主题：【求助】关于放大倍率，有效放大倍率，像元的问题，请教各位前辈

难道此论坛已无高手？？？跪求解答啊。。。在线等，谢谢！

原文由 sky200115 发表:
小弟刚接触电镜不久，看书后有很多疑惑一直无法得到解答，自己百思也不得其解。希望各位前辈能够在此传师授道解惑也。
1，有效放大倍率的概念？我看书上写是 人眼分辨率比上机器分辨率。这样的话3nm分辨率钨灯丝扫描电镜，那么比出来的倍率就是大概7万倍。 但是为什么各厂家的指标都不是这么多？？而是30万倍到100万倍的都有。
2，放大倍率，书上放大倍率的概念是 显示器上实际大小比上样品扫描大小。请问这个和有效放大倍率有什么区别？？
3，像元的概念，书上是有个公式 100/M放大倍数  并且给到一个束斑孔径的关系。 像元根据计算能得出大概 10万倍的放大倍数，像元就是1nm了，这样远远小于束斑孔径，所以10万倍以上的相片是没有意义的。。这是书上讲的， 这里的疑惑是 这里的放大倍数能达到10万倍但是没有意义和 上面所讲的两个放大倍数的概念有什么区别？？？？

充满疑问，希望各位前辈能够指点迷津。。。。详细的给出解答！！

初级理论问题！
30 万倍 或 100万倍是仪器的放大倍率概念！也就是电子光学系统和扫描成像系统能够理想配合的极限！具体图像放大倍数有效还是无效和电子枪有关！
钨灯丝电子枪标准分辨率样品有效放大倍数大概10万倍
六硼化镧电子枪有效放大倍数可能要到20万倍（一般钨灯丝电镜可选）
场发射电子枪有效放大倍数还要高也许50万倍！

  有效放大的含义是图像清晰可辨，否则无效！这里边有个关键概念，像素--也就是楼主所谓象元。像素是指最终电子束斑和样品相互作用发射有用新号的作用区域的面积，用这个作用区域的面积来编址样品扫描区域，相邻的作用区域不能重合，理论上最好相切。
  现在计算100nm放大10万倍=10mm，在这10毫米中，人肉眼可分辨的尺寸是0.2毫米，也就是10mm/50；那么为了得到0.2mm的像，像素直径最大不能超过100nm/50=2nm。换句话说，最终电子束斑尺寸要小于2nm，如果计算上电子光学系统的像差那么最终电子束斑尺寸可能要小于1.5nm。到这里就出现了比较有意思的情况：1.5nm的最终束斑能否有效激发样品信号?(一般有效成像的信噪比大于5) 这需要深入了解电子光学理论中的两个重要关系式：1、亮度公式2、阈电流公式！ 通过理论计算得出的极限有效最小束斑尺寸！
  在这种条件下成像如果能够真正找到0.2mm的清晰尺度，那么现在的电镜分辨率是2nm，一般钨灯丝很难的找到，但可能找到0.3mm的像，那么分辨率就是3nm。
  对于钨灯丝电镜来说3nm分辨率是目前人类制作的极限！

2009-6-23
小弟刚接触电镜不久，看书后有很多疑惑一直无法得到解答，自己百思也不得其解。希望各位前辈能够在此传师授道解惑也。
1，有效放大倍率的概念？我看书上写是 人眼分辨率比上机器分辨率。这样的话3nm分辨率钨灯丝扫描电镜，那么比出来的倍率就是大概7万倍。 但是为什么各厂家的指标都不是这么多？？而是30万倍到100万倍的都有。
（回答：这个计算出来的就是有效放大倍率。按人眼分辨率0.2mm计算大概7万倍。代理商更喜欢用0.3mm，计算的有效放大倍率是10万倍。如果束斑直径是1.0nm（蔡司扫描电镜型号SUPRA 55），按人眼分辨率0.2mm计算有效放大倍率大概20万倍。按人眼分辨率0.3mm计算，有效放大倍率300000倍。而厂家标称得是90万倍。超过有效放大倍率观察形貌，取决于个人的舒适感。目前，没有出现过有效放大率100万倍的扫描电镜，如果包括虚像放大可以到100万倍）
2，放大倍率，书上放大倍率的概念是 显示器上实际大小比上样品扫描大小。请问这个和有效放大倍率有什么区别？？
（回答：这是计算放大倍率的方法，表示当前的放大倍率。计算结果不会改变有效放大倍率）
3，像元的概念，书上是有个公式 100/M放大倍数 并且给到一个束斑孔径的关系。 像元根据计算能得出大概 10万倍的放大倍数，像元就是1nm了，这样远远小于束斑孔径，所以10万倍以上的相片是没有意义的。。这是书上讲的， 这里的疑惑是 这里的放大倍数能达到10万倍但是没有意义和 上面所讲的两个放大倍数的概念有什么区别？？？？
这第三点现在很少讨论到，说的是显示器分辨率与像元(扫描取样的最小单元)的关系。显示器分辨率比人眼分辨率高。例如是0.1mm（100μm）。如果我们希望有效放大倍数为100000倍，这时与其相对应的样品中的像元尺寸为0.1mm/100000=1nm。也就是束斑大小要达到1nm。假设束斑尺寸也是1nm，这时100000倍是有效的。但若现在束斑是2nm，则在显示器上100000倍无效。现在样品上的2nm范围内的图像在显示器的0.1mm像素上成像。因此50000倍有效。
以上所说的是显示器。由于人眼的分辨率是0.2mm，我们总是同一时刻观察到融为一体的2个像素，同一时刻相对于样品上像元尺寸为2nm，放大倍率100000有效。同一时刻相对于样品上像元尺寸为1nm，放大倍率200000有效。我们就用这个公式计算有效放大倍率：人眼的分辨率0.2mm÷束斑直径。所以我觉得可以不讨论像元的概念。

原文由 srd2009 发表:

原文由 sky200115 发表:
小弟刚接触电镜不久，看书后有很多疑惑一直无法得到解答，自己百思也不得其解。希望各位前辈能够在此传师授道解惑也。
1，有效放大倍率的概念？我看书上写是 人眼分辨率比上机器分辨率。这样的话3nm分辨率钨灯丝扫描电镜，那么比出来的倍率就是大概7万倍。 但是为什么各厂家的指标都不是这么多？？而是30万倍到100万倍的都有。
2，放大倍率，书上放大倍率的概念是 显示器上实际大小比上样品扫描大小。请问这个和有效放大倍率有什么区别？？
3，像元的概念，书上是有个公式 100/M放大倍数  并且给到一个束斑孔径的关系。 像元根据计算能得出大概 10万倍的放大倍数，像元就是1nm了，这样远远小于束斑孔径，所以10万倍以上的相片是没有意义的。。这是书上讲的， 这里的疑惑是 这里的放大倍数能达到10万倍但是没有意义和 上面所讲的两个放大倍数的概念有什么区别？？？？

充满疑问，希望各位前辈能够指点迷津。。。。详细的给出解答！！

初级理论问题！
30 万倍 或 100万倍是仪器的放大倍率概念！也就是电子光学系统和扫描成像系统能够理想配合的极限！具体图像放大倍数有效还是无效和电子枪有关！
钨灯丝电子枪标准分辨率样品有效放大倍数大概10万倍
六硼化镧电子枪有效放大倍数可能要到20万倍（一般钨灯丝电镜可选）
场发射电子枪有效放大倍数还要高也许50万倍！

  有效放大的含义是图像清晰可辨，否则无效！这里边有个关键概念，像素--也就是楼主所谓象元。像素是指最终电子束斑和样品相互作用发射有用新号的作用区域的面积，用这个作用区域的面积来编址样品扫描区域，相邻的作用区域不能重合，理论上最好相切。
  现在计算100nm放大10万倍=10mm，在这10毫米中，人肉眼可分辨的尺寸是0.2毫米，也就是10mm/50；那么为了得到0.2mm的像，像素直径最大不能超过100nm/50=2nm。换句话说，最终电子束斑尺寸要小于2nm，如果计算上电子光学系统的像差那么最终电子束斑尺寸可能要小于1.5nm。到这里就出现了比较有意思的情况：1.5nm的最终束斑能否有效激发样品信号?(一般有效成像的信噪比大于5) 这需要深入了解电子光学理论中的两个重要关系式：1、亮度公式2、阈电流公式！ 通过理论计算得出的极限有效最小束斑尺寸！
  在这种条件下成像如果能够真正找到0.2mm的清晰尺度，那么现在的电镜分辨率是2nm，一般钨灯丝很难的找到，但可能找到0.3mm的像，那么分辨率就是3nm。
  对于钨灯丝电镜来说3nm分辨率是目前人类制作的极限！

非常感谢前辈给的回答。。。已经了解了你讲的像元的关系了。但有关放大倍率和有效放大倍数的概念还是混淆不清。 是不是拍照片，只能拍出有效放大倍数 之下的倍数图像出来，比如钨灯丝的10万倍，是不是只能拍出10万倍以下的图像？ 超过10万倍就拍不出来了。 那为什么厂家都标称自己的放大倍数动不动就30-100万倍这样子。
谢谢，非常感谢！

原文由 fengyonghe 发表:
2009-6-23
小弟刚接触电镜不久，看书后有很多疑惑一直无法得到解答，自己百思也不得其解。希望各位前辈能够在此传师授道解惑也。
1，有效放大倍率的概念？我看书上写是 人眼分辨率比上机器分辨率。这样的话3nm分辨率钨灯丝扫描电镜，那么比出来的倍率就是大概7万倍。 但是为什么各厂家的指标都不是这么多？？而是30万倍到100万倍的都有。
（回答：这个计算出来的就是有效放大倍率。按人眼分辨率0.2mm计算大概7万倍。代理商更喜欢用0.3mm，计算的有效放大倍率是10万倍。如果束斑直径是1.0nm（蔡司扫描电镜型号SUPRA 55），按人眼分辨率0.2mm计算有效放大倍率大概20万倍。按人眼分辨率0.3mm计算，有效放大倍率300000倍。而厂家标称得是90万倍。超过有效放大倍率观察形貌，取决于个人的舒适感。目前，没有出现过有效放大率100万倍的扫描电镜，如果包括虚像放大可以到100万倍）
2，放大倍率，书上放大倍率的概念是 显示器上实际大小比上样品扫描大小。请问这个和有效放大倍率有什么区别？？
（回答：这是计算放大倍率的方法，表示当前的放大倍率。计算结果不会改变有效放大倍率）
3，像元的概念，书上是有个公式 100/M放大倍数 并且给到一个束斑孔径的关系。 像元根据计算能得出大概 10万倍的放大倍数，像元就是1nm了，这样远远小于束斑孔径，所以10万倍以上的相片是没有意义的。这是书上讲的， 这里的疑惑是 这里的放大倍数能达到10万倍但是没有意义和 上面所讲的两个放大倍数的概念有什么区别？？？？
（回答：这是举了一个例子说明有效放大倍率。你说的“像元就是1nm了”，应该是2nm．像元大小就等于束斑尺寸。）

首先非常感谢你的解答，但是据我知道的有TESCAN的电镜，他们的钨灯丝的3NM的分辨率都说自己的放大倍数是6-100万倍。我就不太明白，这100万倍是怎么来的。谢谢。。还有为什么计算得出是30万倍，厂家就喜欢标称是90万倍，不明白

像素是2nm的最高有效放大倍数是10万倍，这是基于肉眼的分辨率0.2mm计算的。
如果像素是2nm以上，再放大到10万倍或更高，也就是100nm长度上不能连续排列50个像素，要想挤进50个像素，像素必然重叠，信号发生干涉，无论如何聚焦，图像都无法清晰，10万倍对于大于2nm像素的束斑尺寸来说，放大倍数就是无效放大！要想图像清晰，只有缩小放大倍数，也就是增大扫描区域，直到扫描的区域能够完全容纳像素的连续排列为止！

但为什么有些扫描电镜标注30万或90万倍的放大倍数呢，就连国产电镜还250000倍呢？
这个指标是实际的物理指标，是电磁透镜系统和扫描成像系统的指标，如果把钨灯丝换成六硼化镧灯丝，是可以实现物理成像的，有效放大马上可以达到20倍，而只设计成10万倍的电镜，就无法扩展。如果成像系统的噪音可以控制为零，那么电子束斑尺寸聚焦到0.1A(埃）以下，依然可以成像，理论上有效放大是1000万倍！
有人把扫描电镜的这个指标和数码放大混为一谈是不对的！
扫描电镜物理成像后，可以用投影仪无限放大，或者用更大的显示器来数码放大，都是可以的，但已经和有效放大以及分辨率无关！

好东西留名

你的问题是：首先非常感谢你的解答，但是据我知道的有TESCAN的电镜，他们的钨灯丝的3NM的分辨率都说自己的放大倍数是6-100万倍。我就不太明白，这100万倍是怎么来的。谢谢。。还有为什么计算得出是30万倍，厂家就喜欢标称是90万倍，不明白。
钨灯丝的3NM的分辨率都说自己的放大倍数是6-100万倍：100万倍是仪器的放大能力。我们首先关心的是有效放大倍率。比如，有效放大倍率是10万倍。这时图像的细节部分只有0.2—0.3毫米，观察起来比较费力。我们再增加5倍进行观察，达到了50万倍。这时细节部分大小是1-1.5毫米，看起来舒适多了。但细节内部并不出现新的信息。因此，该仪器的有效放大倍率为10万倍，虚像放大倍率100万倍。注意，过分的虚像放大不可取，会使图像锐度降低、模糊、甚至出现马赛克。
还有为什么计算得出是30万倍，厂家就喜欢标称是90万倍，不明白。：例如厂家提供如下的数据
分辨率：  1.0nm @ 15 kV
          1.7 nm @ 1 kV
          3.5nm @0.2KV
          4.0nm@0.1KV
          2.0nm @30KV(VP mode)
放大倍数：12 - 900,000x
这组数据说明有效放大倍率30万倍，虚象放大倍率90万倍。最小放大倍率12倍。30万倍和90万倍观察细节部分没有任何变化，只是图像更大而已。
我就不太明白，这100万倍是怎么来的。：现在知道了100万倍是厂家提供的最高放大倍率。
再一个是拍照片问题：在有效放大倍率范围内拍照自然是清楚的，超过有效放大倍率拍照不要使锐度有明显降低为原则。否则看起来就有些模糊。

3，像元的概念，书上是有个公式 100/M放大倍数 并且给到一个束斑孔径的关系。 像元根据计算能得出大概 10万倍的放大倍数，像元就是1nm了，这样远远小于束斑孔径，所以10万倍以上的相片是没有意义的。。这是书上讲的， 这里的疑惑是 这里的放大倍数能达到10万倍但是没有意义和 上面所讲的两个放大倍数的概念有什么区别？？？？
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我也看过类似的书，这些书都比较老，这个公式中的100指的是显示器中的像点为100微米，这个公式表达了显示器像点与对应的样品中的像素尺寸关系，
100微米/10万=1nm，       
1000mm的显示器一行有1000个100微米的像点，对应样品1微米区域中的1000个1nm的像素！
而之前我的计算是把2nm的像素放大10万倍到200微米。

其图像效果和样品中1微米区域中的500个2nm的像素的图像效果哪一个更好呢？
我个人认为从本质上是一致的！

通过这个公式结合我的理解，
有效放大有两个含义:
1、能够聚焦清楚--像素不能重叠,能够把像素之间的反差正确表达出来，而且肉眼应该可以分辨！
2、图像亮度要够--这里边涉及到阈电流概念！钨灯丝枪1nm的像素20万倍的图像没有足够的亮度！所以无效，增加一倍的扫描区域获得多一倍的信号，图像的亮度足以很好的观察到细节。

有效放大倍数的概念，不仅仅指仪器的极限有效放大倍数，其实是一个和像素尺度息息相关的概念。
对这些基本重要概念的理解，有助于在操作实践中，水平不断的提高！

当然可以不理解，在实践中摸索，也可能获得良好效果，但对于大多数人来说还没那么聪明！

现在电镜普遍数字化，很多操作技术参数都可以存储成可控文件，随时调用你认为最佳的操作条件！
有些厂商电镜从客户的这种需求出发，预先根据理论和经验存储了常用的优化操作条件供客户选择！对于客户来说是一个比较重要的辅助！
当然对于准备购买电镜的人，还是不建议对此有心理依赖，首先注重培训中的操作！
有点类似于汽车手动档和自动挡！自动档目前还不是主流！