掃描電鏡的放大倍數(shù)像素大小和標(biāo)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(guān)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(hào)在顯示器上顯示寬度為L(zhǎng)的像，如圖1-2所示的對(duì)應(yīng)關(guān)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(chǎng))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(chǎng)就越小，而放大倍數(shù)就越大，這樣利于觀察特征的細(xì)節(jié)。掃描電鏡可以非常方便地在大視場(chǎng)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(xì)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(xì)節(jié)特征和設(shè)備分辨能力，過大的放大倍數(shù)只能導(dǎo)致視場(chǎng)狹小且特征模糊。

　　也反映了物與像在像素上的對(duì)應(yīng)。對(duì)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(guān)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(duì)應(yīng)，其對(duì)應(yīng)關(guān)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(gè)像素大小L像為20cm/2000=100μm，根據(jù)式1-2，當(dāng)放大倍數(shù)為2000時(shí)，在樣品上對(duì)應(yīng)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(huì)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(hào)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(huì)變得模糊。

　　對(duì)圖像細(xì)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(shè)物為一個(gè)圓，對(duì)于像而言，較多的像素方能顯示出細(xì)節(jié)、顏色過渡和層次感。所以還應(yīng)該根據(jù)特征的尺寸設(shè)置放大倍數(shù)和像素尺寸。在高分辨成像時(shí)，應(yīng)使樣品像素約為預(yù)期的分辨率極限的三分之一或二分之一，從而使*小細(xì)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(duì)放大倍數(shù)的定義存在差異：一種定義把L設(shè)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(shè)定為顯示器上圖像的大小，被稱為屏幕放大率(Displaymagnification)。對(duì)同一物寬度l，兩種放大倍數(shù)顯然會(huì)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(duì)原圖像的顯示和處理會(huì)導(dǎo)致放大倍數(shù)變化，比如對(duì)圖像進(jìn)行分割或放大。就如地圖要標(biāo)識(shí)比例尺一樣，電鏡照片中也要有標(biāo)尺(Scalebar或者M(jìn)inimarker)，如圖1-1b所示，標(biāo)尺隨著圖像縮放，也有測(cè)量功能。因此，不同電鏡圖像間的尺寸比對(duì)應(yīng)以標(biāo)尺為參照，而不是單純通過放大倍數(shù)進(jìn)行比較。