如前所述，通过调整磁透镜使得成像的光圈处于透镜的后焦平面处而不是像平面上，就会产生衍射图样。对于单晶体样品，衍射图样表现为一组排列规则的点，对于多晶或无定形固体将会产生一组圆环。对于单晶体，衍射图样与电子束照射在样品的方向以及样品的原子结构有关。通常仅仅根据衍射图样上的点的位置与观测图像的对称性就可以分析出晶体样品的空间群信息以及样品晶体方向与电子束通路的方向的相对关系。



衍射图样的动态范围通常非常大。对于晶体样品，这个动态范围通常超出了CCD所能记录的大范围。因此TEM通常装备有胶卷暗盒以记录这些图像。对衍射图样点对点的分析非常复杂，这是由于图像与样品的厚度和方向、物镜的失焦、球面像差和色差等等因素都有非常密切的关系。尽管可以对格点图像对比度进行定量的解释，然而分析本质上非常复杂，需要大量的计算机来计算。衍射平面还有更加复杂的表现，例如晶体格点的多次衍射造成的菊池线。在会聚电子束衍射技术中，会聚电子束在样品表面形成一个极细的探针，从而产生了不平行的会聚波前，而汇聚电子束与样品的作用可以提供样品结构以外的信息，例如样品的厚度等等。



观察试样的各个区域的细节。试样在样品室中可动的范围非常大。其他方式显微镜的工作距离通常只有2～3cm，故实际上只许可试样在两度空间内运动。但在扫描电子显微镜中则不同，由于工作距离大（可大于20 mm），透射电镜能谱测试服务，焦深大（比透射电子显微镜大10倍），样品室的空间也大，因此，可以让试样在三度空间内有6个自由度运动（即三度空间平移，三度空间旋转），且可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域细节带来极大的方便。



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