電子顕微鏡の倍率、分解能

質問

電子顕微鏡の分解能は、加速電圧によって変わることはカタログをみて知ったのですが、
１）そもそもこの分解能自体はどのように決定されるのでしょうか？
２）また分解能が、決まることによって倍率が決まるのでしょうか？
３）外部磁場によって、保証される倍率が変わるようですが、どのように算出されるのでしょうか？

　電子顕微鏡を選定しておりまして、ＷＥＢではなかなか上記の疑問が解消されず、書かせて頂きました。
　なお今回の選定は、私にとって初めてのことで、平易な言葉でアドバイス頂ければと思います。

回答No.2

rabbit_cat · ベストアンサー

とりあえず、＃１の補足について。
＞使用する波長に依存すると言うことでしたが、（素人じみた質問で恐縮ですが）レンズ（光学系）の設計に依存すると言うことでは無いのでしょうか？
高校で物理をやっていれば、光の回折とかを習ったはずです。単純に言えば、観測する光（波）の波長よりも細かいものは、その光では観察できません。

２）について
電子顕微鏡は、コンピュータのディスプレイに写すわけですので、倍率という話なら、でっかいディスプレイを使えば倍率はいくらでも大きくできますね。それこそ、ビルの壁面ディスプレイなんかに写せば。
で、それに意味があるかというと、意味はまったくないわけです。分解能がなければ、それをいくら拡大しても情報自体は全く増えません。小さなＪＰＥＧのサムネイル画像を、画面いっぱいに拡大して表示すればたしかにでっかくはなりますが（倍率は大きくなりますが）、ぼやけてて細部はまったく見えませんね。

お礼

＃１については、私も観測波長に依存すると認識しております。言葉の問題かも知れませんが、電子顕微鏡の場合、電子のエネルギーによって分解能が決定され、実用倍率が変わってくると思います。
光学顕微鏡の場合、どうなのでしょう、使われる光の波長が変わるわけではないですよね、常に可視光ですよね？
観測波長より細かいものは出来ないにしても、そこまでの範囲で、実用分解能は、光学部品の組み合わせで決まると考えて良いと思っておりました。
＃２、書いて頂いた表現で、なんだか、感覚的に分かってきたように思います。これでメーカーさんとネゴ出来そうな気がしてきました。少しでも有利な保証倍率を引き出してみようかと思います。
　ありがとうございます！

回答No.1

rnakamra

1)光学顕微鏡の分解能は使用する光の波長に比例します。そしてその比例定数は光学系に依存するのですが、一定のレベル以下に小さくすることができません。

そこで電子顕微鏡では光の変わりにもっと短い波長の波を容易に作り出せる電子線を使い、光学系(レンズ)の代わりに電磁石(磁界をつくる)やコンデンサ(電界を作る)で結像させます。

光学顕微鏡同様その分解能は電子線の波長で決められるのですが、その波長λは次のように決められます。

λ=h/p h:プランク定数,p:電子の運動量

電子の運動量pは、電子の静止質量をm,加速電圧をV,電子の電荷量の絶対値をeとすると、

(mc^2+eV)^2=(mc^2)^2+(pc)^2

Vが大きくなるとpも大きくなり、波長λは小さくなります。
分解能もλに比例して小さくなります。具体的な分解能はその光学系の構成に依存しますが、波長のオーダー程度と認識していればよいのではないでしょう。

2)倍率はレンズろいじることである程度まで大きくすることはできます。
分解能が悪くても倍率だけを上げることは可能ですが、どうしても細部が不明瞭になってしまいます。

3) 1)で書いたように、電子顕微鏡ではレンズの代わりに磁場と電場を用います。
外部の電場についてはシールドで簡単に防ぐことはできます(光学系全体を真空に保つ必要があるためどうしても頑丈なもので囲わないといけない。その囲いにシールド性を持たせればよい)
しかし磁場については完全にシールドできませんし、下手に磁性体など使うと逆に悪影響を与えかねません。
そのため、外部磁場に対してはシールドしきれないこともありどうしても影響が出てしまいます。
影響の大きさについてはメーカの人に聞くのが一番だと思います。

お礼

最終的には外来磁場変動のことについて、理解を深めたいと思っています。
　一通り磁場測定をして頂いたのですが、外乱磁場と保証される倍率にどういう関係があるのか、それぞれのメーカーさんの安全率ポリシーもあるようで、まだよく理解出来ていません。その算定方法を知りたいと思いましたが、はっきりとは教えて頂けませんでした。
　選定の過程であれこれ聞いてみようかとも思っておりますが、知識も整理したく、（分解能や倍率について、ちゃんと分かっていなかったので、）質問させて頂きました。

　ところで光学顕微鏡の分解能は、使用する波長に依存すると言うことでしたが、（素人じみた質問で恐縮ですが）レンズ（光学系）の設計に依存すると言うことでは無いのでしょうか？
　光学方式の場合、使用する光はすべて可視光だし、それによって分解能が制限されるとは思っていなかったのですが・・・・・