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正焦,过焦,还是欠焦,哪个图像正确?

  • mavericben
    2006/07/07
  • 私聊

透射电镜(TEM)




  • 图像是薄膜(film),是一个高分子(polymer)和小分子(C60)的混合体。
    高分子密度低,是白的,小分子密度高,是图像中黑色的部分。由于物象分离(phase separation),在TEM中可以看到黑白对比的区域。
    问题是在正焦的时候,图像中只有黑白区域,比较简单。在欠焦的时候,图中有白色晶体状长条出现,怀疑是高分子结晶。不过在过焦情况下,这白色长条又变成黑色长条。
    疑问:在defocus情况下多出的细微结构(图中长条形状)是薄膜本身结构么?
    还是由于TEM引进的假相? 如果是真的结构,为什么必须要在defocus下才能看到?因为这种结构在薄膜表面?
    到底图像以什么为准?如果以欠焦为准,白色长条是高分子,如果以过焦为准,黑色长条是小分子晶体,这是相互矛盾的,肯定有一个是错的。
    请高手指教!
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  • 天黑请闭眼

    第1楼2006/07/07

    我觉得欠焦像倒是挺适合你的情况,你说的CCD引进的背景应该不会这样。
    另外,我注意到你的照片上有两处黑痕,是CCD相机上的吗?

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  • mavericben

    第2楼2006/07/07

    请问能说明原因么? 为什么defocus会引入一些正焦反而不能观察出来的
    细节(或者是假相)? 为什么过焦和欠焦的图像不同?
    对..ccd可能比较脏,有几个地方有灰尘


    shxie 发表:我觉得欠焦像倒是挺适合你的情况,你说的CCD引进的背景应该不会这样。
    另外,我注意到你的照片上有两处黑痕,是CCD相机上的吗?

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  • tem_abc

    第3楼2006/07/07

    你看到的结构是真实的,至于为何在正焦时观察不到,而欠焦与过焦衬度翻转,可以用相位衬度理论很好地解释。不过,这不是大家所熟悉的弱相位物体近似(因为像在正焦附近,非薛泽欠焦附近),而是一个称为投影电荷密度(Projected Charge Density)的近似。有兴趣者,可参阅 Cowley & Moodie (1960) Proc. Phys. Soc. 76, 378
    简而言之,像强度在接近正焦附近,可表达为:I(x,y)=1+2L S D P(x,y)。这里的L是波长,S是作用常数sigma,D是离焦量,P(x,y)是投影电势(无法敲入希腊字母,痛苦)。当正焦D=0,相位衬度太低,像衬以质厚衬度为主,可用密度解释;当过焦和欠焦变化时D>0或者D<0,相位衬度就发生了翻转。轻元素的投影势小,故在欠焦的情形下表现为亮,在过焦的情形下表现为暗。至于背底仍受质厚衬度支配,改变聚焦时没有太大的变化。是否可以圆满地解释你的高分子材料了?
    发文章时别忘了在参考文献中引用TEM_ABC(2006)Instrument.com.cn啦

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  • mavericben

    第4楼2006/07/08

    这个公式很好,说明了很多问题。I(x,y)应该没有包括质厚存度,否则d=0
    ,I=1,成常数了?是不是应该是I=I相位+I质厚?P(x,y)是由什么决定的?密度?所以轻物质投影电势小?类似质厚存度?所以defocus为负数(欠焦)才是正确的包括质厚和相位的图像?
    有个问题,大家的defocus一般是多少?在5000倍的时候,我的defocus=-60um,是不是太大了?不过相位纯度变得相对清晰,在20000倍的时候,defocus减小到-20um好像比较好。另外这个相位存度的尺寸会随D的增加而变大,而我很关心这个尺寸的准确度,所以不知道该怎么样选择合适的defocus大小? 什么尺寸才是真实的?
    多谢TEM—ABC,真是TEM百科全书,哈哈。。一定引用你的大名,

    TEM_ABC 发表:你看到的结构是真实的,至于为何在正焦时观察不到,而欠焦与过焦衬度翻转,可以用相位衬度理论很好地解释。不过,这不是大家所熟悉的弱相位物体近似(因为像在正焦附近,非薛泽欠焦附近),而是一个称为投影电荷密度(Projected Charge Density)的近似。有兴趣者,可参阅 Cowley & Moodie (1960) Proc. Phys. Soc. 76, 378
    简而言之,像强度在接近正焦附近,可表达为:I(x,y)=1+2L S D P(x,y)。这里的L是波长,S是作用常数sigma,D是离焦量,P(x,y)是投影电势(无法敲入希腊字母,痛苦)。当正焦D=0,相位衬度太低,像衬以质厚衬度为主,可用密度解释;当过焦和欠焦变化时D>0或者D<0,相位衬度就发生了翻转。轻元素的投影势小,故在欠焦的情形下表现为亮,在过焦的情形下表现为暗。至于背底仍受质厚衬度支配,改变聚焦时没有太大的变化。是否可以圆满地解释你的高分子材料了?
    发文章时别忘了在参考文献中引用TEM_ABC(2006)Instrument.com.cn啦

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  • tem_abc

    第5楼2006/07/09

    我在前面也提到,此公式是相位衬度理论,故D=0的时候质厚衬度支配。P(x,y)是投影势场,由总原子序数(高分辨率下,沿厚度方向的总和)或投影密度(低倍数下,也包含厚度的积分)决定。相位衬度又决定样品不可以过厚(至少是相位物体),否则公式不再成立。
    通常所说的最佳欠焦量(薛泽欠焦)是针对最佳分辨率而言的。对你的分辨率几个纳米的应用,并不关键。你所追求的是足够的衬度,亦即以欠焦增加相位衬度。对于类似的低衬度样品,欠焦几个微米到几十个微米都不罕见,只要你的衬度合适。通常会在衬度适应的前提下,尽可能地少点欠焦,以补偿分辨率的损失。
    此外,你的欠焦量是读出来的还是测出来的?前者会有一些水分,后者(用FFT)会准确地多。

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  • mavericben

    第6楼2006/07/11

    我又糊涂了,按你给出的定义,这相位存度和质厚存度不是一回事么?他们的区别究竟在什么地方?AFM里面相位图是由于材料的硬度决定,和高度图是有明显区别的。TEM里面相位存度和质厚存度在一张图里面,是不是说明这两种信息的来源其实是近似的? 我理解相位存度可以在defoucs的情况下表现一些质厚存度无法体现的细节对比。这种对比同样反应了材料的密度对比,和质厚存度表达的信息是一致的。
    另外你说的样品不可以过厚,是大概什么量级呢?100nm?
    我的defocus的量是直接读出来的,请问怎么从fft上看defocus的量?
    从你的公式中,当defocus为负数的时候,D为负,P越小I越大啊,说明轻物质
    反而有更大的相位存度?过焦的时候才正确?
    不好意思,我是个问题篓子。



    TEM_ABC 发表:我在前面也提到,此公式是相位衬度理论,故D=0的时候质厚衬度支配。P(x,y)是投影势场,由总原子序数(高分辨率下,沿厚度方向的总和)或投影密度(低倍数下,也包含厚度的积分)决定。相位衬度又决定样品不可以过厚(至少是相位物体),否则公式不再成立。
    通常所说的最佳欠焦量(薛泽欠焦)是针对最佳分辨率而言的。对你的分辨率几个纳米的应用,并不关键。你所追求的是足够的衬度,亦即以欠焦增加相位衬度。对于类似的低衬度样品,欠焦几个微米到几十个微米都不罕见,只要你的衬度合适。通常会在衬度适应的前提下,尽可能地少点欠焦,以补偿分辨率的损失。
    此外,你的欠焦量是读出来的还是测出来的?前者会有一些水分,后者(用FFT)会准确地多。

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  • tem_abc

    第7楼2006/07/11

    相位衬度和质厚衬度不是一回事儿,它们产生的机理完全不相同。简单说,电子波通过样品造成的相位变化,就是相位衬度,而同时电子波的振幅变化产生质厚衬度。除非是很薄很薄的样品,振幅的变化可以忽略,图像才是纯的相位衬度,否则就是两种衬度的结合。你的图像就是一个例子。
    相位衬度的解释要复杂的多,只有在特殊的条件下才能够用投影势场来解释,例如弱相位物体的薛泽欠焦,例如相位物体在正焦附近等。当样品增厚时,相位衬度不再正比与投影势场,也会发生所谓的衬度翻转现象(李方华院士的赝弱相位物体近似)。因而不能说俩种衬度反映一样东西。
    样品能够处理成相位物体的条件就是薄。对不同密度的样品,这个厚度上限不一。密度越低,厚度越大。对你的样品(基本上全是轻元素),应该较厚,但很难估算其上限。这也无所谓,只要你能解释像衬就可以了。
    从公式上看,D<0时P越小I越大,只说明轻物质有更大的强度(反映为亮)。所谓的衬度,要与同时共存的重元素强度比较。过焦与欠焦,在公式里只反映了衬度的翻转,并没有哪一个更高的结论(假设离焦量相同)。

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