SEM（走査型電子顕微鏡）で二次電子像を観察する際、高倍率でフォーカスを合わせた後、低倍率に切り替えてもフォーカスを変えなくても良いというアドバイスを聞いたことがあるかもしれません。では、なぜ低倍率に切り替えてもフォーカスを再調整する必要がないのでしょうか？この記事では、その理由と背後にある被写界深度の関係について解説します。
1. フォーカスと倍率の関係
SEMで画像を撮影する際、倍率が高くなると観察対象の細部まで鮮明に見ることができますが、その分、フォーカスが非常にシビアになります。一方、倍率を低くすると、視野が広がり、焦点を合わせる範囲（被写界深度）が広くなります。このため、高倍率でピントを合わせた状態から低倍率に変更しても、フォーカスが大きくずれないことがあるのです。
倍率が低くなるほど、焦点を合わせる範囲が広がるため、フォーカスを微調整する必要がなくなるのです。これが、「低倍率に切り替えてもフォーカスを変更しなくてもよい」と言われる理由です。
2. 被写界深度の役割
被写界深度とは、焦点を合わせた位置から前後にわたってピントが合っている範囲のことです。SEMでは、倍率が高いほど被写界深度が狭くなり、倍率が低いほど被写界深度が広くなります。高倍率では細部に焦点を合わせるため、わずかな距離のずれでもピントが合わなくなりますが、低倍率では焦点の合う範囲が広くなるため、再調整なしで画像が鮮明に保たれることがあります。
これにより、低倍率で観察している場合には、焦点が大きく外れることが少ないため、再度フォーカスを変更する必要がないのです。
3. 実際の観察での注意点
ただし、フォーカスを合わせた後に倍率を変更する際には、必ずしもフォーカスが全く合った状態のまま維持されるわけではありません。特に、対象物の高さが大きく変化するような場合には、若干のフォーカス調整が必要になることもあります。
したがって、低倍率に変更する際に「フォーカスを変えなくてよい」とされるのは、一般的に被写界深度が広いためであり、必ずしも完全に調整不要というわけではない点を理解しておく必要があります。
4. SEMでの高倍率と低倍率の使い分け
SEMでは、高倍率と低倍率を使い分けることで、観察対象を詳細に把握できます。高倍率では、構造や細部の詳細を観察し、低倍率では全体の形状や配置を確認します。高倍率でフォーカスを合わせた後、低倍率に変更すると、焦点の合う範囲が広いため、詳細な部分を失わずに全体像を確認できるのです。
そのため、低倍率に変更してもフォーカス調整が不要な場合が多いですが、観察する対象によっては、少しの調整が必要なこともあります。
5. まとめ
SEMで高倍率から低倍率に変更してもフォーカスを変えなくてよい理由は、低倍率での被写界深度が高倍率よりも広いためです。このため、低倍率に切り替えても焦点が合った状態が維持されることが多く、再調整の必要がありません。ただし、対象物の形状や高さによっては、微調整が求められる場合もあることを考慮しておきましょう。
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