徠卡生物顯微鏡——電子透鏡的像差

前面我們討論的是徠卡生物顯微鏡理想成像的電子光學(xué)。在一些待定的條件下，物與像之間有點(diǎn)一點(diǎn)對(duì)應(yīng)和幾何相似的關(guān)系。然而實(shí)際情況與理想的像有偏離，這就是像差。我們可以根據(jù)它們不同的產(chǎn)生原因，用像點(diǎn)徑向位置的偏離來(lái)作定量描述。

1,徠卡生物顯微鏡幾何修差

當(dāng)電子軌跡不滿足倍鈾條件時(shí)所形成的像差稱為幾何像差。已知倍軸條件歸結(jié)為兩點(diǎn)，即（一）軌跡的徑向離軸位置（r）很?。唬ǘ┸壽E相對(duì)于軸的斜率（／）或電子束對(duì)軸的傾角（“）也很小。幾何像差來(lái)自這些量并非無(wú)限小。研究指出，影響zui重要的是三級(jí)倍差，即實(shí)際像點(diǎn)的偏離正比于這些量的三級(jí)項(xiàng)者。它們是球差[正比于?。?、當(dāng)形差（正比于M’）、場(chǎng)曲和像散（正比于rz“）和畸變（正比于r3）。電鏡中我們只關(guān)注*種和第四種幾何像差。

2.徠卡生物顯微鏡——球差

如圖1—7所示，經(jīng)軸上物點(diǎn)發(fā)出的電子束斜率較小者，可在理想傷平面中會(huì)聚成一個(gè)點(diǎn)。如果透鏡光鬧所決定的孔徑角“。具有一定值刪電子束中軌跡斜率較大者將行經(jīng)離軸較遠(yuǎn)的區(qū)域。由于遠(yuǎn)軸區(qū)透鏡場(chǎng)強(qiáng)度的變化比線性變化更快，那里的電子會(huì)受到更強(qiáng)偏轉(zhuǎn)，所以這些電子柬聚焦的位置比傷軸軌跡更靠近物方，經(jīng)過(guò)該聚焦點(diǎn)后又發(fā)散開來(lái)。這樣它們?cè)诶硐胂衿矫嬷械穆潼c(diǎn)與傍軸像點(diǎn)問(wèn)有一定偏離。zui終由一個(gè)物點(diǎn)發(fā)出的孔徑角（半張角）為的整個(gè)電子柬在像平面上就形成一個(gè)模糊圓斑。其半徑為：如果換算到透鏡左側(cè)的物方，球差使樣品上的幾何點(diǎn)擴(kuò)展成一個(gè)半徑為（此）o的圓斑。生甲粥,分別為像方或物方的球差系數(shù)；q’q一分別為像方或物方的電子柬有效孔徑角（或半張角）。因?yàn)榭讖浇菫閲嵉膶?shí)心錐形電子束中包含有從o”蝎不同孔徑角的各電子束，它們會(huì)聚在不同位置處，因此在理想像點(diǎn)與zui近透鏡的像點(diǎn)之間的某處．必存在一zui小模糊圓?？梢宰C明該像方zui小模糊圓的半徑為換算到物方zui小模糊圓的半徑為式中各符號(hào)納意義同（1一173式。徠卡生物顯微鏡電子光學(xué)中的球差是不可消除的。球差系數(shù)與透鏡極靴的形狀，焦炬等有關(guān)，故在儀器的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量設(shè)法減小c的值。此外在使用中還可用物鏡光鬧扎的大小來(lái)調(diào)節(jié)束孔徑角軋、從而減小球差的模糊斑。

3.徠卡生物顯微鏡——畸變

畸變是物面較大時(shí)的一種重要幾何像差。電子軌證離軸的徑向高度大者，受到透鏡場(chǎng)的作用力大，不同高度處的電子束所受到的透鏡作用力不同，zui終像的放大倍數(shù)也就各不相同。但是只要保證電子軌跡的斜率不大，像與物之間仍能維持點(diǎn)一點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以這種畸變像差將造成像相對(duì)于物的比例失真，但不會(huì)導(dǎo)致像的模糊。請(qǐng)看團(tuán)1—8。數(shù)學(xué)上可以用像平面中的徑向偏離量來(lái)表示畸變，也可以用換算到物方的畸變量。

徠卡生物顯微鏡的磁透鏡中的畸變有兩類：（一）rJ＜o(jì)，對(duì)應(yīng)的是桶形畸變，離抽越遠(yuǎn)的物點(diǎn)放大倍數(shù)越?。唬ǘ﹥?nèi)＞o，對(duì)應(yīng)的是枕形畸變，離軸越遠(yuǎn)的物點(diǎn)受到的放大倍數(shù)超大。此外有時(shí)還會(huì)有由于像轉(zhuǎn)角隨物點(diǎn)離軸高度而變所造成的扭曲g5F變。cJ的正負(fù)可以通過(guò)透鏡電流的大小和方向來(lái)作調(diào)節(jié)。電鏡中有多組成像系統(tǒng)，只有在低放大倍數(shù)時(shí)，相應(yīng)的物面較大，畸變才顯得重要。但是徠卡顯微鏡設(shè)計(jì)中可以設(shè)法使各級(jí)透鏡的畸變互相抵消。這樣它就不再影響終保的質(zhì)量。

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