光学顕微鏡と電子顕微鏡の観察範囲は？
光学顕微鏡の構造 光学顕微鏡は、一般的にステージ、集光照明系、対物レンズ、接眼レンズ、合焦機構で構成されています。 ステージは、観察対象物を保持するために使用されます。 フォーカシング機構はフォーカシングノブで駆動し、ステージを上下させて粗調整と微調整を行うことができるため、観察対象にピントを合わせて鮮明に画像化することができます。
その上層は水平面内で正確に移動および回転でき、観察される部分は通常視野の中心に調整されます。 スポットライト照明システムは、光源と集光レンズで構成されています。 集光レンズの機能は、観察される部分により多くの光エネルギーを集中させることです。 照明器のスペクトル特性は、顕微鏡の受信機の動作帯域に適合させる必要があります。
対物レンズは観察対象の近くにあり、1 倍の倍率を実現するレンズです。 対物レンズコンバーターには倍率の異なる複数の対物レンズが同時に装着されており、コンバーターを回転させることで倍率の異なる対物レンズを作業光路に入れることができます。 対物レンズの倍率は通常5倍から100倍です。 対物レンズは、顕微鏡の画質を左右する光学部品です。
2色の光の色収差を補正できる一般的に使用される色消し対物レンズ。 3 色の光の色収差を補正できる高品質のアポクロマート対物レンズ。 視野を改善するために、対物レンズの像面全体が平面であることを保証できます。 液浸対物レンズは、高倍率の対物レンズでよく使用されます。つまり、対物レンズの下面と試料シートの上面の間に屈折率 1 が満たされます。
5程度で、顕微鏡観察の分解能を大幅に向上させることができます。 接眼レンズは人間の目の近くにあるレンズで、倍率は 2 倍で、鏡の倍率は通常 5 ～ 20 倍です。 接眼レンズは、見える視野の大きさによって、視野が狭い通常接眼レンズと、視野が広い広視野接眼レンズ（または広角接眼レンズ）に分けられます。
ステージと対物レンズの両方が対物レンズの光軸に対して移動できなければ、フォーカス調整を達成して鮮明な画像を得ることができません。 高倍率の対物レンズを使用する場合、許容される焦点範囲はしばしばミクロン以下になるため、顕微鏡には非常に精密なマイクロ フォーカス機構が必要です。 顕微鏡の倍率の限界は有効倍率であり、顕微鏡の分解能は、顕微鏡で明確に区別できる 2 つの物点間の最小距離を指します。
解像度と倍率は、2 つの異なるが関連する概念です。 選択した対物レンズの開口数が十分に大きくない場合、つまり解像度が十分に高くない場合、顕微鏡は対象物の微細構造を区別できません。 このとき、倍率を上げすぎても、輪郭が大きく細部がぼやけた画像しか得られない。 、無効な倍率と呼ばれます。
一方、解像度が要件を満たしていて倍率が不十分な場合、顕微鏡には解像力がありますが、画像が小さすぎて人間の目にははっきりと見えません。 したがって、顕微鏡の分解能を十分に発揮させるには、開口数を顕微鏡の全体の倍率と合理的に一致させる必要があります。 集光照明システムは、顕微鏡の結像性能に大きな影響を与えますが、ユーザーが見落としやすいリンクでもあります。
その機能は、物体表面に十分かつ均一な照明を提供することです。 コンデンサーからのビームは、対物レンズの開口角を満たすことができなければなりません。さもなければ、対物レンズが達成できる最高の解像度を十分に活用することはできません。 この目的のために、コンデンサーには写真用対物レンズと同様の可変開口絞りが設けられており、開口サイズを調整して照明ビーム開口を対物レンズの開口角度に一致させることができます。
照明方法を変えることで、明るい背景に暗い物点（明視野照明と呼ばれる）や暗い背景に明るい物点（暗視野照明と呼ばれる）など、さまざまな観察方法が得られ、さまざまな状況でよりよく発見することができます。微細構造を観察します。 電子顕微鏡は、電子光学の原理に従って、光ビームと光学レンズを電子ビームと電子レンズに置き換え、物質の微細構造を非常に高い倍率で画像化できる装置です。
電子顕微鏡の分解能は、隣接する 2 点間の最小距離で表されます。 1970 年代には、透過型電子顕微鏡の解像度は約 0.3 ナノメートルでした (人間の目の分解能は約 0.1 mm でした)。 現在、電子顕微鏡の最大倍率は 300 万倍以上、光学顕微鏡の最大倍率は約 2000 倍であるため、特定の重金属の原子や結晶内の原子格子が整然と並んでいる様子を電子顕微鏡で直接観察できます。
1931年、ドイツのKnorr-BremseとRuskaは、冷陰極放電電子源と3つの電子レンズを備えた高電圧オシロスコープを改造し、10倍以上の拡大画像を取得し、電子顕微鏡による拡大画像の可能性を確認しました. . . 1932年、ルスカの改良により、電子顕微鏡の分解能が50ナノメートルに達し、当時の光学顕微鏡の分解能の約10倍になり、電子顕微鏡が注目されるようになりました。
1940年代、米国のヒルは電子レンズの回転非対称性を補正するために乱視補正器を使用しました。これにより、電子顕微鏡の分解能が新たに突破され、徐々に現代のレベルに達しました。 中国では、1958年に分解能3ナノメートルの透過型電子顕微鏡の開発に成功し、1979年には分解能0の透過型電子顕微鏡が作られました。
3nmの大型電子顕微鏡。 電子顕微鏡の分解能は光学顕微鏡に比べてはるかに優れていますが、電子顕微鏡は真空状態で動作する必要があるため、生きている生物を観察することは困難であり、電子線の照射は生体試料にも放射線障害を引き起こします。 電子銃の明るさの向上や電子レンズの品質など、他の問題もさらに検討する必要があります。
分解能は、電子顕微鏡の重要な指標であり、サンプルを通過する電子ビームの入射コーン角度と波長に関連しています。 可視光の波長は約 300 ～ 700 ナノメートルですが、電子ビームの波長は加速電圧に関連しています。 加速電圧が 50-100 kV のとき、電子線の波長は約 0 です。
0053～0.0037nm。 電子線の波長は可視光の波長よりもはるかに小さいため、電子線の円錐角が光学顕微鏡のわずか 1% であっても、電子顕微鏡の分解能は光学顕微鏡よりはるかに優れています。光学顕微鏡の。 電子顕微鏡は、レンズ チューブ、真空システム、電源キャビネットの 3 つの部分で構成されています。
レンズ バレルには、主に電子銃、電子レンズ、サンプル ホルダー、蛍光スクリーン、およびカメラ機構が含まれます。これらは通常、上から下までシリンダーに組み立てられます。 真空システムは、機械式真空ポンプ、拡散ポンプ、真空バルブなどで構成されています。ガスパイプラインはレンズバレルに接続されています。 電源キャビネットは、高電圧発生器、励起電流安定器、およびさまざまな調整および制御ユニットで構成されています。
電子レンズは、電子顕微鏡鏡筒の最も重要な部分です。 これは、鏡筒の軸に対して対称な空間電場または磁場を使用して、電子の軌道を軸に曲げて集束を形成します。 ガラスの凸レンズが光を絞るのと似た働きをすることから、電子と呼ばれています。 レンズ。 最新の電子顕微鏡のほとんどは電磁レンズを使用しています。このレンズは、ポール シューを備えたコイルを通る非常に安定した DC 励起電流によって生成される強力な磁場によって電子を集束させます。
電子銃はタングステンフィラメント熱陰極、グリッド、陰極からなる部品です。 均一な速度で電子ビームを放出および形成できるため、加速電圧の安定性は 1/10 以上です000。 電子顕微鏡は、その構造や用途から、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、反射型電子顕微鏡、放出型電子顕微鏡に分けられます。
透過型電子顕微鏡は、通常の顕微鏡では識別できない微細な材料構造を観察するためによく使用されます。 走査型電子顕微鏡は、主に固体表面の形態を観察するために使用され、X 線回折計または電子エネルギー分光計と組み合わせて電子を形成することもできます。 材料組成分析用マイクロプローブ; 自己放出電子表面の研究のための放出電子顕微鏡。
投影電子顕微鏡は、電子ビームがサンプルを透過し、電子レンズを使用して画像化および拡大することにちなんで名付けられました。 その光路は光学顕微鏡の光路に似ています。 この電子顕微鏡では、画像の細部のコントラストは、サンプルの原子による電子ビームの散乱によって作成されます。 サンプルの薄い部分または密度の低い部分では、電子ビームの散乱が少なくなるため、より多くの電子が対物絞りを通過し、イメージングに関与し、画像が明るく表示されます。
逆に、サンプルの厚い部分や密度の高い部分は、画像でより暗く表示されます。 サンプルが厚すぎたり、密度が高すぎたりすると、電子ビームのエネルギーを吸収して画像のコントラストが低下したり、損傷したり破壊されたりします。 透過型電子顕微鏡管の上部は電子銃です。 電子はタングステン フィラメントの熱陰極から放出され、1 番目と 2 番目のコンデンサを通過して電子ビームを集束させます。
試料を通過した電子線は、対物レンズによって中間鏡に結像し、中間鏡と投影鏡を経て段階的に拡大され、蛍光板や写真乾板に結像されます。 中間ミラーは主に励起電流を調整し、倍率は数万倍から数十万倍まで連続的に変更できます。 中間鏡の焦点距離を変えることで、同じ試料の微小部分の電子顕微鏡像と電子線回折像を得ることができます。 .
より厚い金属スライス サンプルを研究するために、フランスのデュロス電子光学研究所は、加速電圧 3500 kV の超高圧電子顕微鏡を開発しました。 走査型電子顕微鏡の電子線は試料を透過せず、試料表面の二次電子を走査して励起するだけです。 サンプルの隣に配置されたシンチレーション結晶は、これらの二次電子を受け取り、増幅後のブラウン管の電子ビームの強度を変調し、それによってブラウン管の画面の明るさを変更します。
受像管の偏向ヨークは、サンプル表面の電子ビームと同期してスキャンを続けるため、受像管の蛍光スクリーンは、産業用テレビの動作原理に似たサンプル表面のトポグラフィック画像を表示します。 走査型電子顕微鏡の分解能は、主に試料面上の電子ビームの直径によって決まります。
倍率とは、ブラウン管の走査振幅と試料の走査振幅の比で、数万倍から数十万倍まで連続的に変化させることができます。 走査型電子顕微鏡は非常に薄いサンプルを必要としません。 画像の立体感が強い。 二次電子、吸収された電子、電子線と物質の相互作用によって発生するX線などの情報を使用して、物質の組成を分析できます。
走査型電子顕微鏡の電子銃とコンデンサーは透過型電子顕微鏡とほぼ同じですが、電子線を細くするために、コンデンサーレンズの下に対物レンズと非点収差を追加し、2組の相互に垂直走査も対物レンズの内側に設置されています。 コイル。 対物レンズの下のサンプルチャンバーには、移動、回転、傾斜が可能なサンプルステージが収納されています。
