生物实验技术

扫描电镜简介

电子源发射的电子束经过电磁透镜的电子光学通路聚焦，电子源的直径被缩小到纳米尺度的电子束斑，与显示器扫描同步的电子光学镜筒中的扫描线圈控制电子束，在样品表面一定微小区域内，逐点逐行扫描。电子束与样品相互作用，从样品中发射的具有成像反差的信号，由一个适当的图像探测器逐点收集，并将信号经过前置放大器和视频放大器,用调制解调电路调制显示器上相对应显示像素的亮度，形成我们人类观察习惯的，反映样品二维形貌的图像或者其他可以理解的反差机制图像。由于图像显示器的像素尺寸远远大于电子束斑尺寸，（0.1mm/1nm=100,000倍）而且显示器的像素尺寸小于等于人类肉眼通常的分辨率，这样显示器上的图像相当于把样品上相应的微小区域进行了放大。通过调节扫描线圈偏转磁场，可以控制电子束在样品表面扫描区域的大小，理论上扫描区域可以无限小，但可以显示的图像有效放大倍数的限度是扫描电镜分辨率的限度。
模拟图像扫描系统：样品上每个像素模拟信号直接调制阴极射线管对应显示像素的亮度，由于生成一幅高质量图像一般需要数秒或者数十秒/帧，所以模拟电镜使用慢余辉显像管终端显示一幅活图像，为了便于在显像管上观察图像，需要暗室，操作者可按照一定规程调整仪器参数，如图像聚焦，移动样品台搜索感兴趣区域，调节放大倍数，亮度对比度，消象散等从而获得最佳的图像质量。模拟图像输出采用高分辨照相管，用单反相机直接逐点记录在胶片上，然后冲洗相片。自1985年以来，模拟图像电镜已经被数字电镜取代。
数字图像扫描系统：样品上每个像素发出的成像信号，被图像探测器探测器后，经过前置放大器，和视频放大器放大，直接进行信号数字化，然后存储在图像采集卡的帧存器，形成数字图像数据，图像数据可被电镜操作软件读取，操作者在图形交互界面（GUI)上对图像进行调整控制，并把调整好的数字图像存储在计算机中硬盘中。
模拟控制是控制信号不经过计算机软件,直接由操作台按键旋钮等对执行机构进行控制,属于人工手动控制,控制精度由操作者观察仪表盘的变化决定.例如高压电源,扫描线圈,探测器电源,电子枪控制，磁透镜控制,样品台的运动控制等等。
数字控制是所有控制指令输入到交互控制软件,然后由计算机对执行机构发出精确的数字指令.绝大部扫描电镜参数可实现了软件自动调整，如自动聚焦，亮度对比度，自动消象散，自动电子枪发射饱和，自动电子枪对中，自动物镜光阑合轴等。如果扫描电镜所检测的是同一类形状和材质的样品，那么程序自动控制可以实现不需要操作人员的任何干预，从而获得最佳图像质量，这在半导体芯片制造流水线早已普遍使用。由于实验室扫描电镜所面临的样品形状材质种类较多，从成像机理上差别很大，程序控制往往不尽如人意，获得好的图像质量，往往需要操作者对电镜参数进行调整干预，调整后的电镜工作参数，可以保存成可执行控制文件，随时供今后分析同一类型样品时调用。

随着电子技术和计算机技术的发展，不仅实现了数字化图像，而且电镜所有的功能都已经实现了数字化控制。现代扫描电镜电器控制系统高度集成化， 扫描电镜结构越来越紧凑，自动化功能越来越高，极大改善了人机操作环境。