电镜的图像分辨力与像素

图像的几何分辨力是扫描电镜中最重要的性能指标，对成像而言，它是指能清楚地分辨、识别图像中两个特征点之间的最小间距。这主要取决于入射电子束的束斑直径和束流密度，因只有在足够大的束流密度下，才能采用尽可能小的束斑，在保证信噪比的前提下，电子束的直径越小，其分辨能力越高。但图像能分辨的间距并不等于入射束的最小直径，因为入射电子束与试样相互作用时除了前面讨论的各种像差带来的影响之外，还会使入射束在试样激发作用区内的有效激发范围略大于入射束的直径。但电子束斑直径越小，信噪比也会越差。为了改善小束斑的信噪比，必须提高束流密度，要提高束流密度必须提高阴极电子源的亮度，即增大发射束的束流密度。为此，电镜的电子枪阴极就从最初的钨阴极发展到六硼化镧，再发展到场发射阴极，总的目的都是为了尽量提高入射束的电流密度。

俄歇和二次电子因其本身能量较低及平均自由程很短，只能来自试样的表面层。因入射电子束刚进入亚表面层时，尚未明显地朝横向扩展幵来，可以认为在试样上方检测到的俄歇和二次电子主要来自于与入射束斑直径相当的微小圆柱体内， 所以它们所形成的电子像分辨力最好。

高能入射电子照射在试样上，试样表面受激发除了产生出俄歇和二次电子之外，还有其他多种物理信号，若把这些信号分别釆集、放大之后用来作为调制荧屏亮度的输入信号，则其各自所成的相应图像的分辨力也就有所不同。当入射电子进 入试样表面以下的部位越深，它们的横向扩展越明显，激发区域就会变得越大，其所成的图像分辨力也就会越差。从试样较深处激发出来的背散射电子的能量较高，它们横向扩展后的作用体积大小基本上就是背散射电子的成像最小单元，所以背散射电子像的分辨力约与二次电子像的分辨力相差2.5〜5倍，在超轻元素中甚至超过 5倍；吸收试样电流像和阴极荧光像的分辨力比二次电子像的分辨力一般分别相差 2和3个数量级。总之，扫描电镜的分辨力除了受入射电子束斑直径和束流密度的大小、各种像差，以及调制信号的类型影响之外，还受到被测试样自身的化学组分和电镜间杂散磁场、机械振动等因素的影响。组成试样的原子序数越小，同能量的电子进入试样内部的扩展范围就越大，所以其几何分辨力也就越差；组成试样的原子序数越大，密度也大，同能量的电子进入试样内部的横向扩展范围越小，因而其 几何分辨力也就越髙。磁场的存在会影响二次电子的运动轨迹，也会降低图像质 量；机械振动和噪声干扰也都会引起电子束斑的移动和试样的颤动，使之出现扫描线重复或图像扭曲、变形、边界模糊等现象，这些外来的干扰因素都会影响和降低图像的几何分辨力。

另外，在釆集图像时选择合适的扫描行数也很重要，扫描行数的多少决定着所组成的照片像素点的多少。像素点选得太少会直接降低图像的像素分辨率；像素点选多了，理论上可提高图像的像素分辨力，但实际上也不见得能改善图像的几何分辨力。因在釆集图像时，为了提高信噪比都会釆用慢扫描，这时试样的导电性和电子线路的热稳定性就显得很重要。因在慢扫描采集图像时难免会存在电子线路中工作点不稳定和试样的导电性不是很理想等问题引起的图像漂移，若选择的扫描行数太多，可能会出现扫描线之间的行与行交叠或重复，这样反而会导致图像的实际分辨力下降。若所釆集的图像仅用于分析报告或发表在论文中，一般选用640x480的像素就可以，若选用1024x768或1280x960的像素那就足够了。若所釆集的图像还要放大用于制作展示牌或宣传广告等用途，则在釆集图片时扫描的行数还应加倍。当然，这要根据所用电镜的计算机图像处理单元的格式来定，所以说有的电镜最高f 像素可达6k*4k，但为改善图像清晰度和分辨力，不要盲目追求增加扫描线的行数，也就是说，在釆集扫描电镜的图像时，过度增加扫描行数并不一定能真正提高图像的几何分辨力，这一点和日常中用照相机照相还是有所不同。