選擇測量顯微鏡的基本要素和專家提示，確保為工業(yè)和科學應用提供準確可靠的結(jié)果

測量顯微鏡可用于分析許多不同的樣品，包括質(zhì)量控制、故障分析、研發(fā)和其他應用。在選擇測量顯微鏡時，必須考慮幾個因素，包括樣品和應用的類型以及系統(tǒng)在分辨率和多功能性方面的性能，從而選擇合適的顯微鏡。

有一系列徠卡體視顯微鏡、復合顯微鏡和數(shù)碼顯微鏡可幫助用戶進行精確、可靠的測量，例如樣品特征的距離、角度、面積和高度，有效滿足各種應用需求。

核心要點

為什么要使用測量顯微鏡？

測量顯微鏡是分析樣品特征尺寸的重要工具，對于檢測、質(zhì)量控制(QC)、故障分析和研發(fā)(R&D)至關(guān)重要。

如何選擇合適的測量顯微鏡

選擇適合您需要的測量顯微鏡取決于以下因素：

樣本類型、大小及其相關(guān)特征

應用，例如，無論是檢驗 QC、故障分析還是  R&D

顯微鏡的性能決定了它能多清晰地分辨細節(jié)和精確測量樣品特征

顯微鏡的分辨率，即分辨精細細節(jié)的能力

相機的像素大小，這對于在監(jiān)視器上查看或測量樣品特征的分辨率非常重要

光學質(zhì)量和顯微鏡光學系統(tǒng)的色差或球差校正，以及平面度或平面度校正

選擇合適的顯微鏡

無論是使用安裝了數(shù)碼相機的體視顯微鏡或復合顯微鏡，還是使用數(shù)碼顯微鏡，在決定使用哪種顯微鏡進行測量時都需要考慮一些重要因素.

測量顯微鏡示例

本的二維測量（請參閱下圖示例）、高級三維測量和自動測量，均給出了示例。

使用測量顯微鏡，用戶可以測量樣品特征的二維和三維尺寸，這對檢測、質(zhì)量控制、故障分析和研發(fā)&D 至關(guān)重要。然而，選擇合適的顯微鏡需要評估應用需求以及顯微鏡的性能、易用性和靈活性。如今，測量通常以數(shù)字方式進行，即使用帶有攝像頭和軟件的顯微鏡，圖像顯示在顯示器上，而不是通過目鏡網(wǎng)線，從而提高了精度和可重復性。使用合適的測量顯微鏡可靠、快速地分析樣品。

為什么要使用測量顯微鏡？

測量顯微鏡是分析各種樣品特征尺寸的重要工具。它們在各行各業(yè)的檢測、質(zhì)量控制(QC)、故障分析和研發(fā)(R&D) 中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。選擇合適的測量顯微鏡取決于用戶的具體需求和其他因素，包括分析的樣品類型、應用、光學性能和相機分辨率。

在現(xiàn)代，測量顯微鏡具有數(shù)字化功能，配備了攝像頭、圖像顯示監(jiān)視器和軟件，允許用戶以自動化方式精確測量和分析樣品。

有關(guān)如何選擇最合適的測量顯微鏡的更多信息，請參閱下文。

如何選擇測量顯微鏡

樣本類型、大小和相關(guān)特征  

在選擇測量顯微鏡之前，用戶應了解需要成像的樣品類型以及需要分析的特征或結(jié)構(gòu)。所需的顯微鏡取決于測量的是樣品表面特征還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測量，樣品制備也至關(guān)重要。

表面特征可能比表面高出很多，通常是三維的，因此需要一臺景深大、分辨率高的顯微鏡。通常無需進行樣品制備。

要進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，樣品通常是不透明的，因此必須制備橫截面。截面制備包括切割、打磨和拋光 [1]。例如，印刷電路板（PCB）和組件（PCBA）以及集成電路（IC）（參見圖 1）。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能很小，通常需要分辨率更高的顯微鏡。

圖 1. 這里展示的示例包括：A)可測量印刷電路板樣品的表面特征；B)可測量集成電路芯片橫截面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

應用

各種應用都需要測量顯微鏡。比較常見的有檢驗、質(zhì)量控制(QC)、故障分析和研發(fā)(R&D)。

檢驗和質(zhì)量控制 需要精確可靠的測量，以驗證產(chǎn)品尺寸、識別缺陷并確保生產(chǎn)過程中的一致性。顯微鏡必須能夠快速從觀察樣品區(qū)域的全貌到精確可靠地觀察精細細節(jié)。

故障分析 包括調(diào)查組件或材料的完整性以及故障原因。顯微鏡可用于分析宏觀或微觀尺度的裂紋、磨損或缺陷。

R&D 往往涉及在開發(fā)新材料和部件甚至生產(chǎn)工藝的過程中，往往在微觀尺度上對理解不深的復雜樣品特征或結(jié)構(gòu)進行研究。用于測量的顯微鏡應高度精確、可靠和靈活。

性能  

測量顯微鏡的性能決定了它能在多大程度上清晰地分辨精細細節(jié)并精確測量樣品特征或結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)最佳性能的關(guān)鍵因素包括光學和數(shù)字分辨率，以及光學像差和平面度或平面度的校正。

分辨率

分辨率是指顯微鏡分辨精細細節(jié)的能力，例如兩個間隔很近的小點或細線之間的距離。這是完成精確測量任務的關(guān)鍵因素。測量顯微鏡的分辨率取決于光學元件的數(shù)值孔徑 (NA)、使用的照明和對比方法以及數(shù)碼相機的像素大小（見下文）[2,3]。NA 越大，分辨率越高。通常情況下，倍率越高的物鏡 NA 值越大。分辨率也受光波長的影響，但通常使用平均波長為 550 納米的白光。

攝像頭像素大小  

對于數(shù)碼顯微成像來說，相機的像素大小對分辨率非常重要 [2]。大多數(shù)數(shù)碼顯微照相機的像素尺寸在 1 到 5 微米之間。當放大倍數(shù)超過 2 倍時，顯微系統(tǒng)的分辨率取決于數(shù)值孔徑和光波長。在放大倍數(shù)較低的情況下，即小于 2 倍時，數(shù)值孔徑通常很小，相機傳感器的分辨率極限將開始低于光學分辨率（數(shù)值孔徑和光波長）。在低倍率情況下，相機傳感器很可能決定顯微系統(tǒng)的分辨率。像素越小，電子顯示屏上圖像的數(shù)字分辨率就越高，尤其是在放大倍數(shù)較低的情況下。

光學質(zhì)量和像差  

顯微鏡光學系統(tǒng)必須校正色差、球差和平面度（參見下圖 2），這些都會影響測量精度[4]。這些像差會導致圖像嚴重失真，而平面性可確保圖像在整個視場內(nèi)保持平整。像差校正和平面度對于精確測量都很重要。徠卡顯微鏡物鏡校正標準包括消色差和變色差兩種 [5]。消色差裝置具有消色差校正功能，其中紅光和藍光波長（在白光范圍內(nèi)）的絕對聚焦值均小于物鏡景深(DOF) [6] 的 2 倍。變色龍具有變色校正功能，紅色、綠色和藍色波長光的絕對焦距值小于 DOF 的 1 倍。消色差和變色差視場(FOV)的平面度（也稱為視場平整度）最多為 25 毫米。下圖 2A 顯示了物鏡的 DOF 和 FOV，圖 2B 顯示了色差校正。

圖 2： 光學顯微鏡成像中必須校正的一些像差：

A） 示意圖，顯示顯微鏡物鏡對樣品成像時的視場（FOV）和景深（DOF）；

B） 通過白光經(jīng)過透鏡的光線追跡，演示消色差和復消色差校正；

C） 同樣利用光線追跡進一步說明球差校正；

D） 示意圖，解釋光學透鏡可能產(chǎn)生的畸變以及相應的校正方式。

選擇合適的顯微鏡

立體顯微鏡、復合顯微鏡或數(shù)碼顯微鏡  

測量顯微鏡使用固定光學鏡組 [7] （復式）或變焦光學鏡組 [8]（立體）[參見圖 3]。傳統(tǒng)的體視顯微鏡或復合顯微鏡有目鏡，而數(shù)碼顯微鏡 [9] 則沒有，因此圖像由集成相機檢測并顯示在顯示器上。數(shù)碼顯微系統(tǒng)可以使用固定光學鏡頭或變焦光學鏡頭。帶有變焦光學鏡頭的體視顯微鏡和數(shù)碼顯微鏡可提供更大的樣本視野，但分辨率較低。復式顯微鏡和數(shù)碼顯微鏡采用固定光學鏡片，分辨率更高，但視野更小。如今，絕大多數(shù)用戶都利用數(shù)字成像和軟件對樣品進行測量和分析。徠卡顯微系統(tǒng)公司提供的一系列體視顯微鏡、復合顯微鏡和數(shù)碼顯微鏡以及數(shù)碼顯微鏡相機和軟件具有良好的測量顯微鏡性能。

圖 3. 上圖為 Leica A)立體顯微鏡、B)復合顯微鏡和、C)數(shù)碼顯微鏡。

需要考慮的重要因素  

要確定用于測量的顯微鏡類型，必須事先考慮一些因素:

要測量和分析的樣品類型、大小和形態(tài)（固體、液體等），以及成像所需的任何特殊考慮因素，如電氣或環(huán)境條件（溫度、濕度）

需要測量的應用

測量時必須解決的樣本特征尺寸

需要特殊的照明和對比度 [10-13] 才能清楚地看到特征

顯微鏡設(shè)置和軟件使測量變得實用，尤其是在需要多次測量的情況下

對于許多樣品類型和應用，無論是檢測、質(zhì)量控制、故障分析還是 R&D，顯微鏡的易用性、多功能性和靈活性都至關(guān)重要。用戶友好的設(shè)置和可定制的界面降低了復雜性，最大限度地減少了測量誤差，并縮短了學習軟件的時間。測量顯微鏡易于使用、用途廣泛且靈活，可提高用戶在測量時的舒適度和效率，從而獲得準確可靠的數(shù)據(jù)。

顯微鏡在分辨率、照明和樣品定位方面的性能也很重要。分辨率、照明度和對比度應使所關(guān)注的樣本特征尺寸易于分辨并清晰可見。要對樣品進行定位測量，可能需要一個具有高精度水平和垂直（x、y 和 z）調(diào)整功能的平臺，以確保對特征和結(jié)構(gòu)進行準確可靠的測量。

顯微鏡校準對于可靠和精確的測量至關(guān)重要 [14]。在顯微鏡安裝完成后，最初應使用參照物或標準進行校準，然后定期檢查。這對獲取可靠數(shù)據(jù)和遵守標準非常重要。

測量顯微鏡示例

徠卡測量顯微鏡為各行業(yè)和科學領(lǐng)域提供精確、可靠、高效的檢測、質(zhì)量控制、故障分析和研發(fā)&D 解決方案，適用于以下情況。

基本的 2D 測量  

如果只需要進行基本的二維測量，例如樣品特征和結(jié)構(gòu)的尺寸、特征或結(jié)構(gòu)之間的距離、相交結(jié)構(gòu)之間的角度或各種幾何形狀的面積，那么使用 Enersight 軟件的徠卡顯微鏡就是最佳解決方案（參見圖 4）。它甚至可以在沒有電腦的情況下進行操作。

圖 4. 配備 LAS X 的徠卡測量顯微鏡，用于分析鋼合金的自動測量。

自動測量  

在某些情況下，自動測量是實用的方法，因此，使用LAS X 軟件，配備自動光學鏡組、平臺和色譜柱設(shè)置的徠卡顯微鏡是好選擇（參見圖 6）。

自動顯微鏡解決方案簡化了樣品測量和分析過程，減少了用戶干預和工作量，降低了誤差，同時提高了結(jié)果的可重復性和工作流程效率。它尤其適用于需要對復雜樣品進行高通量重復分析的工業(yè)和研究應用，例如對晶粒、相和夾雜物進行金屬合金微觀結(jié)構(gòu)分析。

圖 5. 配備 LAS X 的徠卡測量顯微鏡，用于分析鋼合金的自動測量。