深分辨能力

但是，我们也同样需要明确，扫描电镜的景深分辨能力并非无限大。在遇到一些极其特殊的样品时，比如几乎垂直放置的多层膜材料（图5），即使是扫描电镜也难以表现其全部细节。

图5 近乎垂直放置的多层膜材料截面

Phenom 飞纳电镜为了应对这一问题，开发了独有的超景深成像模式。在该模式下，扫描电镜可以根据样品景深进行全视野扫描，并自动计算视野所有位置上可以获得最清晰图像的工作距离，随后连续自动曝光，最终得到理论景深无限制的扫描电镜图像。图 6 展示了超景深模式开启前和开启后的图像对比。

图6 超景深模式开启前后效果对比

超景深图像可以满足大景深成像的应用场景，比如金属、水泥等材质的拉伸断口这类纵深较大的样品成像及分析（图8），获得超景深图像可以使研究人员轻松看到此类样品的全部细节。

图8 超景深使用场景 (左：复杂形状截面；右：多种材料拉伸断口)