勀傑科技 整理
所謂光學顯微鏡是透過可見光來成像，廣泛應用於生物學、醫學研究、材料科學、電子和半導體等各產業。然而，隨著近代各領域技術的進步，越來越多研究與應用需要觀測到微米至奈米等微小結構，光學顯微鏡逐漸無法滿足需求。
何謂光學顯微鏡？
其基本工作邏輯是基於光學透鏡的放大原理，光線通過物體後會被聚焦到鏡片上，並通過物鏡（objective lens）進行第一次放大。物鏡通常具有高度放大倍率和高解析度，可以顯示出物體細微的細節。接著，這些放大的光線通過目鏡（eyepiece）進一步放大，使觀察者能夠清晰地看到樣本。
隨著物徑口徑的增加，放大倍率可以繼續增大，但因為受到光波長的影響，解析力會變差，因此在倍率跟解析的兩相權衡之下，光學顯微鏡的極限大約在1600倍左右，如果想要更高的放大倍率，就會需要使用到電子顯微鏡。
光學顯微鏡的應用與優勢
光學顯微鏡擁有成本較低，且操作簡單不需專業技術背景也能上手，故為實驗室常見設備。在樣品製備處理上，光學顯微鏡的要求也相對比電子顯微鏡低，因此能觀察的樣品眾多，包含液體、活細胞等樣品，應用範圍涵蓋生物學、材料學到工業領域都可見。
因應不同用途和功能，光學顯微鏡也衍生出多種類別可針對特定領域使用，包含：立體顯微鏡、生物顯微鏡、金相顯微鏡、解剖顯微鏡、複式顯微鏡、工具顯微鏡、倒立顯微鏡等。
光學顯微鏡的侷限
雖然光學顯微鏡使用門檻低，但與電子顯微鏡相較，光學顯微鏡存在著一些缺點：
- 倍率和解析的限制：如上所述，光學顯微鏡一般倍率極限約千倍左右。此外，因光學顯微鏡需要搭載相機來捕獲影像，由於光學顯微鏡受到可見光波長限制，高解析度的影像捕獲可能會受到限制。
- 景深較淺：光學顯微鏡的景深（即在焦平面前後能夠保持清晰的距離）相對較淺。這對於觀察表面不平整的目標物可能帶來困難，因為只有焦平面上的區域會呈現清晰影像。
- 缺乏量測功能：一般光學顯微鏡通常不配備內建的量測功能。要進行精確的尺寸和距離測量，可能需要使用額外的量測工具。
- 需要多台顯微鏡：不同的應用可能需要使用不同類型的光學顯微鏡。例如，觀察細胞和組織的生物顯微鏡與觀察材料結構的金相顯微鏡有所不同。因此，根據需求，可能需要擁有多台不同類型的顯微鏡。
從毫米、微米、到奈米：為何電子顯微鏡成為科學界的新寵
●高解析與高倍率
電子顯微鏡利用電子束而不是光線來成像，電子具有比光子更短的波長，能夠觀察比光學顯微鏡更小的物體，提供更高的倍率與解析度。電子顯微鏡通常可達到數千至數百萬倍的放大倍率。(勀傑代理的Thermo Fisher桌上型電子顯微鏡，放大倍率就可達 200倍 ~ 2,000,000倍。)而相比光學顯微鏡的觀察極限通常在數十微米到幾百奈米，電子顯微鏡的解析度可以達到奈米級別。
在PCB產業來說，如果只是要看電子零組件接頭的缺陷，使用光學顯微鏡或許就能滿足應用需求；若是要再看到更細微的金屬結構(如：微米級的合金)，就會需要使用到金相顯微鏡；但是，若是要看到10奈米以下的鋁或銅的金屬結構，譬如電子元件上的銅箔晶粒的狀況，或是確認特殊金屬的晶相，這時就需使用到電子顯微鏡。
另一個例子是細胞切片。生命科學家透過顯微鏡觀察細胞變化以確認是否培養成功，藉以找出相對應的抗體。若是使用光學顯微鏡觀察約幾百微米可見的大細胞還可行，但若是要看到10微米以下的生物組織結構(甚至到奈米等級的核糖體)，則需要使用電子顯微鏡才能取得更佳的檢測結果。微米級的細胞變化，在近年來是生命科學領域研究的趨勢。
●凹凸相景深呈現效果佳
景深指的是畫面中能夠保持焦點的深度範圍，景深影響成像的解析度，當景深不足時，影像畫面無法同時遠近範圍皆清楚。同時，在觀察較高或凹凸不平的樣品時，足夠的景深可明顯呈現出物體的立體感及較全面特徵的瞭解。
光學顯微鏡的景深通常取決於鏡頭的放大倍率、數值孔徑和光圈大小。相較於電子顯微鏡，光學顯微鏡的景深較淺，當倍率越高時越可見顯著差異；而透過工作距離的調整，電子顯微鏡的景深可以從幾微米增加到幾毫米。在進行高倍率觀察時，可藉由調整景深得到更好的分析結果和影像品質，以捕捉樣品更多層次和細節。
●與元素分析功能整合
光學顯微鏡成像後，如果希望同步知道元素分析資訊，就需要轉換搭配如：XRD、XRF等技術設備輔助，這在使用上增添了不便。電子顯微鏡通常可與能量色散X射線光譜(EDS/EDX)整合，在獲取高解析影像的同時，同步可透過EDS瞭解單點元素組成或局部區域分析。
光學顯微鏡 vs. 電子顯微鏡差異比較
| 原理 | 光學顯微鏡 | 電子顯微鏡 | ||
| 原理 | 可見光成像 | 電子束成像 | ||
| 解析度 | 受到繞射極限限制，最多約200奈米的分辨能力 | 具有更高的解析度，可達到奈米等級的分辨能力 | ||
| 放大倍率 | 10～2000倍 | 數萬倍-百萬倍 | ||
| 樣品製備 | 較為簡單，樣品可直接放置在顯微鏡下觀察 | 樣品依需求有不同複雜程度製備處理，如嵌入、金屬蒸鍍等 | ||
| 應用範圍 | 適用於觀察生物細胞、組織和大部分固體材料 | 適用於觀察微觀結構、細胞內部、奈米材料和無機物質等 | ||
| 成本 | 相對較低，設備較易維護和操作 | 較高，設備複雜且昂貴，需要專業操作和維護 | ||
我該購買光學顯微鏡，還是電子顯微鏡？
光學顯微鏡和電子顯微鏡在檢測上其實是可以相輔相成的，各有不同的應用領域。假如以放大倍率為主要訴求，且觀察需求跨越微米和奈米尺度時，可以考慮直接購買一台高解析度的電子顯微鏡。
電子顯微鏡類別包含「掃描式電子顯微鏡」、「穿透式電子顯微鏡」。電子顯微鏡具有極高的放大倍率解析度，能夠觀察到細微的結構和奈米尺度的物體，並提供出色的細節和清晰度。對於瞭解物體的細微結構、細胞內部的細節以及觀察奈米材料特性的研究，電子顯微鏡是無可替代的工具。
然而，光學顯微鏡也有其獨特的優勢。光學顯微鏡操作簡單，成本較低，且無需對樣品進行複雜的前處理。它可以觀察到一定放大倍率的物體，並且對於生物樣本的觀察非常有用，因為它不會對樣本造成傷害。此外，光學顯微鏡還能夠實時觀察樣品並捕獲高解析度的影像，方便進行即時分析和觀察。
因此，當觀察需求跨越微米和奈米尺度時（光學顯微鏡最大倍率1600倍，電子顯微鏡可從200倍～200萬倍），考慮購買一台高解析度的電子顯微鏡是一個合理的選擇。這樣可以獲得更廣泛的觀察範圍，同時兼具高解析度和實時影像捕獲的能力，滿足不同尺度下的觀察需求。除了放大倍率的考量外，也必須評估待測樣品所需條件、是否有額外功能需求等，建議先找專業技術人員諮詢，以取得最有效的影像解決方案。
多重優點兼具的桌上型電子顯微鏡
電子顯微鏡過往因其使用門檻高(較貴、操作較複雜等問題)，讓人在評估時容易卻步。桌上型掃描式電子顯微鏡於近幾年崛起，不僅大幅降低傳統落地式電子顯微鏡的操作難度，更保留了電子顯微鏡的優點，在倍率及解析度上遠勝於光學顯微鏡。
勀傑科技代理美國生技設備大廠Thermo Fisher Scientific的Phenom桌上型掃描式電子顯微鏡，除擁有上述簡單操作、高解析影像的優點外，並有為不同產業打造的專門機，可依據產業需求做選擇。此外，也有許多擴充功能的選擇，包含「粒徑分析」、「纖維統計」、「3D粗糙度重建」、「EDS分析」等，皆可與SEM影像系統整合，歡迎預約電鏡一站式服務。
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