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掃描電鏡的放大倍數(shù)像素大小和標尺

閱讀:19730      發(fā)布時間:2021-11-15
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  掃描電鏡的放大倍數(shù)像素大小和標尺
  顯微鏡把原先的物體放大成圖像便于我們觀察,物與像的尺寸關系可通過放大倍數(shù)來衡量。放大率或者放大倍數(shù)(Magnification),被定義為像寬度L與物寬度l的比值,即:
  M=L/l(1-1)
  在掃描電鏡中,一端是電子束在樣品表面l范圍內(nèi)掃描,另一端是信號在顯示器上顯示寬度為L的像,如圖1-2所示的對應關系。
  通常電鏡顯示器上圖像的寬度L是固定的,所以往往通過調(diào)節(jié)物的尺寸l來改變放大倍數(shù)。尺寸l越大,可以觀察到的范圍(即視場)越大,而放大倍數(shù)越小,這樣利于觀察樣品的全貌;尺寸l越小,視場就越小,而放大倍數(shù)就越大,這樣利于觀察特征的細節(jié)。掃描電鏡可以非常方便地在大視場和高倍率之間切換,即能在中低倍下觀察樣品的整體情況,又能在高倍下觀察細節(jié)特征。
  根據(jù)式(1-1),增加L或降低l,放大倍數(shù)理論上可以無限大。但是考慮到樣品特征和掃描電鏡的分辨能力,l存在下限。超出樣品細節(jié)特征和設備分辨能力,過大的放大倍數(shù)只能導致視場狹小且特征模糊。
  也反映了物與像在像素上的對應。對于掃描電鏡而言,不僅在樣品上的掃描寬度跟圖像的顯示寬度存在放大倍數(shù)M的關系,在樣品像素l物和圖像像素L像的大小上也存在放大倍數(shù)M的對應,其對應關系為:
  l物=L像/M(1-2)
  如一張圖像的大小為20cm20cm,圖像尺寸是20002000,那么圖像上每個像素大小L像為20cm/2000=100μm,根據(jù)式1-2,當放大倍數(shù)為2000時,在樣品上對應的像素大小l物為100μm/2000=50nm。
  隨著放大倍數(shù)的增加,樣品像素大小急劇減小。在100萬放大倍數(shù)下,樣品像素已經(jīng)小于電鏡分辨率的極限(目前*好的商用掃描電鏡分辨率約為0.4nm),必然會出現(xiàn)虛放大。所以,在很高的放大倍數(shù)下,樣品像素急劇變小,加上后續(xù)提到束斑尺寸和信號作用區(qū)的限制,受限于掃描電鏡分辨能力和樣品本身特征,圖像會變得模糊。
  對圖像細節(jié)的反映,除了考慮電鏡的分辨率外,還要考慮像素大小。如圖1-2b所示,假設物為一個圓,對于像而言,較多的像素方能顯示出細節(jié)、顏色過渡和層次感。所以還應該根據(jù)特征的尺寸設置放大倍數(shù)和像素尺寸。在高分辨成像時,應使樣品像素約為預期的分辨率極限的三分之一或二分之一,從而使*小細節(jié)的顯示不受顯示的圖像像素大小的限制。
  需要注意的是,電鏡廠家對放大倍數(shù)的定義存在差異:一種定義把L設定為12.7cm(早期沖洗照片的寬度),被稱為照片放大率(Photomagnification);另一種定義把L設定為顯示器上圖像的大小,被稱為屏幕放大率(Displaymagnification)。對同一物寬度l,兩種放大倍數(shù)顯然會存在不一致。如今的LCD顯示器尺寸大于12.7cm,所以后一種定義的倍率數(shù)值較大。
  另外,對原圖像的顯示和處理會導致放大倍數(shù)變化,比如對圖像進行分割或放大。就如地圖要標識比例尺一樣,電鏡照片中也要有標尺(Scalebar或者Minimarker),如圖1-1b所示,標尺隨著圖像縮放,也有測量功能。因此,不同電鏡圖像間的尺寸比對應以標尺為參照,而不是單純通過放大倍數(shù)進行比較。

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