無微不察：三星堆考古光學(xué)儀器(一)

三星堆·四川

時(shí)隔幾十年后，我國考古專家們再次啟動了三星堆遺址挖掘工作，瞬間吸引了全世界的目光。

與上次考古挖掘工作相比，這次的發(fā)掘活動不僅引入了直播、引起了網(wǎng)民的狂歡，同時(shí)還使用了很多高科技手段，文物在被發(fā)掘后的第一時(shí)間就能夠進(jìn)行初步的探測和觀察，大大提高了考古工作的科技含量。有心的觀眾朋友可能發(fā)現(xiàn)了，發(fā)掘現(xiàn)場有一臺設(shè)備使用非常頻繁，那就是“超景深顯微鏡”。

“顯微鏡”是大家熟悉的光學(xué)設(shè)備，可以通過無損、非接觸的方式采集高精度光學(xué)信息。不過大家記憶中平時(shí)用到的顯微鏡基本都是這樣：

很顯然，與直播中專家使用的“超景深顯微鏡”看起來差異還是挺大的：

外觀上來看，普通顯微鏡與超景深顯微鏡最大的區(qū)別就是物鏡的數(shù)目。

我們?nèi)粘Ｊ褂玫娘@微鏡要配備很多個(gè)物鏡，放大倍率從低倍(如4x)到高倍(如100x)不等。一般情況下我們的使用步驟是，先在低倍鏡下尋找到要觀察的目標(biāo)區(qū)域、調(diào)整清晰，然后旋轉(zhuǎn)物鏡旋轉(zhuǎn)盤，依次從低倍逐漸切換為高倍，分別進(jìn)行觀察。之所以要從低到高切換物鏡，而不是直接使用高倍物鏡，一方面是因?yàn)楦弑段镧R下觀察視野非常小，很難直接找到合適的目標(biāo)區(qū)域;另一方面則是因?yàn)楦弑段镧R的工作距一般都非常短，要是觀察的物體表面高低起伏，那么在移動物體尋找觀察區(qū)域的過程中，物體很可能會撞上物鏡，既可能損傷物鏡，也可能會損傷物體本身。

用過顯微鏡的朋友可能都曾經(jīng)遇到過一種情況，當(dāng)我們把鏡頭切換到高倍鏡時(shí)，會發(fā)現(xiàn)物體上下移動一丁點(diǎn)，圖像就不清晰了。這是因?yàn)橐话泔@微鏡的物鏡景深非常淺。什么叫“景深”呢?就是指鏡頭能夠清晰成像的深度。

這臺“超景深顯微鏡”就不一樣了，別看它沒有那么多從低倍到高倍的鏡頭，從上到下就只有直溜溜的一個(gè)物鏡，但這個(gè)物鏡很不一般，它的景深遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通顯微鏡的鏡頭，能夠?qū)荛L一段距離內(nèi)的物體清晰成像。

除此之外，超景深顯微鏡的物鏡還有一個(gè)非常強(qiáng)大的功能，那就是可以實(shí)現(xiàn)放大倍率從幾倍到幾千倍之間連續(xù)變化!能夠?qū)崿F(xiàn)如此強(qiáng)大變倍功能的秘訣，就是物鏡中的光學(xué)變焦系統(tǒng)。物鏡中有一個(gè)(或者一部分)光學(xué)鏡片可以在一定范圍內(nèi)上下移動，從而實(shí)現(xiàn)整體物鏡系統(tǒng)的倍率變化。

倍率連續(xù)變化的特性使得超景深顯微鏡使用起來非常方便(尤其對不透明物體的觀察)，結(jié)合精確控制的機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)和超景深拍攝特性，超景深顯微鏡可以通過連續(xù)拍攝、拼接融合的方式，對物體實(shí)現(xiàn)大范圍高精度成像，甚至能夠在計(jì)算機(jī)中重構(gòu)出物體的3D結(jié)構(gòu)。

因此通過超景深顯微鏡，科研人員可以在文物被發(fā)掘出的第一時(shí)間，對文物表面進(jìn)行觀察和三維建模，進(jìn)行相關(guān)分析。

隨著科技手段日新月異的發(fā)展，相信未來更多先進(jìn)的光學(xué)儀器可以被應(yīng)用到考古的一線工作中，成為文物工作者手中的科研利器。

(本文部分圖片來自于基恩士公司超景深顯微鏡相關(guān)資料)