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扫描电镜的放大倍数像素大小和标尺

点击次数:175 发布时间:2021-11-15

  扫描电镜的放大倍数像素大小和标尺
  显微镜把原先的物体放大成图像便于我们观察,物与像的尺寸关系可通过放大倍数来衡量。放大率或者放大倍数(Magnification),被定义为像宽度L与物宽度l的比值,即:
  M=L/l(1-1)
  在扫描电镜中,一端是电子束在样品表面l范围内扫描,另一端是信号在显示器上显示宽度为L的像,如图1-2所示的对应关系。
  通常电镜显示器上图像的宽度L是固定的,所以往往通过调节物的尺寸l来改变放大倍数。尺寸l越大,可以观察到的范围(即视场)越大,而放大倍数越小,这样利于观察样品的全貌;尺寸l越小,视场就越小,而放大倍数就越大,这样利于观察特征的细节。扫描电镜可以非常方便地在大视场和高倍率之间切换,即能在中低倍下观察样品的整体情况,又能在高倍下观察细节特征。
  根据式(1-1),增加L或降低l,放大倍数理论上可以无限大。但是考虑到样品特征和扫描电镜的分辨能力,l存在下限。超出样品细节特征和设备分辨能力,过大的放大倍数只能导致视场狭小且特征模糊。
  也反映了物与像在像素上的对应。对于扫描电镜而言,不仅在样品上的扫描宽度跟图像的显示宽度存在放大倍数M的关系,在样品像素l物和图像像素L像的大小上也存在放大倍数M的对应,其对应关系为:
  l物=L像/M(1-2)
  如一张图像的大小为20cm20cm,图像尺寸是20002000,那么图像上每个像素大小L像为20cm/2000=100μm,根据式1-2,当放大倍数为2000时,在样品上对应的像素大小l物为100μm/2000=50nm。
  随着放大倍数的增加,样品像素大小急剧减小。在100万放大倍数下,样品像素已经小于电镜分辨率的极限(目前*好的商用扫描电镜分辨率约为0.4nm),必然会出现虚放大。所以,在很高的放大倍数下,样品像素急剧变小,加上后续提到束斑尺寸和信号作用区的限制,受限于扫描电镜分辨能力和样品本身特征,图像会变得模糊。
  对图像细节的反映,除了考虑电镜的分辨率外,还要考虑像素大小。如图1-2b所示,假设物为一个圆,对于像而言,较多的像素方能显示出细节、颜色过渡和层次感。所以还应该根据特征的尺寸设置放大倍数和像素尺寸。在高分辨成像时,应使样品像素约为预期的分辨率极限的三分之一或二分之一,从而使*小细节的显示不受显示的图像像素大小的限制。
  需要注意的是,电镜厂家对放大倍数的定义存在差异:一种定义把L设定为12.7cm(早期冲洗照片的宽度),被称为照片放大率(Photomagnification);另一种定义把L设定为显示器上图像的大小,被称为屏幕放大率(Displaymagnification)。对同一物宽度l,两种放大倍数显然会存在不一致。如今的LCD显示器尺寸大于12.7cm,所以后一种定义的倍率数值较大。
  另外,对原图像的显示和处理会导致放大倍数变化,比如对图像进行分割或放大。就如地图要标识比例尺一样,电镜照片中也要有标尺(Scalebar或者Minimarker),如图1-1b所示,标尺随着图像缩放,也有测量功能。因此,不同电镜图像间的尺寸比对应以标尺为参照,而不是单纯通过放大倍数进行比较。

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