一、分辨率
    一臺光學(xué)儀器所能區(qū)分清2個點(diǎn)之間的最小距離，即稱為該儀器的最高點(diǎn)分辨率：d=δ。顯然，分辨率越高，即d的數(shù)值(為長度單位)愈小，則儀器所能分清被觀察物體的細(xì)節(jié)也就愈多愈豐富，也就是說這臺儀器的分辨能力或分辨本領(lǐng)越強(qiáng)。
    關(guān)于分辨率還有一種定義，叫做線分辨率。是指所能區(qū)分兩條線之間的最小距離。線分辨率與點(diǎn)分辨率并不相等，通常對同一臺儀器而言，它的線分辨能力總是稍強(qiáng)于點(diǎn)分辨率， 即d線＜d點(diǎn)，這一點(diǎn)是可以理解的，就象我們的眼睛區(qū)分靠得很近的線比區(qū)分兩個靠得很近的點(diǎn)要來得容易一些。
    分辨率是標(biāo)志一臺光學(xué)儀器性能最重要的衡量參數(shù)，在電子顯微鏡說明書的技術(shù)參數(shù)欄 目里，一般都會將標(biāo)志其性能水平的點(diǎn)分辨率和線分辨率分別給出。分辨率在某種意義上說，如同于人眼的視力一樣，會受到許多因素的影響。人的眼睛會因近視、遠(yuǎn)視、散光等影響 而導(dǎo)致視力下降，最終的測試差別，可反映在對視力表的觀察上。據(jù)測定，正常視力的人眼，其最高分辨能力約為0.2mm左右，即d人眼≈0.2mm。
在光學(xué)原理中，有一個很著名的阿貝(Abbe)公式：
式中：λ ��使用光線的波長值
      n ��光路中透鏡對介質(zhì)的折射率系數(shù)
      α ��入射光束與透鏡光軸間的夾角
    對于普通光學(xué)顯微鏡，為使分辨率提高即d↓，則須使λ↓或(n·sinα)↑。選用玻璃材料透鏡只能使其對介質(zhì)(空氣、水或油)折射率的最大值為nmAx→1.5左右。α→90°時，sinα的最大值才為1，所以（n·sinα）的最大值只能為1.5。則d≈0.5λ，即分辨率約為使用光波長的一半。
    可見光的波長范圍是：390nm～760nm，取可見光的波長為較短數(shù)值λ=400nm時（相當(dāng)于紫色光），dLM≈200 nm=0.2μm，這基本上可認(rèn)為是一般光學(xué)顯微鏡的最高分辨能力了。
    從阿貝公式和以上分析可以看出，追求更高分辨率最有希望的途徑則是選用波長更短的光線了。我們知道，從無線電波、可見光、X和γ射線到電子波，都具有波動性質(zhì)，可以統(tǒng)稱為電磁波，只是由于各自產(chǎn)生的條件不同，致使其頻率和波長也不同，見表4-2。

       表4-2電磁波的波長范圍

紫外光顯微鏡的分辨本領(lǐng)之所以能高于普通可見光顯微鏡，是由于紫外光的波長較可見光為短，對于X線、γ射線雖然波長更短，由于找不到合適的透鏡材料而無法研制。
    從表4-2中可看出，如選用電子波來觀察物體，其波長更短，更有利于提高分辨率。電子顯微鏡正是利用電子波束做為“光源”來進(jìn)行放大成像的。在100kV的加速電壓下可產(chǎn)生波長為0.00387nm的電子波束，與可見光的最短波長390nm相比較,波長降低了約100000倍。但由于電鏡入射光線與光軸夾角只能取得很?。?alpha;≈10-2～10-3弧度，即 sinα≈α＝10-2～10-3。對于電鏡的折射元件��磁透鏡n=1，則nsinα=1 0-2～10-3。再考慮電鏡的其他特定因素，電鏡分辨率（dEM）大約在0.1nm左右。由于材料缺陷、加工精度、工作狀態(tài)、操作技術(shù)和樣品制備等多方面因素的影響 ，并非每臺電鏡都能輕易達(dá)到這個分辨率水平的。一臺電鏡的分辨率是其所能達(dá)到的最高分辨結(jié)果。制造廠家所給出的分辨率數(shù)值，是在最佳狀態(tài)下，由最熟練的操作者使用特制的檢驗(yàn)標(biāo)本拍攝出來的，常規(guī)狀態(tài)下操作時，觀察實(shí)際標(biāo)本所能達(dá)到的成像分辨率往往要低得多 。
    二、放大率
    單就放大率（magnification）而言，是指被觀察物體經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)放大后，在同一方向上像的長度與物體實(shí)際長度的比值。這是兩條直線的比值，有人將放大率理解為像與物的面積比，這是一種誤解，勢必引起概念上的混淆和計(jì)算方法與結(jié)果上的混亂。
    在光學(xué)顯微鏡中，如果僅僅考慮放大倍數(shù)的提高，只要增加透鏡級數(shù)，改變透鏡的配比，幾乎可以使放大倍數(shù)無限制地增大，但在實(shí)際制作和使用中可發(fā)現(xiàn)，盡管放大倍數(shù)可以提高到很大，分辨本領(lǐng)卻沒有提高。人們不但沒有因此而看得更清晰、分辨更豐富的細(xì)節(jié)，相反，得到的影像卻反而變得模糊不清。究其原因，除了光學(xué)透鏡自身不能被徹底消除的各種像差等固有缺陷隨著透鏡級數(shù)的增加，而被愈加明顯地暴露出來，導(dǎo)致成像質(zhì)量的嚴(yán)重下降以外，還有一個更重要的因素，即光的衍射現(xiàn)像的存在。光的衍射與其波長值有關(guān)，當(dāng)我們所要分辨的物體越小，衍射效果越是明顯。所以盡管放大倍數(shù)可以增加很大，而實(shí)際分辨能力卻被使用光線的波長等因素所限制，繼續(xù)單純地提高儀器的放大倍數(shù)是沒有實(shí)際意義的，為使放大倍數(shù)具有實(shí)際意義，我們引出了一個關(guān)于放大倍數(shù)的新定義��有效放大率：
                                 M有效=d眼/d鏡
    為人眼之分辨率與顯微鏡之分辨率的比值。對于光鏡來說：
MLM=dege／dLM≈0.2 mm／0.2 μm=1000×
    對于電子顯微鏡：
MEM=dege／dEM≈0.2 mm／0.2 nm=1 000000×
    可見一臺儀器分辨力的水平?jīng)Q定了自身的有效放大率。是光學(xué)顯微鏡將人眼的分辨能力放大了1000倍，才使我們在醫(yī)學(xué)上從解剖學(xué)的水平提高到細(xì)胞學(xué)的水平。而電子顯微鏡則將我們的分辨能力放大了1000000倍，能使我們對形態(tài)學(xué)的研究跨入了超微結(jié)構(gòu)甚至分子結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。
    三、電子束的產(chǎn)生及特點(diǎn)
    眾所周知，構(gòu)成物質(zhì)的最基本的單位是原子，原子是由原子核和核外繞核快速旋轉(zhuǎn)的電 子組成。在正負(fù)電荷所構(gòu)成的電場引力的作用下，原子核才與電子緊密結(jié)合在一起。以金屬原子為例，當(dāng)核外高速旋轉(zhuǎn)的電子在受熱或通過其他方式獲得足夠的能量，在達(dá)到某一個閾值時，便可克服原子核對它產(chǎn)生的電場吸引力，從原子內(nèi)部飛逸出金屬表面，成為自由電子。此時，如果在金屬附近加上一個靜電場，飛逸出來的自由電子會受到正電荷的引力作用，形成一股電子束流，向高電位方向飛射過去。電場的高電位處稱為陽極，低電位處��即產(chǎn)生自由電子的發(fā)射源，稱為陰極。陰極可以由金屬板、片制成，靠旁邊的燈絲加熱產(chǎn)生自由電子(旁熱式陰極),也可以由燈絲自身通電發(fā)熱產(chǎn)生自由電子(直接式陰極)。陰極與陽極間電位差的大小，我們稱為加速電壓值，在加速電壓的作用下，使自由電子的運(yùn)動從飛逸出金屬表面的雜亂狀態(tài)，變?yōu)橛行虻亩ㄏ蜻\(yùn)動。并加快到一個與加速電壓相對應(yīng)的速度,這個速度的不同也對應(yīng)了不同的波長值，因?yàn)殡娮硬ㄊ且环N具有波動性質(zhì)的電磁波。其波長值為：
                                     λ=h/(mv)
式中：h �� 普郎克常數(shù)為6.63×10-34J·s
      m �� 電子質(zhì)量為9.1×10-31kg
      v �� 自由電子被加速所達(dá)到的速度
    在加速電壓為V時，帶負(fù)電荷量為e的電子，能被加速達(dá)到的運(yùn)動速度v，可以從能量守恒定律的關(guān)系中得出：
                                  ev =                  
                                  v =  =5.93×105  (m／s）
    即電子運(yùn)動速度v與加速電壓V的平方根成正比，則
                               λ= h/(mv) = 1.226／（nm）
    電子束的波長值λ與加速電壓V的平方根成反比。
    歸納起來，電子束具有以下特點(diǎn)：①電子束為具有一定指向和運(yùn)動速度，自身帶有負(fù)電荷的粒子流，電子運(yùn)動速度v與加速電壓V的平方根成正比；②它又是一種具有波動性質(zhì)的電磁波(具有波粒二象性)，波長隨加速電壓值增高而縮短，電子束的波長值λ與加速電壓V的平方根成反比；③作為電子束流，在穿越磁場時，會因磁力作用而偏轉(zhuǎn)運(yùn)動方向，即發(fā)生折射；④電子束轟擊樣品時，能在不同深度激發(fā)出包含不同信息的電子，照射熒光物質(zhì)能使之發(fā)出熒光，轟擊膠片上的感光物質(zhì)則能產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)��曝光；⑤電子束雖然是電子顯微鏡所使用的“光源”，但由于其波長極短，所以只是一種肉眼所看不見的“光”，電鏡放大的影像最終必須轉(zhuǎn)化為可供人眼觀察的可見光影像。
    四、電子束入射樣品時所產(chǎn)生的各種信息
    電子束與樣品原子間的相互作用是表現(xiàn)樣品形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的唯一途徑。入射電子 與樣品原子中的電子和原子核會發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞，所產(chǎn)生各種電子信號和電磁輻 射信號（圖4-3）都帶有樣品原子的信息，從不同角度反映出了樣品的表面形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、 所含元素成分、化學(xué)狀態(tài)等。 
圖4-3 入射電子轟擊樣品和非彈性散射電子

   圖4-3入射電子轟擊樣品時產(chǎn)生的各種電子信號
    信號在樣品內(nèi)產(chǎn)生的位置、深度和范圍各不相同，這一方面與入射電子束的能量和打在樣品表面的束斑大小有關(guān)，另一方面也與樣品內(nèi)對各種信號的吸收差異有關(guān)。各種信號被特定的檢測系統(tǒng)收集后，可形成不同的影像或其他形式的信息而被用于不同的顯示目的。如透射電鏡利用透射電子成像，掃描電鏡則主要利用二次電子建立影像，還可以通過一些其他附加裝置（波譜、能譜分析儀）接受某種特殊信號來進(jìn)行信息處理。各種電子信號的產(chǎn)生來源及用途分別敘述如下。
    1.透射（transmitted）電子
    這是透過樣品的射出電子，其能量接近于入射電子能量。透射電子的數(shù)量多少、能量大小以及散射角度均與樣品的質(zhì)地和厚度有關(guān)。透射電子在與光軸垂直的橫截面上的密度分布 對應(yīng)于樣品內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)信息，透射式電子顯微鏡就是利用穿透樣品的電子來成像的。
    2.二次（secondary）電子
    二次電子是被入射電子所激發(fā)出來的樣品原子中的外層電子，它產(chǎn)生于樣品表面以下幾個nm 到幾十個nm的區(qū)域內(nèi)。其產(chǎn)生率主要取決于樣品的形貌和成分的差異。二次電子是掃描式電 鏡成像的主要信息載體，用于再現(xiàn)樣品的表面形貌結(jié)構(gòu)。
    3.背散射（backscattered）電子
    是指入射電子在樣品中受到原子核的盧瑟福散射后被大角度反射回來的電子，它產(chǎn)生于樣品內(nèi)部約100nm的深度。采用背散射電子所形成影像的襯度主要取決于樣品的原子序數(shù)。這種背散射電子衍射圖可以用來研究樣品的晶體學(xué)特征.
    圖4-4特征Ｘ線與俄歇電子的產(chǎn)生 

圖4-4 特征線與俄歇電子的產(chǎn)生

    4.特征X線（characteristic X-ray）
    樣品原子中的內(nèi)層電子被入射電子電離后，能發(fā)出包含元素特征的Ｘ線,它產(chǎn)生于500nm 左右的樣品深部區(qū)域。由于樣品中不同的元素可以發(fā)出不同的特征X線, 據(jù)此可以對樣品進(jìn)行成分分析。
    5.俄歇(Auger)電子
    樣品原子中的內(nèi)層電子被入射電子束激發(fā)電離后留下了空穴，此時，高能級上的電子必然要向低能級躍遷以填補(bǔ)空穴。電子從高能級向低能級躍遷時勢必釋放出能量，這種多余的能量可以以輻射的形式釋放(即產(chǎn)生特征X線)，也可以使另一外層電子從樣品表面逸出（圖４-４），此種逸出的二次電子叫俄歇電子,它產(chǎn)生于樣品表面有限的幾個原子層，其能量與樣品的化學(xué)成分有關(guān)，這種信號主要用于研究樣品的表面特性。
    6.陰極熒光（cathodoluminescence）
    外層電子受X線激發(fā)躍遷，而后回復(fù)原狀態(tài)時發(fā)出的電磁輻射，或者某些固體材料原子中的價電子被入射電子激發(fā)到高能級上所產(chǎn)生的弛豫發(fā)光叫陰極熒光。利用這種信號可研究發(fā)光半導(dǎo)體材料中的晶格缺陷等。
    五、電磁透鏡
    1.電磁透鏡的結(jié)構(gòu)、原理和特點(diǎn)
    (1)電磁透鏡的結(jié)構(gòu)  主要是由軸對稱的銅芯線圈按螺旋管狀均勻繞制而成，外面包覆著密封的鐵殼，內(nèi)嵌導(dǎo)磁率極高的軟鐵極靴。銅芯線圈在通電后能產(chǎn)生軸對稱的磁場，僅由銅芯線圈產(chǎn)生的磁場不夠集中，包覆鐵殼及鑲嵌軟鐵極靴的目的，是為了使磁場強(qiáng)度的空間分布高度集中在電磁透鏡的軸中心，從而以較小的空間尺寸獲得極大的電磁折射率。圖4-5（a）為電磁透鏡的剖面示意圖，（b）為透鏡磁場的空間分布曲線，（c）為實(shí)物外形實(shí)裝組合示意。
 
圖4-5 電磁透鏡

圖4-6 電磁透鏡的折射與會聚

    (2)工作原理  當(dāng)銅芯線圈中有電流通過時，將產(chǎn)生一個以透鏡軸中心呈對稱分布的閉環(huán)磁場，中心磁力線密度極高，電子束流在穿越磁場時必然會切割磁力線，從而受磁場洛侖茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)折射，并能使電子束從磁場的一端流入而在另一端被重新會聚（圖4-6），類似于光學(xué)透鏡中光線的會聚現(xiàn)象，同樣起到一個透鏡的作用，故稱電磁透鏡。調(diào)整透鏡線圈中電流的大小，可以連續(xù)改變電磁透鏡對電子束的折射率，因此電子顯微鏡能夠通過透鏡電流的調(diào)節(jié)，來無級變換焦點(diǎn)及放大率。任何一級透鏡可以在需用時打開，還可以在不用時關(guān)閉（切斷透鏡電流即可），這與光學(xué)透鏡的使用有著極大的不同。后者的鏡片一經(jīng)做好便固定下來，透鏡總體的焦點(diǎn)及放大率的改變，要通過各級透鏡之間的空間距離變化組合來實(shí)現(xiàn)。
    (3)電磁透鏡的特點(diǎn)和類型  由于構(gòu)成要求和工作原理決定了電磁透鏡具有以下特點(diǎn)：① 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對制作材料的純度、元件幾何形狀尺寸的加工精密度等都要 求極高；②易于調(diào)整，通過改變線圈中流過電流的強(qiáng)度，可以改變磁場強(qiáng)度，達(dá)到變化折 射率和焦距的目的；③像差較小，且較為容易消除或校正；④對電子束流的能量損耗小（在光學(xué)透鏡中為達(dá)到這一目的，須施以多層鍍膜等繁瑣工藝，付出很多代價才能實(shí)現(xiàn)）；⑤ 能在較短的距離內(nèi)產(chǎn)生較大的折射率，從而有效地縮短了鏡體的總長度。根據(jù)電鏡總體設(shè)計(jì)各級透鏡的功能要求不同，電磁透鏡主要可以分為2種類型：強(qiáng)磁透鏡和弱磁透鏡，前者焦距短，折射率高；后者焦距長，折射率低?？赏ㄟ^應(yīng)用材料結(jié)構(gòu)和通過線圈的電流強(qiáng)度的不同來制成。透射式電子顯微鏡主要是通過組合透鏡間的折射率變化和配比變化，來改變成像的放大率的。
 
圖4-7 球差的形成和光闌的作用

    ２.電磁透鏡的像差與消除
    電磁透鏡中的像差類似于光鏡中的像差，其產(chǎn)生原理一樣，故描述當(dāng)中常常沿用“光線”一詞來喻作電子線束。電鏡的像差也可以分成幾類，只是所采用的相應(yīng)消除措施與光鏡各不相同。
    (1)球差  由于成像的遠(yuǎn)軸光線與近軸光線的光路（傳播路徑）不同， 致使遠(yuǎn)軸光線與近軸光線在光程（傳播路途）上產(chǎn)生了差異，造成所形成影像的焦點(diǎn)位置出現(xiàn)了前后不同，參見圖４-7（a），這一原因所引起的像差稱為球面像差，又稱球差。當(dāng)入射光與光軸發(fā)生傾斜時也會加大透鏡的球差。所以電磁透鏡和光學(xué)透鏡一樣也常常加有透鏡光闌,見圖4-7（b），選用較小的孔徑角，用以遮擋遠(yuǎn)軸光線，著重利用近軸光線成像，從而降 低球差帶來的影響。此外加裝電子槍和電子束的傾斜校正線圈；也可以有助于消除或減少球差.
    (2)衍射像差  光線遇到小孔或小障礙物時會產(chǎn)生繞向前進(jìn)，這種衍射效應(yīng)所導(dǎo)致的像差稱為衍射像差?？讖皆叫。浇咏饩€的波長值，衍射像差就越明顯。所以光闌孔徑太小，雖然有利于消除球差，卻使衍射像差增大，故光闌大小恰當(dāng)值的選取也很重要，要視情況而定，權(quán)衡選擇.
    (3)色差  如果施給自由電子的陽極加速電壓值發(fā)生了變化(實(shí)際上不可能達(dá)到絕對地穩(wěn)定不變)，將會引起電子束波長的變化，而同一塊透鏡對不同波長的電子束產(chǎn)生的折射率是不同的。這種現(xiàn)象如同光學(xué)透鏡一樣（圖4-8），該像差同樣被稱為色差或色散。所以電鏡須要求配以十分穩(wěn)定的電壓與電流恒定裝置，盡可能地限制電子束波長的飄移。 

圖4-8 色差現(xiàn)象
    (4)軸上像散  因?yàn)橹谱魍哥R的材料中不可避免地會存在著微量的純度缺陷，同時也受到加工精度限制等因素的影響，就使透鏡產(chǎn)生的磁場不可能呈現(xiàn)絕對理想的軸對稱。其結(jié)果致使透鏡在垂直方向上的焦距會有所不同，由此帶來的像差稱為軸上像散.通常在電鏡的聚光鏡及物鏡上各配裝的一組消像散線圈，即是為彌補(bǔ)其而設(shè)。
    (5)影像畸變  這是由球差引起的另外一種像差，透鏡邊緣部分與中心部分的磁力線分布、會聚能力通常會存在差距，因而邊緣光線與中心光線的成像平面不同，結(jié)果是物平面上的成像點(diǎn)距離光軸的遠(yuǎn)近變化能導(dǎo)致放大率隨之改變。當(dāng)邊緣的放大率大于中心時，影像產(chǎn)生枕形畸變；反之當(dāng)邊緣的放大率小于中心時，影像產(chǎn)生桶形畸變（圖4-9）。
 
圖4-9 影象的畸變

    電鏡制造時常通過選擇透鏡極靴形狀和勵磁強(qiáng)度，以盡量滿足旁軸條件等方式來減少畸變像差。另外，電鏡在低倍放大時影像畸變會較大一些，設(shè)計(jì)時可以使中間鏡和投影鏡的畸變互相補(bǔ)償以盡量抵消畸變，而在高倍放大時影像畸變一般很小，可以忽略。
    以上介紹的各種像差都可能對電鏡的成像質(zhì)量、分辨率造成相應(yīng)的影響消除只是相對而言，實(shí)際上是在某種程度上的減小，完全徹底地消除是不可能的。 

圖4-10 成象過程中的景深與焦深
    六、成像過程中的景深與焦深
    圖4-10在光學(xué)原理中，嚴(yán)格地說，只有絕對處在物平面上的點(diǎn)，才能被清晰地成像在像平面上。距離物平面越遠(yuǎn)的點(diǎn)，被成的像越是發(fā)虛模糊；對應(yīng)的在成像端，距離像平面越遠(yuǎn)處所得到的像顯然也是越模糊不清。從實(shí)像到發(fā)虛模糊是一個隨距離連續(xù)漸變的過程，實(shí)與虛也是相對而言。如果我們設(shè)定在成像發(fā)虛只要不超過某一個程度時,便認(rèn)為是“清晰”的，那么在物平面和像平面附近總有一個區(qū)域范圍內(nèi)，能得到滿足所謂“清晰”的像。物平面前后能夠“清晰”地成像的范圍即Dｆo的長度值，被稱為景深，有時亦稱場深；同理，像平面前后能夠獲得“清晰”影像的范圍，即Dｆi的長度值，被稱為焦深。
    景深愈大愈易于聚焦，立體感也愈強(qiáng)。景深的大小在理論上與所要求的分辨力有關(guān)聯(lián)，如要求分辨力很高，必須保證成像點(diǎn)的發(fā)虛模糊程度小，而滿足這個程度的范圍Dｆo會被壓縮，此時景深就“變”小了。在實(shí)際使用中，景深又與通光孔徑、像差消除的程度等因素有關(guān)，在透鏡中增加光闌能夠有效地拓寬景深和焦深的范圍。焦深越大，能清晰成像的像平面(即焦平面)的誤差寬容量也越大。焦深大小與放大倍數(shù)有關(guān)，放大倍數(shù)越大則焦深越大。電鏡的焦深十分大，可達(dá)幾十甚至幾百米，所以電鏡底片放在觀察熒光屏的下方較遠(yuǎn)處，而并不影響成像的清晰度。這是光鏡所不能比擬的。
    七、影像的反差與層次
    反差也稱襯度或?qū)Ρ榷?。襯度，是指背景對影像主題結(jié)構(gòu)的襯托，在黑白影像中，僅反映在明暗關(guān)系的對比上。如果讓兩個各著黑衣和白衣的人一同在雪地中，那么穿白衣者將被淹沒在茫茫的白色之中，不易分辨，這就是襯度不好，反差太小的緣故，此時穿黑衣者卻十分“搶眼”，因?yàn)楹谂c白的對比很強(qiáng)烈。反之，如果是在夜幕下，則效果剛好相反，穿黑衣者更加暗淡無光，穿白衣者卻比較“醒目”。在顯微鏡的成像里，襯底與結(jié)構(gòu)的反差越大，也越能 
圖4-11 光闌與影象反差的關(guān)系
“涇渭分明”。
    那么，是不是影像的反差越大越好呢? 不然，反差太大只能看到強(qiáng)烈的黑與白,卻損失了中間灰的結(jié)構(gòu)。因?yàn)闃?gòu)成一幅影像不僅要有黑與白,還必須顯現(xiàn)出中灰程度的細(xì)節(jié)才算完整，沒有中灰程度細(xì)節(jié)的影像，就象美術(shù)手法中的“速寫”或“版畫”,僅能讓人看到由黑與白構(gòu)成的輪廓及形態(tài)。只有描繪上不同灰度的細(xì)節(jié)，才能讓人感受到錯落有致的細(xì)膩感，象美術(shù)手法中的“素描”或“炭粉畫”，可以給人更為真實(shí)的感受。這種細(xì)膩感的體現(xiàn)，實(shí)質(zhì)上是通過影像中的灰度等級數(shù)來反映的,灰度等級越多，我們便借用了一個術(shù)語叫做“層次”越豐富，反之，我們就認(rèn)為層次太少。
    層次與反差的關(guān)系是矛盾的，反差過大會損失掉應(yīng)有的層次。而層次過于豐富則襯托不出適度的反差，給人一種“無力”的不快感（不悅目），象在灰紙上用淡墨水寫字，不易辨認(rèn)。一幅影像即要有適度的反差，又要表現(xiàn)出較為豐富的層次才算是好的影像。樣品結(jié)構(gòu)的密度不同，反映出來的影像是由連續(xù)而不同的灰度等級構(gòu)成，如何選擇層次與反差的關(guān)系,而使之恰到好處，這要根據(jù)自己所要觀察目標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)來決定，其中也包含了個人的視覺習(xí)慣因素。
    電鏡成像過程中影響層次與反差的因素很多，主要與樣品制作和電鏡觀察條件有關(guān)。電鏡成像過程中，電子束流與樣品相互作用，除被阻擋和透過的電子外，還有一部分電子在轟擊樣品時，會與樣品原子核發(fā)生“完全彈性碰撞”而被偏折出原來的運(yùn)動路線。此外電子束中的高速電子還可能與樣品原子核外的電子發(fā)生“非完全彈性碰撞”而發(fā)生方向和速度上的改變，這種現(xiàn)象稱為散射。這種改變了方向或速度的電子被稱為“散射電子”。碰撞機(jī)會越多，散射量也越大。散射電子方向上的改變，導(dǎo)致在不該成像的位置上成像；速度上的變化即能量發(fā)生變化則不能真實(shí)地反映出樣品上相應(yīng)點(diǎn)的密度信息。這些變化都勢必要降低影像的反差，所以散射電子是影響反差的主要因素之一。采用在光路上施加光闌的辦法，遮擋部分散射電子，盡量減少它對成像的參與程度，能顯著地改善反差。圖4-11（a）為光闌遮擋散射電子的示意圖，圖4-11（b）為未加光闌與施加不同孔徑的光闌時，所獲得不同反差影像的比照.
  

  圖4-11光闌與影像反差的關(guān)系