x=0.87(2/cg)14 (1-8) 时，可分辨的最小间距为 4mia=1.32(ca入81/4 (19) 例如，加速电压100kV下，元-0.037A,知球差系数c一1mnm, a=6.8×10-8弧度，这时分辨极限可达6.3A。由(1-8)式H 知，若物镜球差系数较小，就允许有铰大的孔径角。“售一般在 10-3~10一8弧度之间，设计良好的物镜，：可接近10-2弧度，较 差的物镜接近10-3弧度。 以上只是从理论上分析影响物镜分辨本领的因素，而实际上 影响分辨本领的因素尚有很多，例如色差、象散、合轴调整、漂移、 污染等都是。 消除轴上色差，要求电源有较高的稳定性（达到10~6量级水 平)，目前的捌造工艺水平已能做到这一点。至于轴外色差，它与 物点到轴的距离成正比，因此应进行严格的合轴调整。但是，由于 杂散磁场存在，不太可能使电压中心与电流中心完全相重合，两者 难免相差几个微米。为了减小轴外色差的影响，可使物镜与投影 镜线圈的极性相反，以取得互相补偿的效果。 文献[3]指出，如果要求总分辨本领达到4A,则前面提到的 各因素单项引起的象点弥散不得超过2A。而要求象散也达到这 一点，则因象散引起的失焦量不得大0.018w,这在目前还是 难于办到的。因为无论从极靴的加工精度及其所用的磁性材料均 匀性来说，都满足不了这个要求。解决这个问题的途径是采用消 象散器（机械的或电磁的）进行矫正。 除色差、象散以外，另一不可忽视的因素是象的漂移。其来 源，或者由于试样的热漂移，或者由于试样台机械稳定性不好。采 用双会聚镜照明系统，使试样照射面积缩小，电子束能量减弱，有 助于控制试样温度升高，对防止热漂移是有好处的。此外在试样 室安装冷却装置，也有明显效果，既可诚弱热漂移，也可防止污染。 为了改善试样台机械不稳定性，除设计合理、提高部件加工精度 外，近来一些电镜设计成拍照时能自动停止机械泵工作，这对获得 -12， PDF文件使用"pdfFactory Pro"试用版本创建www,fineprint.cn
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高分辨率照片有亚者作用。 2.放大倍数 电子显微镜的任一透镜，都满足下述关系： +名-子 a bM (1-10) f-48.4(E/(NI))·dF(S,R,B) 式中：口为物距；五为象距；f为透镜焦距；M为放大倍数：E,为决定 速度的电位；NI为透镜线圈的安匝数；d为透镜线圈的平均直径； 至为与透镜结构尺寸有关的函数。(1-10)式中前两式是人们热知 的几何光学公式，第三个式子是Liebman根据实验结果归纳出来 的经验公式，反映了透镜焦距与透镜参数（安匝数、极靴几何尺寸） 及加速电压之间的关系。从这组公式不难看出：当透镜设计好以 后，它的放大倍数，相应于一定加速电压和透镜励磁电流，就被确 定了；反过来，根据一定放大倍数的要求，也可以设计透镜的几何 参数和电器参数。 任一电子显微镜的总的放大倍数是由各级透镜分别承担的， 即 社益=让物统义M中面德X社牧张演 (1-11) 总的放大倍数决定于对电镜的分辨本领设计要求。设要求电 镜具有分辨本领为D,人眼的分辨本领为丑，则电镜所应具有的总 放大倍数为： M益二/D (1-12) 例如，设D为6A,丑取0.1mm即108A,则总放大倍数为200000 倍；若取0.25mm,则应不小于500000倍。 “般成象系统共包括物镜、中间镜、投影镜，至于每级透镜的 个数，则决定于所要求的最大电子光学放大倍数和对电镜功能土 (如考虑衍射功能的改进)的要求。近代高性能电镜如EM-400 JE1M-2000X,都采用了物镜-双中间镜-双投影镜的成象系统，较 ·13· PDF文件使用"pdfFactory Pro"试用版本创建www,fineprint.cn
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之早册的三透镜成象系统，具有更优越的性能。 物镜和批毖镜的放大倍数，通常为每级100倍左右；每级中间 镜的放大倍数则在0~20倍之间，它由中间镜的励磁电流控制总 放大倍数。当改变中间镜电流使其放大倍数改变时，为了使物镜 的第一个实象准确落在中间镜物面上，需要改变物镜电流以调整 焦距，称为“聚焦”。近年来，有些电镜如红-800已设计了先进的 统调系统，利用电子计算机对加速电压、放大倍数（由中间镜控制） 和物镜聚焦的协同配合，自动选择最佳参数，实现统调，大大提高 了工作效率，也改善了成象质量。 (二)成象系统设计 1.物镜 在电镜成象系统中，物镜占有头等重要地位。由于物镜设计 不周带来的任何缺陷，都将被随后多级中问镜和投影镜所放大。为 了获得高分辨本领，物镜通常设计成短焦距磁透镜。物镜的关键 部件是极靴，其重要性在§1-2已有讨论。近代电镜由于往往还需 要安装多种试验装置，如拉伸、加热、冷却、磁场屏蔽等，要求试样 室有足够大的活动空间，这给设计上带来很大困推。一个能够在 任意方向平移和倾斜的试样支架，是十分重要的。设计满足各种 工作要求的高精度试样台，已成为电镜设计家们最感兴趣的课题 之一。在河镜的后焦面.上设有各种尺寸（如中30也m、50m,70 wm等)的物镜光栏，以挡住散射电子，提高象的衬度。为了提高 分辨本领，有的电镜还安装有“拎指”，这是一种降温装置，作为防 止污染的措施。 由于物镜在电镜中，承担着给出第一个放大象和行射谱的任 务，所以电镜的分辨本领，实际上主要取决于物镜的分辨本领。而 物镜的分辨本领，又取决于极靴的设计和性能。 2.中间镜 中间镜是长焦距弱磁透镜，其极靴内孔直径较物镜极靴内孔 直径大得多。它的作用是将物镜给出的第一次放大象或衍射谱放 大，并使之成象在投影镜的物面上。中间镜的放大作用是通过调 。14。 PDF文件使用"pdfFactory Pro"试用版本创建www,fineprint.cn
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节巾词镜电布的大小来实现。有的电镜已将不同班速电蓝下的 中阁地流三转换成放大倍数，显示在指定屏幕上，或绘刷戚电说 -放大竹数对照表备查。 :弱中间镜电流，其会聚本领将威弱。如象距不变，物距就应 日 加大，即中间镜物面将向物镜方向移动，放大倍数随之变小。这时 应适当泻勿镜电识，使其象平面与新的中间镜物平面重合。这 就是说物镜的放大倍数也威小了，从而总的放大倍数变小，是为 低倍放大。 进一步减弱中间镜电流，中间镜：面将与物镜后焦面相重，这 时放大的是湖镜后焦面：的第一…次衍射谱，而该中间镜电流位置 就是超常电上的衍射位罪（常标有“Diffraotion”字样）。从此位 肾适当大也流，宁问阿符落在与该后熊面衍射谱相对应的 物镜象面.，放大的是对衍谱有贡献的物象，是为衍射象位置。 由此不璀得进选区域衍树的正确操作程序是： ()在衍对象拉凳处聚焦：吻象，并用选区视场光栏将感兴趣 的区域图住（在加视场北栏前，拍按所需照片）； (2)节中间镜电流（电篱上设有衔定旋缸），使视场光栏正 确聚焦（过缘明锐），中间镜糊面与视场光栏平面相重合； (3)将中间镜电流旋钮倒向衍射位置，猫出物镜光栏，即可在 荧光踩土得到放大的衍射谱，这就是与视场光栏所围区域相对应 的质结构信息。为使衍射谱花样（环或斑点）明锐，可适当微调 中间镜电流（电镜上也有专门旋钮），使中问镜物面完全与物镜后 焦面相重合。注意此过程中物镜电流不能变动，否则衍射花样反 映的信息将不能与造物象区域严格对应： (4)“谢清以前，应减弱二会聚镜电流，使入射束散 焦，这样进一步缩小光斑，有别于显示弱斑点。这样做对拍摄显 微象也有好处，它有利于显示铆书并提高象的衬度。 关选区域电子衍射的丝性，以及如何提高精确度等问题， 将在§3-2中再行讨论。 3.投影镜 ·15· PDF文件使用"pdfFactory Pro"试用版本创建www,fineprint.cn
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成象系统的最后一级是投影镜。投影镜也与物镜一样是个强 励磁透镜。极靴因内部无需安置其它部件，内径可以做得很小，投 影镜放大倍数比物镜略大。为减少象差，投影镜总是在面定励磁 电流下正（低倍放大时例外），所以它的放大倍数是固定的。由 咖成象雄子束，进入投影镜时孔径角很小，所以投影镜物空 间的景深刑象空间的焦源都很大，这就使得在改变中间镜电流以 变更放大倍数时，无须改变投影镜电流，仍能保持图象清晰。投影 镜在低倍时晴菠被天，但可以利用可调的中间镜，产生负畸变，使 胜影党沁正骑变得到柑当程度的补偿。解快这个问题的另一 途径是置兀个不同内径的极靴，实验时，根据不同工作放大倍 数，分别予以选用。如在低倍率时，可选用内径为10~20毫米的 极靴；高倍郭时，可选用内径为12毫米的小孔径极靴。 三、观察和记录系统 前已提到投影镜的景深和焦深都很大，因此在荧光屏下面数 厘米甚至更远处，成象都是清晰的。移动底片位置，仅改变象的大 小，并不影响清晰度。荧光屏上涂有在电子轰击下发出荧光的物 质。对荧光物质的要求是发光效率高，颗粒度小(100微米甚至更 小)，光色柔种（近年电镜荧光屏多发绿色）。一般照明底片的乳 胶，颗粒更细，因此获得更高的分辨率。在观察窗外备有长工作距 离的双管显微镜，其放大率为5~10倍。为诚少光的损失，双简显 微镜的物镜设计得比较大。拍摄图象采用玻璃底片或软片均可。 为了进行动态观察，记采实验中的变化过程（例如固体材料中 位错及其它晶体缺陷的运动过程和交互作用)，有些电镜还配有专 门电影拍装置。近几年来，若干国家的电镜工作者，已成功地拍 摄了位错运动、在热作用下单个原·了振动并聚集成原子团的引人 入胜的影片。它为晶体缺陷、原子热振动的理论推测，提供了直接 证据。 为便于实验时容纳更多人进行现场观察，有的电镜附有电视 观察设备。它由图象增强：器、摄象和接收装置组成，将图象引至电 视接收机中，可在附近房间内，让更多人同时进行观察。 t16 DF文件使用"pdfFactory Pro”试用版本创建www.fineprint.cn
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