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目录 1 透射电子显微镜的基本知识 1.1 电子显微镜的出现 1.2 磁透镜的光学性质 1.2.1 磁透镜的聚焦原理 1.2.2 磁透镜的象差 1.3 磁透镜的分辨本领、景深和焦深 1.3.1 分辨本领 1.3.2 景深和焦深 1.4 象的反差形成原理 1.5 透射电子显微镜的结构 1.5.1 电子光学系统 1.5.2 真空系统和电子学系统 1.6 电子显微镜操作 1.6.1 合轴操作 1.6.2 消象散 1.6.3 聚焦

透射电子显微镜的基本知识

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电子显微镜的出现

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在正常的情况下，人的眼睛能够辨认的最小细节约为0.1mm˜0.2mm，例如两个很接近的小点，当其中心距离δ > 0.1mm时，肉眼能辨认出这两个点来。但当δ < 0.1mm时，肉眼就不能分清了。肉眼能分辨清楚的最小的两点中心距离称为肉眼的分辨本领，即δ = 0.1mm，它表示了人的眼睛能分辨细节的能力。如果想观察更微小的细节，则必须将其放大到0.1mm~0.2mm，光学显微镜（以下称“光镜”）实际上就是一个能够把欲观察的细节放大的仪器。由于光镜的放大倍数是无限制的，所以能随意增大。按理来说，无论多小的细节，只要选择一个足够大的放大倍数，使放大的象超过0.1mm~0.2mm，就能够为肉眼所观察到。可实际并非如此，光的波动性给光镜规定了一个分辨本领的限制，对于小于这个限制的细节虽然可以无限制地被放大，但却只得到模糊不清的像，该细节仍然无法分辨。假设物点是一个理想的点光源，由于光栏边缘产生的衍射效应，像平面上的像点并不是一个有一定直径的亮斑，而是一个被明暗相间的衍射环包围着的亮斑，实验上把它称为艾丽盘（Airy Disk）或衍射斑。入射能量的84%集中在中央亮斑，其余将依次分别地分布于一级、二级、三级......等衍射环中。其强度分布如图下图所示。

艾丽斑	艾丽斑与分辨本领	艾丽斑、分辨本领与三维点分辨函数

真实的样品是由一个个原子组成的，每一个原子都可以看作一个物点，当两个物点逐渐接近,以至两个像点的中心距离等于第一级暗环的半径时（两个亮峰之间的光强度小于峰值的19%），通常认为这两个亮斑尚能分辨开,但当两个像点进一步迭加时，我们就无法分辨它们了。也就是说我们不能无止境的通过增大放大倍数来分辨样品细节。显微镜的分辨本领取决于光源波长和显微镜的光学性质，阿贝（Abbe）公式解释了这一关系：

式中:λ---光波在真空中的波长；α---孔径角的一半；n---透镜和物体间介质的折射率。

光镜是玻璃透镜的组合，它的分辨本领取决于物镜的分辨本领，nsinα被称为物镜的数值孔径(N.A.)，目前，玻璃透镜的数值孔径在技术上最大可达1.5，由阿贝公式，玻璃透镜的分辨本领约为：。

由此可见，光镜的分辨本领受到衍射效应的限制，最终只能达到约为照明波长的0.4倍。如果用人眼最敏感的绿光作照明,其波长约500nm，则光学显微镜的分辨本领大约为200nm。大部分细胞器和大部分病毒的直径一般在200nm之内,因此光镜看不见病毒以及各种细胞器。

为了提高显微镜的分辨本领，就需要寻找波长更短的光波作用照明。开始使用紫外线(其波长约为280nm)，但其分辨本领只有很少提高。X射线的波长虽可达1（），但还未找到能使X射线产生有意义折射的物质，以至无法制作成能放大成像的X射线透镜,于是也无法制造X射线显微镜。可见要获得高分辨率的显微镜除需要有波长很短的照明外,还需要有能使这照明束会聚放大的透镜。有两个发现促进了电镜的出现：1924年法国学者德·布罗依（De Broglie）等人创立了波动力学,提出了物质波的概念。指出高速运动的粒子不仅具有粒子性，而且具有波动性。这个假设不久就为电子衍射实验所证实。衍射是波动的特性，高速运动的电子能发生衍射，证明它是一种波。它具有波动所具有的共同特征------波长、频率、振幅、相位等，并且服从于波动的规律。电子衍射实验表明，电子波的波长极短，与它的质量和电子能量有关：

式中: 焦耳秒，称为普朗克常数；m为运动电子的质量；E为电子能量。

如果电子是在一个电压为V的电场中被加速的话，有E=eV，电子波长为：

可见，电子的波长随着加速电压的增加而减少。取普通生物电镜的加速电压V=100kV，由上式，电子波长，比可见光波长小了十多万倍。这就解决了波长极短的光源问题。

另一个发现是1926年德国学者布赫（H. Busch）发表了关于运动电子在轴对称磁场中的运动轨迹的实验结果。实验表明，轴对称磁场可会聚电子束。并指出这种电子光学系统服从于几何光学定律。例如，通以直流电的螺线管所产生的轴对称磁场可以使通过它的电子束会聚，与玻璃凸透镜使光束会聚相似。实际上轴对称的静电场对运动电子束的作用与磁场相似。分别称为静电透镜和磁透镜。通称电磁透镜或电子透镜。这样就解决了电子束有效折射的问题。

在这基础上卢斯卡（E. Ruska）等人根据电子光学与光学的相似性和光镜的结构研制出世界第一台电子显微镜。直至现在透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope,简称TEM或透射电镜）与光镜在结构上仍有不少相似的地方，许多名称也引自光镜(见图\ref{temEMcOM})。其主要区别是：用电子束代替光束；用电磁透镜代替玻璃透镜。由于使用了极短的电子波，所以能获得极高的分辨本领。半个世纪以来，电镜在生物学、医学、材料和其他学科的广泛应用。给予科学发展以巨大的推动，为奖励其发明者，E. Ruska教授获得1986年诺贝尔物理奖。

光镜和透射电子显微镜的成象原理

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磁透镜的光学性质

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电镜实质上是电子透镜的组合。电子透镜是电镜的核心部件。它有二种：静电透镜和磁透镜。 静电透镜虽有其优点，但强的静电透镜需要很强的静电场，往往会在镜体内会引起击穿和弧 光放电。所以静电透镜不能做成焦距很短的强透镜，而只有强透镜才能很好地矫正象差。 因此，在电镜中除在电子枪中使用静电透镜形成电子束外，一般不使用静电透镜而使用磁透镜。 为此，下面简单介绍磁透镜的一些光学性质。

磁透镜的聚焦原理

能够产生轴对称磁场的通以直流电的线圈或永磁铁就是磁透镜。磁场作用范围比焦距小 得多的轴对称场叫做短磁透镜。例如，短线圈产生的磁场就是这种透镜。为简单起见，只讨论短磁透镜。 在磁场中，以速度运动的电子受到的作用力为：

称为洛伦兹力，e为电子电荷，为磁场强度。

从上式可见，磁场作用在运动电子的力既垂直于速度矢量，也垂直于磁场强度矢量。如果与之间的夹角为α时，则的数值上为：

Fm = eν

可见，磁场对运动电子的作用力的大小与电子运动速度和运动方向上的磁场强度的乘积成正比。当时，磁场对电子没有作用；当的方向与重合时，即α = 0，磁场对电子也没有作用；当与之间的夹角α = π / 2时，磁场对电子的作用力达到极大值:F_m,max = eνH。由于磁场对运动电子的作用力总是垂直于电子运动方向，很明显，这个力不会改变电子运动速度的大小，只改变它运动的方向。

磁透镜和它的磁力线分布

图1-4所示是磁透镜磁场分布和电子运动轨迹示意图。磁力线上每一点的切线方向代表了这点的磁场强度的方向。Z为对称轴。因为是轴对称的，所以可用任一通过Z轴的平面来讨论。而且可以把每一点的磁场强度分为轴向分量和径向分量。设有运动方向平行于Z轴，速度为的电子束，在进入磁场作用区前是作直线运动的。在进入磁场后受到磁场作用，使电子束产生两种运动------旋转和折射。

• 旋转

由于电子束运动方向平行于Z轴，与轴向分量夹角为零，故轴向分量对电子束无作用。而径向分量，正好与的夹角为π / 2，由洛仑兹公式，垂直于和，即垂直于纸面作用在电子束上。如果A、B点上各有一个电子，A和B对称于Z轴，则A、B两点上磁场的径向分量，是方向相反，大小相等的。因而磁场作用在A，B点上电子的力是大小相等，方向相反，一个垂直于纸面向上，一个垂直于纸面向下。这样磁场作用使电子以某速度绕Z轴作用圆周运动，从而使整个电子束绕Z轴作旋转运动。

• 折射

折射是因旋转而产生的。因为旋转速度垂直于Z轴，与磁场轴向分量垂直，轴向分量对电子产生了一个作用力。这个力垂直于Z轴和，而指向Z轴，就是说使电子折向Z轴------使电子向轴会聚。计算表明：会聚力与电子到Z轴的距离成正比，并且方向总是指向Z轴的。这样会聚力使电子束的所有电子都与Z轴相交于F_z------焦点。

电子在磁场中的旋转与折射是各自进行的，因此，在讨论磁透镜的聚焦作用时，就可以暂不考虑电子的旋转。这样，电子在磁透镜的会聚作用与光通过玻璃凸透镜的聚焦作用相似了。正是如玻璃凸透镜可用于放大成像一样，磁透镜也能用于放大成像，而且还可以借用几何光学的光线作图法与术语，如用焦点、焦距、物距、像距等概念来描述电子在磁透镜的运动轨迹。

在理想的情况下，电镜中的物镜、中间镜和投射镜可以应用光学中透镜成像公式和几何光学的成像作图法：

上式中是u物距,v是象距,f是焦距。

经过理论计算和实验证明,短磁透镜的焦距和旋转角公式如下：

上式中e为电子电荷；m为电子质量；V为电子加速电压；为透镜轴向磁场强度分量。

综合上述讨论，可得以下结论：

• 不论磁场方向（亦即线圈中电流方向）如何，磁透镜总是使电子向Z轴偏转，即磁透镜总是会聚透镜。
• 磁场的轴向分量越大，对电子的折射越大，则焦距f越短，并且1/f与的平方成正比，所以场强(或透镜电流)稍有变化透镜焦距f就发生较大的变化。因此，我们可以借助于调节流过线圈的激励电流来改变场强，从而改变焦距。因而磁透镜是通过调节激励电流实现像聚焦的，不需要象光学透镜那样通过改变位置来实现聚焦的。
• 电子的加速电压越高，电子的速度越快越不易折射，因此，焦距也就较长。

磁透镜极靴 图之1-5.

在电镜中，为了提高总的放大倍数，需要放大率高的短焦距的透镜，而且强透镜产生的像差也较小，可以获得较高的分辨本领，因此希望获得强透镜。单线圈的透镜在线圈外部的磁场被浪费掉，难以获得强透镜。如果用高导磁率的软铁把线圈封闭起来，就能提高磁透镜的效率，使通过同样的激励电流的磁透镜更强，焦距更短，此称包壳透镜。如果沿透镜轴包上一层软铁壳，并加上一顶端呈锥状的圆柱形的极靴如图1-5 c所示，就能使有效磁场尽可能地接近轴，使整个外磁场集中到透镜轴上的一个很短的距离内，磁场的高度集中使透镜极强，焦距可达1mm，放大倍数可达200倍，此称极靴透镜。图1-5是磁场强度在简单线圈、包壳透镜和极靴透镜的轴向分布图。从图可见，极靴透镜的强度在相同的激励电流下，远大于其他两种透镜。故通常电镜都是使用极靴透镜。极靴透镜的极靴通常用软铁制成,它决定了透镜的许多性能,极靴的任何表面损伤或由外力产生的内应力都会引起透镜性能的下降。因此对极靴要绝对小心。

磁场沿不同磁透镜的分布图 图之1-6.

磁透镜的象差

上述对磁透镜的讨论只适合于近轴电子束。和玻璃透镜相似，磁透镜如果不满足近轴的要求就会产生象差。玻璃透镜经过几百年的改进，采用把正负透镜组合起来，使透镜组的象差由于各透镜的象差相互抵消而得到消除。在现代光镜中，由象差引起的分辨本领损失小于由衍射引起的分辨本领损失，故分辨本领只受衍射所限制。如果磁透镜也能有效的消除象差，那么电镜的分辨本领理论上可以达到0.02Å。目前电镜所能达到的最佳分辨本领约为2Å，与理论值相差100倍，这是因为磁透镜在消除象差方面受到的限制。这里只有一种折射介质------磁场，并且只有正透镜。消除象差的最有效方法是减少孔径角，但这样做又会增加衍射的影响，而衍射也会造成分辨率的损失。目前电镜的分辨本领主要受衍射和象差的限制。磁透镜的象差可分为两类：几何象差---这是由于近轴条件不被满足而产生的，其中包括球差、畸变、象散等，另一类是色差---是由于电子光学折射介质的折射率随电子速度不同而变化所产生的。

• 球差

球差是由于远轴电子通过透镜时，被折射的程度不同于近轴电子而造成的，如图1-7所示。一束平行电子束通过透镜后，远轴电子束会聚于F1而近轴电子束会聚于F3,而其他的电子束会聚于F3至F1之间，射线不会聚在轴上某一点，而是展开在一定的轴向距离上，同样一个点光源的象也将展开在一定的轴向距离上。成象射线的包络称为“焦散曲线”，它在轴上某处F2成一个最小直径的圆盘，称为“最小弥散圆”或“散焦盘”，而F_2则是透镜的实际焦点。散焦盘在物面上相对应的半径为：R = Csα³，其中Cs为球差系数，α为孔径角，若终象放大M倍，则它在象平面上产生的球差（径间球差）为：

δs = MCsα3

由此可见，减少球差的最有效方法是缩小孔径角α，因为δ_s正比于α的三次方，故电镜通常使用的孔径角很小，约为10^-3rad。孔径角太小，象的亮度太弱，而且衍射影响增大。因此，所有电镜都受球差的影响，这是电镜分辨本领进一步提高的主要障碍。

图之1-7 球差产生的示意图,远轴电子束会聚于F1而近轴电子束会聚于F3,而其他的电子束会聚于F3至F1之间，射线不会聚在轴上某一点，而是展开在一定的轴向距离上.

球差系数Cs随焦距（透镜强度）变化而变化。焦距缩短则Cs迅速下降，在透镜很强时，Cs数值很小而且接近一常数。因此，电镜中要求最高的的物镜，为了减少球差多采用Cs小的强透镜。

• 畸变

磁透镜在远轴与近轴处折射率不同引起的另一种缺陷就是“畸变”。由于透镜实际上是以比中心射线更强或较弱的透镜来使边缘射线成像，所以，边缘射线的像平面与中心射线的像平面不同，放大倍数也不同。在磁透镜中，由于景深很大，所有的像都是清晰的，于是像的放大倍数随离轴距离而变化。一个正方形物体(见图1-8a所示)的像将不是正方形，而是"枕形"或"桶形"，称为"枕形"或"桶形"畸变，如图1-8c,b所示。"桶形畸变"通常出现在磁透镜作为缩小透镜时。而枕形畸变出现在磁透镜作放大透镜时。此外，磁透镜会使电子束旋转，同样也会使电子束旋转角度也随离轴距离而变化，这称为旋转畸变。当上述两种畸变结合起来就形成S型畸变（图1-8d所示.），使一直线的物产生一S形的像。

图之1-8 透镜产生的畸变示意图，a、原图；b、桶形畸变；c、枕形畸变；d、S形畸变。

畸变在电镜的最后的投射镜中特别重要，尤其在低倍放大时，在中间镜是很重要的。因此，在低倍时获得一幅无畸变的像是电镜性能的一个重要指标。

• 象散

在实际的磁透镜中，由于种种原因，磁场并非绝对轴对称的，一般呈椭圆。于是就造成磁透镜的焦距在一个方向与另一个方向不同，则电子分别聚焦在两个不同的平面上，如图1-9所示，AB和CD连结光源形成两个相互垂直的平面。通过AB面的电子束会聚在f1，而通过CD面的电子束会聚在f2，f2>f1。在AB方向正焦时，在CD方向是欠焦。反之，在CD方向是正焦时，在AB方向是过焦的。在f1和f2之间成像时，在AB方向总是过焦，在CD方向总是欠焦的。于是不论如何改变聚焦情况，总得不到一个完全聚焦的像，这种现象称为像散。由于象散的存在,点光源在某一位置AB方向的过焦量与CD方向的欠焦量正好相等,就形成一小园斑，像的分辨率就下降了。

图之1-9 |象散产生的示意图

当像散是由于磁透镜制造过程中存在小量轴不对称产生的，称为残余像散。如果是由于光栏或极靴被非导电体污染，当这些污物接受了电子而被充电后，就产生了一个静电场，它会使电子束偏转，从而使透镜产生像散，这称二次像散像散。像散对电镜的分辨本领影响最为严重，因此要设法清除。对于二次像散除了用清洗方法除去污物别无他法。对于残余像散，在电镜中通常用"消散器"来消除。它的原理是：在透镜的磁场中，利用消散器产生一个弱的柱面透镜（磁场），并调节它使之与需校正的像散大小相等而方向相反，于是就能抵消透镜的残余像散从而达到消像散的目的。

• 色差

对于玻璃透镜，由于玻璃对不同颜色（波长）的光波折射系数不同，其焦距也不同，因此，当使用多色光来成象时，总有一些波长的光是失焦的，使象变模糊，此称色差。磁透镜的色差是指由于波长变化而引起的象差。在我们以前的讨论中都假设电子束中所有电子速度都是相同的，即电子波的波长是单一且恒定的，但实际情况并非这样，首先电子波的波长与加速电压有关，电子的加速电压越高，电子速度越高，波长越短，则磁透镜对电子的作用就减少，从而使透镜的焦距越长。于是加速电压的变化会引起透镜焦距的变化，从而就产生了色差。此外，电镜激励电流的变化同样会引起焦距的变化，因此，也会产生色差。虽然这并不是由于波长变化引起的，但其效果与电压变化产生的色差相同。所以，通常把两者作为色差产生的原因一起讨论。图1-10是色差产生的示意图，由于电子束中有两种速度(V1及V2)的电子，分别聚焦在F1及F2，于是产生色差，色差的大小通常用焦距差Δf = f1 − f2表示。计算表明，在电压改变量为ΔV时，电流改变量为ΔI时为，焦距差的改变量为：

式中Cc为色差系数。Cc越小，在同样的电压和电流变化情况下色差越小。实验表明，越强的磁透镜色差系数较小。

图之1-10 |色差产生的示意图

为了获得高分辨本领，这就要求稳定加速电压和激励电流以减少色差。故此，电镜中对加速电压和各透镜电流的稳定度要求很高，常达10^-6数量级。

色差产生的另一主要原因是电子与样品的相互作用。入射电子遭到样品的非弹性散射而损失能量，从而波长也发生变化而产生色差，损失的能量可高达10～20V。样品越薄非弹性散射的可能性越小，因此高分辨率的样品要求很薄。此外，电子由加热灯丝产生，热犮射出来的电子具有不同的初始能量，这也产生色差。因此高分辨电镜采用场发射电子枪，以求获得初始能量较一致的电子束以减少色差

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磁透镜的分辨本领、景深和焦深

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分辨本领

电镜的实际分辨率受到电子束的相干性、光学系统的象差、合轴调整、样品的质量、漂移、污染等因素的影响，也取决电子源和各个透镜的质量，但最主要是取决于物镜的分辨本领。因为物镜承担了从物到第一级放大象的转换作用，此后的电子光学系统(中间镜，投影镜)只是把物镜给出的第一级放大象再进行电子光学放大而已。因此，一方面由于物镜分辨本领的限制在第一级放大象中损失的细节，在以后的放大象中不可能重新获得，即终象的分辨本领不可能高于第一级放大象。另一方面，第一级放大象已把物的细节经过物镜放大，因此，即使中间镜和投影镜的质量稍逊，也能使第一级放大象的细节较好的放大成终象。物镜的分辨本领取决于衍射、球差、色差和象散。但对于色差和象散技术上可减至较小的数值，因此物镜的分辨本领主要取决于衍射和球差。衍射对分辨本领的限制δ_D为：

在孔径角α很小时，上式可简化为：

球差引起的分辨本领的损失δ_s为：

δs = Csα3

在两种效应的联合影响下，分辨本领的限制δ为：

图1-11 磁透镜的分辨本领，δ、δ_D、δ_s随孔径角α变化的曲线

可见，分辨本领δ是电子波长和物镜孔径角α的函数。当加速电压一定时，波长固定，分辨本领只与孔径角α有关。图1-11是δ、δ_D、δ_s随孔径角α变化的曲线。通过求式\ref{temResolutionE}的极值可求得最佳孔径角α_opt：

当孔径角为最佳值时，分辨本领最佳值δ_opt为:

当加速电压为100kV时，，若C_s = 1mm，则，分辨本领为。目前商品电镜已达到这个极限了。

• 考试题：试讨论以电子作为光源的理论分辨本领和磁透镜实际分辨本领的区别

（提示，仔细理解本章公式\ref{temEw01}和\ref{temResolutionE}）

景深和焦深

磁透镜有一个特点就是景深和焦深都非常大。这是由于使用的孔径角很小，是小角度成象的结果。电镜的孔径角一般为10 ^{− 2}˜10 ^{− 3}rad（光镜中，物镜孔径角常常大于1rad），景深是指在保持象的清晰度的条件下，物面允许移动的范围，而焦深则是指在同样的条件下，象面允许移动的范围。

图1-12. 景深和焦深。I为O的象，O在a、b两点之间所成的象都是清晰的，ab之间的距离就是景深D_fo，ab在象方的等效轴间距就是焦深D_fi。

如图1-12所示，透镜把点O成像为I，a及b处半径等于要求的分辨本领δ，因此，物无论放在а至b之间任何一个位置上，根据分辨本领的要求，像都是清晰的，这个距离D_fo就是景深。由于在透镜物方存在景深，在像方也必定存在一个等效的轴间距离：在RP1和RP2处，半径为Mδ，M为放大倍数，同样在RP1和RP2之间的距离D_fi内，无论像平面在那里，像都是清晰的，这个距离D_fi就是焦深，景深和焦深是孔径角和分辨本领的函数。从图1-12中很容易确定景深：

Dfo=δ//α

同时，由于物方的孔径角为象方的孔径角的M倍，故焦深为：

Dfi=/α

大的景深和焦深给工作带来很大的方便，例如：当孔径角α约为10 − 3rad，分辨本领，则景深D_fo约为1μm。这样，一方面在物镜聚焦时， 物面的位置允许有1μm的误差，这给聚焦带来很大的方便；另一方面，对于μm厚的样品都能获得分辨率为10A的清晰的象。这对于复型的样品如冰冻蚀刻法制得的样品具有很大的优点，因为复型的样品高低不平，由于有大景深使高低不平的样品仍获得清晰的象。

同样焦深大也有方便之处。例如在电镜中，多级放大系统的放大倍数是所有透镜放大倍数之积，通常可达10⁵倍以上，如果孔径角为10 − 3rad，分辨本领为1nm时，由焦深公式，焦深可达1万米。

所以电镜的荧光屏，底片能放在投影镜以下任何位置上终象都是清晰的，只是放大倍数有所改变。甚至把荧光屏斜立起来正对着我们的视线，虽然象畸变较大，但仍然能在整个荧光屏上获得清晰的象。

• 考试题：

试讨论分辨本领和物镜孔径角之间的关系，为什么电镜小荧光屏可以斜着放？

当小荧光屏倾斜放置时，圆形病毒看上去应该是什么形态的？

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象的反差形成原理

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如果用白粉笔在白墙上写字是不易被看清的，若写在黑板上就容易看清了。这是因为白字和黑板两者黑白分明，即两者反射光的�

透射电子显微镜的结构

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透镜电镜的镜体剖面如图\ref{temView}所示。它由电子光学系统、真空系统和电子学系统三大倍分组成，它们的构成见下表：

电子光学系统

电子光学系统即电镜的镜体，它基本上是一个电磁透镜系统，上端是照明系统，由电子枪和聚光镜组成，其作用是为成象系统提供一个亮度高、尺寸小、高稳定的光源，中部是成像系统，包括:样品室、物镜、中间镜和投影镜。下端像的观察和记录系统，由观察室和照像室组成。其内部结构示意图见\ref{temView}

%zjq图1-20

电子枪

电子枪是电镜的照明源，其重要性仅决于物镜。因为电镜的放大率很高，而终像的亮度是电子透过样品后亮度的1/M^2倍（M是电镜总放大率）。而且电镜的孔径角很小，因此，要求电子枪能产生很亮（即单位立体角的电流密度很高）的细电子束。电子枪由灯丝阴极、栅极（或称韦氏圆筒）和加速阳极组成，参阅图\ref{temGun}。

灯丝是用直径0.1mm的钨丝做成V字形，通电加热至2500～2800K时，在尖端即产生热电子发射，形成照明束。在灯丝下方有一加速电极---阳极，用来加速电子。电压通常在50～200kV(千伏)之间。为了防止产生色差，加速电压要求高度稳定，其稳定度通常要求达到10 ^{− 6}/min的数量级。在灯丝和阳极之间有一电位比阴极要高(-100～-500V)的栅极，栅极用于控制电子束形状和发射强度。现代电镜一般采用自给栅偏电子枪(图\ref{temGun})，把负高压接到栅板上，经过一个可变电阻(栅偏压电阻)接到灯丝上。其优点是栅偏压电阻起负反馈作用，从而能稳定电子束流的作用。由于栅极的排斥作用，使电子会聚成束。其中束交叉点处束径小于100μm，电子密度最高，是电镜的实际电子源。

%zjq图1-21

%zjq图1-22

在开始时，随着灯丝加热电流增大，灯丝温度上升，束流也增加，但由于栅偏压电阻的反馈作用，随着束流增加栅极电压更负，从而限制束流的增加，束流增长速度逐渐变慢，当灯丝温度到达某值时，束流不再随灯丝温度的上升而增大，此称为束流的饱和点。栅偏压电阻值不同有不同的饱和点，饱和现象使束流稳定从而稳定了终像的亮度。如果调节加热电流使之比饱和点稍小一点，此时屏上出现如图1-22的图像。此称灯丝像，中心亮斑是灯丝尖的像，周围的"晕轮"是栅极帽的像，此灯丝像在电镜调整中很有用,如灯丝像是对称的话则灯丝是对中的(如图\ref{temGunAlign}a)，否则灯丝是不对中的(如图\ref{temGunAlign}b)。

聚光镜

聚光镜的作用是将来自电子枪的电子会聚到样品上，通过它来控制照明电子束斑大小，电流密度和孔径角。照明束斑过大时，会引起样品热漂移和污染，使图象模糊不清，并会因电流密度不足而使象亮度差，故电镜多有两个聚光镜。第一聚光镜(C₁)是一个强透镜，它的作用是把有效光源的尺寸缩小，即缩小柬斑直径，最小可达1～2μm。第二聚光镜(C₂)是一个弱透镜，采用长焦距的弱透镜是为了使照明孔径角足够小和在聚光镜与物镜之间提供一个较大的样品空间，以便能够放进样品台以及其它的附件。第二聚光镜用以控制照明亮度、照明孔径角和照明斑的尺寸，但只能在第一聚光镜决定的范围内变化照明斑的大小。实际操作中，在象的亮度合适的条件下，第二聚光镜尽可能散焦，以获得尽可能小的孔径角(孔径角增大，球差增大)。为了缩小照明孔径角，在第二聚光镜之下装有第二聚光镜可动光栏(φ,100，200，300，400μm的圆孔)，根据需要可选取不同的光栏孔。

第二聚光镜如存在象散，亮斑成椭圆将会降低终象的亮度。因此，第二聚光镜都装备有消散器。

电子枪和聚光镜(C₁和C₂)都装备有平移和倾斜的调整机构(机械式的或电磁式的)，以进行相互之间或与物镜之间进行合轴调整。

样品室

第二聚光镜下面是样品室。室内有样品台，样品台支承样品并使样品可在两个相互垂直的方向移动。移动是极端精密的，在高倍放大时，重复精度应达到10nm以内，多数电镜的样品台还装有使样品旋转和倾斜的装置。电镜的样品载于铜网上，铜网放在样品架(或称样品筒)上。样品架如从上向下落入物镜中，称为顶落式。顶落式由于稳定性较好，能获得较高分辨率。样品架如从侧面插进物镜中称侧插式，侧插式样品架便于样品倾斜，旋转等，适用于分析性电镜。

高性能的电镜在样品室中常装有防污染装置。电镜镜筒的真空度常在10 ^{− 3}～10 ^{− 4}Pa,多 是采用油扩散泵来获得高真空。由于扩散泵油和密封橡皮垫圈的真空脂的挥发，使镜筒内含有大量的碳氢化合物分子。这些碳氢化合物分子落到样品表面上形成无定形的覆盖层，这个覆盖层受到电子束的轰击时会分解为碳和氢气，氢气入真空中，而碳则留在样品上，它使样品的反差降低，这种现象称为“污染”。在一些脏的镜筒中，“污染”引起的碳的沉积层可达每秒0.5nm的速度生长。“污染”层与样品一起成象，显著降低分辨本领。因此，需要防污染装置，它是一块尽可能靠近样品的冷冻金属块，通常用金属铜制成，中央有一小孔以便电子能正常通过。铜片放在样品上方或下方，或者上下方各放一块。铜片连接铜棒，铜棒经过真空密封通到镜筒外，浸在充满液氮的杜瓦瓶中。热量通过铜棒迅速传走，使铜片保持在-160℃以下。于是碳氢化合物分子首先凝集在冷却的铜片表面上，从而防止这些碳氢化合物分子去“污染”样品。

物镜 在样品室下面是物镜，其作用有二：形成样品的第一级放大象和通过调节物镜线圈的激励电流，相应地改变物镜的焦距从而对象进行聚焦。物镜是电镜的最关键部分，由它获得第一幅具有一定分辨本领的电子放大象，物镜中任何缺陷都将被成象系统其它透镜进一步放大。因此，电镜的分辨本领主要取决于物镜的分辨本领，为了减少象差从而提高分辨本领，物镜应是强激励短焦距的。高性能电镜的物镜最短焦距约为1～mm，放大率约为100～200倍，分辨本领约达0.2nm。为减少色差，要求激励电流高度稳定，常要求达110 ^{− 6}min。在电镜观察中，象的漂移是一个很讨厌的现象。原因是热漂移或样品台的机械振动，电子束的能量引起样品的温升和物镜激励电流产生的温升都会产生热漂移现象。为了减少物镜温升引起的热漂移，通常用水冷却物镜使其保持恒温。这些冷却水管很细，要注意冷却水的水质。

物镜中都装备有一可动光栏，它是由非磁金属如铂或钼制成，一般有3～4个大小不同的孔供选择。物镜光栏除能提高象的反差外，还起控制物镜孔径角的柞用：通常样品是放在物镜的前焦面附近，而物镜光栏放在物镜的后焦面附近，物镜孔径角在焦距变化不大时，近似为光栏孔半径(R)与物镜焦距(f_o)之比，即α_o≈R / f_o。选择合适的孔径角是重要的，它对提高分辨本领和象反差有明显的影响。

物镜下面都装备有一对物镜消散器，可最大限度减少物镜象散，以获得高的分辨本领。

中间镜和投影镜

中间镜的作用是把物镜形成的一次放大象或衍射花样投影到投影镜的物平面上，再由投影镜放大投影到荧光屏上而获得终象。中间镜是一个可变倍率的弱透镜，焦距较长，放大率在20倍之内。电镜总放大倍率的改变主要利用中间镜倍率的变化来达到，因为电镜的总放大率为所有透镜放大率之积，即：

式\ref{equ0105001}中，M_o为物镜放大率，M_I为中间镜放大率，M_P为投影镜放大率。

投影镜的作用是把中间镜形成的二级放大象再放大投影到荧光屏上，从而形成终象。投射镜是一个短焦距的强磁透镜。投影镜因为是作第三次放大，故对它的精度要求较低。投影镜的象差主要表现在低放大倍数时的畸变。因为此时成象电子束通过透镜面积较大。一般是利用中间镜形成的“桶形畸变”和投影镜形成的“枕形畸变”互相抵消，从而获得无畸变的低放大率的象。

同样在成象系统中也必须备有一个重要的合轴机构。

荧光屏与照像室

在投影镜下面是象的观察和记录系统，终象是用荧光屏来显示。除了用于观察的大荧光屏外，还有一个用于聚焦的小荧光屏和放大10倍的长焦距的双目光镜。这台光镜由于使用很大的物镜孔径角，使用它放大象时的亮度损失很小。而直接使用增大电子光学放大倍数获得高放大倍数时，象的亮度会显著下降，这是使用光镜的优点和设置它的原因。聚焦荧光屏可以倾斜，以利于通过光镜进行聚焦。

在荧光屏下面是照相暗盒，它和电磁快门、曝光表组成象的记录系统，用于把终象拍摄记录下来。把终象拍摄下来不但能把象长期保留以便研究分析，而且由于照相底片的分辨本领大大高于荧光屏，因此，拍摄出来的底片往往含有在荧光屏直接观察时看不到的细节。在拍摄时使用曝光表要注意：曝光表所指示的亮度仅代表探测器所接收的电子总数，并不总能代表拍摄的最佳曝光量。我们在拍摄时必须注意这个问题，否则所拍摄得的象不能获得满意的结果。多数的电镜中，照相室和观察室之间都装备有单独的气阀，使照相室可单独排气和放气以便更换底片时不会破坏整个镜筒的真空，并且可继续进行像的观察。

目前许多新电镜的观察和记录己径使用CCD(Charge Coupled Device电荷耦合装置)代替荧光屏和底片。CCD优越性明显：不用冲洗照片；利于用计算机处理图象以及有利于观察和拍摄等。

真空系统和电子学系统

真空系统和电子学系统都是为了保证电子光学系统正常工作的辅助系统。

真空系统

严格地说，真空是指完全没有任何物质的空间，也就是说这个空间内的气压为零的。这样的空间称为“绝对真空”，这是永远达不到的。通常我们所讲的真空是指它里面的气压少于常压的空间，因此，一个空间的真空程度与它的气压是密切相关的。气压越接近常压大气压，空间的真空度就越低，反之气压越低，则真空度就越高，即真空度是用气压来表示的。一个大气压等于760mm水银柱的压强。真空度单位用大气压表示太大了，现在国际上用帕斯卡（\rm{Pascal}）(国际单位制单位为Pa)表示:1Pa=1N/m²，其中N为力学单位“牛顿”。过去曾用单位还有“托（Torr）”，Torr=133.32Pa

通常把不同程度的低气压空间划分为：

   1000Pa以上             粗真空 
   1000Pa~0.1Pa         低真空 
   0.1Pa~10 − 6Pa以下   高真空 
   10 − 8Pa以下          超高真空 

电镜的真空系统是用于从镜筒中排除空气或其它气体。如果镜筒内有较高的气压时就会发生：

• 气体分子与高速电子碰撞会引起“炫光”或降低象的反差；
• 电子枪的负高压会引起电离和放电，使电子束不稳定或“闪烁”；
• 残余气体与炽热的灯丝作用，不断腐蚀灯丝，缩短其寿命；
• 残余气体会污染样品。

早期的电镜主要是考虑上面的第一点，减少镜筒的残余气体的质量厚度，使残余气体分子对电子束的散射达到可以忽略的程度。要求电子从灯丝发射后一直到达荧光屏不会与气体分子发生碰撞，即要求电子的“平均自由程”大于镜简长度，计算表明此时真空度约为10^{-1}Pa。然而随着电镜性能的提高，真空系统着重要解决样品的污染问题。对真空的要求大为严格了。

电镜的真空系统一般包括：真空泵（机械泵和扩散泵）、真空指示器、真空管道和自动阀门系统；以及冷阱、预抽室、真空干燥器；用于开关气动阀门的空气压缩机等。

电镜镜简要求真空度一般约为10 ^{− 3}Pa。常采用两级泵串联：第一级是机械泵获得10Pa～Pa的低真空，作为第二级泵的预真空；第二级采用油扩散泵使真空到达10 ^{− 3}Pa。对于要求真空度高于10 ^{− 3}Pa的电镜，往往需要三级串联系统，第三级泵多采用吸附泵或油扩散泵。泵系统通过真空管道和阀门与镜筒连接，真空管道应尽可能短而粗，以尽可能减少气阻获得最大的抽速。管道表面尽可能光滑，防止金属表面吸附气体后放气而影响真空度。真空管道，阀门等的接口采用橡胶垫圈O环来密封，O环应抹上一些真空脂提高密封效果。但应薄而均匀不宜过多，防止真空脂挥发而污染镜筒的真空。电子枪附近的接口所用的O环不要用真空脂；对于真空度高于10 ^{− 3}Pa的真空系统，要用金属垫圈或氟橡胶垫圈来密封。

电镜的真空指示器(常称为真空规)是用来检测和监视镜筒的真空状态的，一般的真空规都是只适用于测量某一段的真空度的。因此，电镜常用二个真空规：一个是用于测量真空度在10 ^{− 1}Pa以下的低真空规，与机械泵相对应，常用的有热传导式的皮拉尼(Pirani)真空规。另一个是用于测量真空度在10 ^{− 1}～10 ^{− 5}Pa的高真空规，常用的是冷电离型的潘宁(Penning)规。

在理想的情况下，泵系统把镜筒的气体排除出去使达到要求的真空度后，就可密封镜筒并把泵关闭。可惜这是不可能的，因为气体会不断地通过一些很小的漏气孔进入镜筒，同时镜筒内壁表面，尤其是照相底片会不断放出气体使真空度下降，因此，在电镜工作状态时，真空系统必须连续不断地工作。

电镜的真空系统是一个金属真空系统，目前还未有理想的检查漏气的方法和仪器，如果出现漏气是很麻烦的。因此，要十分注意防止出现漏气，尤其在装拆真空系统时要十分小心，防止损伤接口处的金属表面、O环及金属软管等，在安装接口时要仔细检查金属表面、O环是否有损伤或棉纤维等。如果用螺钉固定的，各螺钉松紧程度要均衡，O环变形后要更换新的。如果发现漏气，漏气处几乎都是经常活动的地方或拆卸过的地方，要从这些地方先检查起，切勿随意乱拆，有时还须分段检查。

电子学系统

电镜的电子学系统总的说来有两个方面的作用：一是提供合适的电功率，包括高压、透镜电流和真空电源等；二是控制和调节电镜的工作状态，包括一系列的控制调整线路。电子学系统主要包括：交直流电源、高压电源、透镜电流电源、真空电源与自动控制系统、束偏转，消散器等电源和控制系统以及安全系统和辅助电源等。

电镜的电子学系统电路原理并不复杂，但由于稳定性要求很高，例如物镜电流稳定度要求为1×10 ^{− 6}/min。因此，线路还是较复杂的，在检修时需要有熟练的技术。

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电子显微镜操作

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电镜的成象质量虽然决定于仪器的优劣，然而一台高质量的电镜，只要操作稍有不当，就会显著影响仪器的性能。例如分辨本领的下降，图象不清晰等。所以，正确的操作是十分重要的。由于各种型号的电镜结构不大相同，操作方法也各异。故此，只对某些关键操作作一些说明。

合轴操作

为了获得高分辨率和高质量的象，要求电子枪和所有的透镜以及光栏等所有光学部件的轴都要重合的，即在同一轴线上。由于制备的精度以及电镜各部件常要拆卸清洗等原因，电镜不可能经常处在合轴的状态，于是就需要通过调整各光学部件，使它们的轴尽可能地重合，这个操作称为合轴。合轴不良的电镜，不但操作极为不便，而且象的分辨率、亮度和反差都会下降。完全的合轴实际上是困难的，但关键的条件应当满足。电镜合轴是否良好，一般是通过合轴不良时产生的现象是否出现来判断。当电镜合轴良好时，应满足下列条件：

• 在任何一个成象透镜电流改变时，象将围绕屏的中心旋转，而不发生移动。当放大倍数改变时，

象的中心不动，只是均匀地放大或缩小。

• 当高压改变时，象同心地放大或缩小，象的中心保持在屏中央不变。
• 当改变聚光镜电流时，亮斑以屏中央为中心同心地扩大或缩小，而整个屏照明是均匀的。
• 当中间镜在焦时，衍射点将在荧光屏的中央。

通常调节合轴操作有二种方式：

1. 投射镜固定，电子枪和其它透镜可调节，以投射镜为基准，调节其它光学部件与其合轴。
2. 物镜固定，其它部件可调节，使其与物镜合轴。多数电镜是采用这种方式的。

照明系统的合轴

照明系统的合轴是指电子枪和聚光镜的合轴，两者的轴不但要平行而且要重合。照明系统不合轴会使亮斑亮度下降，亮度不均匀，并且亮斑会移动以及成象反差下降。合轴操作如下，

1. 在安装灯丝时，必须使灯丝尖端与栅极孔的中心严格对正。装好灯丝抽真空，加上高压并使灯丝饱和后将在屏上看到一小亮斑，调节电子枪平移，使亮斑达到最亮。
2. 接通聚光镜激励电流。此时，由于未台轴，当改变聚光镜C₁和C₂的激励电流时亮斑会移动，就反复调节C₁及C₂的倾斜和平移，直至C₁和C₂激励电流改变时，亮斑在中心不动，只作同心地扩大和缩小。
3. 减少灯丝加热电流使灯丝欠饱和。此时会出现灯丝象，如图\ref{fig0105filement}所示。如果电子

枪与聚光镜不合轴，灯丝象是不对称的，通过交替调节电子枪平移和倾斜直至灯丝象完全对称为止。如果要加上第二聚光镜光栏，也必须使光栏孔与聚光镜合轴。如果两者是合轴的话，改变C2激励电流时，光栏象将会同心地扩大或缩小。

这样，照明系统的合轴操作就基本完成。此时应满足以下条件：

• 改变C₁及C₂激励电流时，亮斑中心不动，只作同心地扩大或缩小，而且亮度均匀。
• 在灯丝欠饱和时灯丝象是对称的。当增加灯丝加热电流时，亮斑亮度也增加，不会出现亮度变弱的现象。

成象系统的合轴

成象系统的合轴包括：成象系统各透镜与物镜合轴和照明系统与物镜合轴两部分。成象系统合轴不良将使象的分辨率下降，原因有二：一由于各透镜不合轴，只有远轴电子束才能成象。而远轴束球差和畸变将会增大，从而使象的分辨率下降。二是电镜的高压电源和透镜电源并非绝对稳定的，不可避免会存在残余波动，如果物镜电流波动，则象将会旋转，但旋转中心是不动的，此点称为“电流中心”。当物镜电流波动为一定时，象的旋转角设为Δθ，那么，屏上距电流中心距为R的点的移动距离 Δr=ΔθR。可见距电流中心越近的点(即R小)，移动距离Δr就小。同样由于高压的波动，将引起放大率以一不动的点为中心的径向变化，此不动点称为“电压中心”。同样，象上距电压中心越近的点移动较小。不论是由于高压或电流的波动引起象的位移越小，对象的分辨率影响就越小。因此，希望电流中心和电压中心都共同处在屏的中央，这就要求成象系统合轴。如果合轴很差，电流中心和电压中心远离屏中央，象的分辨率就下降。

中间镜、投射镜与物镜合轴操作

按下电镜的衍射按钮(DIFF)，这样中间镜的物面与物镜的后焦面重合就可获衍射点。调节相机长度至最大值，此时衍射点可能不在屏中央，通过平移中间镜使衍射点到屏中央。又调节相机长度至最小值，通过平移投射镜使衍射点到屏中央，接着调节相机长度至最大值，衍射点又不在屏中央。于是重复上述调节，直至相机长度从最小值到最大值来回变动，衍射点都一直处在屏中央不动(或移动很小)为止，此时中间镜和投射镜就与物镜合轴了。实际上电镜成象系统一般不止三个透镜，此时调节方法较为复杂些，但基本方法如上。

照明系统与成象系统合轴

照明系统与成象系统合轴是通过调节电流中心或电压中心至屏的中央来实现的，多数电镜是采用调节电流中心的方法。其操作如下：接通物镜电流调制器，使物镜电流以每秒二周的频率波动。此间，象在屏上旋转，于是容易确定电流中心，通过照明系统的倾斜使电流中心调至屏中央，但此时亮斑可能不在屏中央，就通过照明系统的平移使亮斑处在屏中央。但电流中心又可能移离屏中央，此时就要反复进行上述调节直至电流中心与亮斑都在屏的中央为止，这样，照明系统与成象系统的合轴就基本完成了。

电镜的合轴调节是一个逐步逼近的过程，不可能一步完成。因此，在合轴过程中，开始时不需要调整得太精确，只需作初步调整。通过反复的调整逐步达到精确的合轴，这样较省时省力。一般来说，除非整机拆洗，否则不需要每次进行全部的全轴过程。成象系统不易被污染，不需要经常清洗，也就不用经常进行合轴。照明系统易被污染，又常要更换灯丝，故照明系统的合轴是较经常的。最重要的是照明系统与成象系统的合轴。

每次工作之前最好作如下合轴检查：

1. 改变聚光镜激励电流，检查亮斑是否以屏中央为中心同心地扩大或缩小；
2. 检查灯丝象是否对称；
3. 检查电流中心是否在屏中央；
4. 检查衍射点是否在屏中央；

满足上述条件即可工作，否则应稍作调整。

• 考试题：如何进行合轴操作？每一步需要注意什么问题？那一步要经常做的？为什么？

消象散

透镜的象散是影响电镜分辨本领的重要因素，因此，消象散是获得高分辨率的重要步骤。一般的电镜只有第二聚光镜和物镜装备有消散器，并要求进行消象散操作的。

聚光镜消散

聚光镜存在象散，使照明系统不能获得截面为圆的亮度均匀的照明电子束，亮斑变成椭圆形，这会浪费照明电子束，使终象亮度下降和亮度不均匀。消散方法有二：

1. 圆形光斑法 在低倍下让C₂控制旋钮迅速在焦点前后变动，如果存在象散，照明亮斑的变化规律是：由椭圆\to圆\to椭圆。椭圆的长轴在两个相互垂直的方向交替变动， 此时，调节C₂消散器直至C₂控制旋钮在焦点前后变动时，亮斑一直是圆的，只是同心地扩大或缩小。
2. 灯丝象法 在低倍下使C₂聚焦，然后减少灯丝的加热电流，灯丝欠饱和并在屏上出现灯丝象。调节C₂消散器的方位和振幅，直至灯丝象最清楚。使灯丝象电流饱和以及灯丝象消失，用圆形光栏法检查，亮斑应是圆的。

物镜消散

物镜存在象散使象的分辨率显著下降。物镜消散方法有二：

1. 拉线法 在样品中找一些界线清楚反差强的粒子，当稍欠焦粒子是清楚的。如果物镜存在象散，粒子不是圆形而是拉长的线形。当物镜电流在焦点附近变化，即稍欠焦-正焦-稍过焦变化，象将出现正交的跳动，即竖线---横线跳动，透镜的象散越严重，出现的拉线越长。把放大倍数置于比拍片时倍数稍高些，使物镜电流在焦点附近来回变动，象就出现正交的跳动，此时调节物镜消散器的大小和方位，直至粒子不再被拉长和正交跳动消失为止。这样象散被矫正了，象最清晰。此法矫正精度不很高，但在放大50000倍和分辨率在1nm以上，熟练者能迅速矫正象散。当放大倍数超过20万倍时，此法又显得有效。
2. 费涅尔条纹法 这方法是最有效的检验和矫正像散的方法。尤其适用于高倍率和高分辨率时。

%zjq之图1-23

当一束光照射到一个障碍物的边缘时，根据惠更斯一费涅尔原理，在该边缘会产生一个次级波，它与入射波的干涉作用会在障碍物的边缘处产生明暗相间的衍射条纹，一般称为费涅尔条纹。在电镜中当物镜稍失焦时，也经常看到这种现象。如果在样品上选择一个边缘清晰的小孔，如微筛样品上的小孔。如果物镜稍过焦，象中就会出现费涅尔条纹，一般只有一条，如图\ref{temFresnel}所示。计算与实验证明：条纹的宽度(即黑条纹的中点到白条纹的中点的距离)d是与失焦量△f成正比：d=K△f(K是常数)。在正焦时△f=0，没有条纹。如果不存在象散，各个方向透镜的焦距f都是相同的。那么，给出某一失焦量△f时，条纹宽度d是处处一样的。如果透镜存在象散，在正交两个方向上焦距是不一样的，假设为f₁和f₂。在给出一失焦量时，△f₁△f₂，则条纹宽度d₁d₂。这样我们就可以利用上述方法确定是否存在象散或象散是否已被矫正。

实际操作如下：选择一边缘清晰直径约l00nm小孔，放大倍数在倍之间，稍为过焦以获得衍射条纹。逐渐减少过焦量，使条纹不均匀性明显起来，调节消散器使条纹不均匀性尽可能减少。再减少过焦量，条纹变窄不均匀性又明显起来，再调节消散器，使条纹变均匀。如此多交反复，直至获得尽可能完善的矫正。

聚焦

一般电镜放大率的改变是通过改变中间镜激励电流来实现的。当中间镜的焦距改变时，它的物平面在筒内上下移动。此时必须使物镜的象平面和中间镜新的物平面重合，象才清晰，这个过程称为“聚焦”，它是通过调节物镜电流来完成的。

光镜的聚焦只不过是获得尽可能清晰的象。在电镜中，以象的“清晰度”作为正确聚焦的标准是不合适的。人的眼睛是以象的反差最大时为最清晰的。在电镜中存在离焦反差，在稍欠焦或稍过焦时，反差比正焦时强，所以，不能以“清晰度”作为正确聚焦的标准。只有在低倍时尚可以，高倍时就不行了。可用以下方法进行正确的聚焦：

象摇摆法

象摇摆法就是用“摆动器”进行聚焦，适用于10⁵倍以下聚焦。当物镜处于正焦状态时，从物面上一点向任何方向发射的电子通过物镜后都会聚到一点上。如果有来自两个不同方向发射的照明电子束，从样品上一点通过样品，经过物镜后，在正焦时仍获得一正焦的点象，如图\ref{temWobbler}a所示。如果失焦，则产生两个散焦的点象，如图\ref{temWobbler}b所示，这样就很容易鉴别是否正焦了。摆动器是由两对偏转线圈组成。当加上交变电流时，照明束以样品上一点为中心来摆动，所产生的效果与两束电子一样，如果物镜失焦象就会移动，出现双象。如果正焦象就不动，只有单象，这样我们就很容易地进行正确聚焦。

最小反差法

电镜由于存在离焦反差，焦点附近，真正的正焦时反差最低。在低倍时取出物镜光栏，这种现象是很明显的：在焦点的两侧象是比较清楚的，在正焦时几乎看不到象。我们可以利用这种现象进行聚焦，此法的缺点是要取出光栏。

费涅尔条纹法

在高倍时，上述方法是不适用的，最好的方法是费涅尔条纹法。和消散一样选择一个边缘清晰的小孔， 当物镜失焦时会出现衍射条纹。如欠焦，小孔内侧边缘出现一圈亮线；如过焦，小孔内侧就会出现一圈黑条纹，如图\ref{temFresnel}所示，只有在正焦时就既没有条纹也没有亮线。我们可以利用这个现象，细心调节物镜电流直至象中既没有条纹又没有亮线为止，此时聚焦就完成了。

%zjq图之1-24