JP2000149848A - 透過電子顕微鏡像観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カメラ検出手段における感度調整が容易に行
え、ダイナミックレンジの拡大、像の取り込み操作、調
整が容易に行えるようにする。 【解決手段】 開口部を制限するスリット１０とスリッ
ト１０の下部に配置される蛍光板１１と蛍光板１１の下
部にスリット１０に沿って配置されるラインセンサ１２
からなるカメラ検出手段と、スリット上に試料１の透過
電子顕微鏡像を結像する結像手段２〜４と、スリット１
０上に結像する透過電子顕微鏡像を相対的に走査する走
査手段５と、走査手段５による走査に対応してラインセ
ンサ１２の信号をフレームメモリに順次画像信号として
取り込み取り込んだフレームメモリの画像を出力する画
像出力手段１５とを備え、試料１の透過電子顕微鏡像を
モニタ１８に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラインセンサを用
いたカメラ検出手段を有し透過電子顕微鏡像をモニタに
表示する透過電子顕微鏡像観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画
像をテレビモニタなどの表示装置へ表示するための装置
としては、テレビカメラやスロースキャンカメラが使用
され、カメラの検出器には、２次元のＣＣＤ（Ｃharge
Ｃoupled Ｄevice:電荷結合素子）が使用されている。
このＣＣＤ検出器の前には、電子線をＣＣＤが検知可能
な光に変換するために、蛍光板が取り付けられている。
そして、ＣＣＤ検出器は有効面積が狭いため、ＴＥＭの
観察用蛍光板程度の広視野を観察するためには、光学レ
ンズなどを用いてカップリングしている。蛍光板によっ
て変換されたＴＥＭ像は、通常の光の像に比べて非常に
暗いため、ＣＣＤの前に２次元のイメージインテンシフ
ァイヤを取り付けたり、蓄積型のＣＣＤ検出器を使用す
る場合が多い。高分解能を得るためには、２０００×２
０００の素子を持つＣＣＤを用いたり、ハイビジョンカ
メラを用いる必要がある。このようにＴＥＭの画像をテ
レビモニタなどの表示装置へ表示しようとすると、総じ
て、非常に高価なシステムとなってしまう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、テレビカメラの
小型化に伴い、ＣＣＤの１つの素子の大きさはおよそ２
０μｍ程度であるが、通常、蛍光板にＴＥＭ像を当てた
場合の解像度はせいぜい５０μｍ程度しかない。そのた
め、１０００×１０００のＣＣＤを用いても、実質的な
分解能は半減してしまい、蛍光板上のゴミや汚れ、蛍光
感度ムラなどが画像上にも現れ、光学レンズを用いるこ
とにより、歪み、シェーディング、レンズの収差などが
発生するなどの問題がある。また、２次元のイメージイ
ンテンシファイア自身も光カップリングのために光ファ
イバなどを使用せざるを得ないため、解像度が制限さ
れ、さらに、ファイバやイメージインテンシファイアの
欠陥により像上に斑点などが生じ、これらが画像上にも
現れてしまう。

【０００４】また、一般に高解像度のＣＣＤは非常に高
価であり、ハイビジョンに至っては、高価である上にか
つ感度が非常に小さい。しかも、２次元のＣＣＤ検出器
では、素子の固体差を補正するために、すべての素子に
ついて補正する必要があり、補正量が膨大になり、ＣＣ
Ｄ素子の解像度が増えるにしたがって、それらを制御す
る回路やシステムが大幅な変更を余儀なくされる。さら
に、ＴＥＭ用のカメラは、一般に高感度重視であるた
め、回折パターンなど明るい像を取り込む場合、像自身
の明るさを下げる必要があるなど、様々な問題を有して
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、カメラ検出手段における感度調整
が容易に行え、ダイナミックレンジの拡大、像の取り込
み操作、調整が容易に行えるようにするものである。

【０００６】そのために本発明は、開口部を制限するス
リットと該スリットの下部に配置される蛍光板と該蛍光
板の下部に前記スリットに沿って配置されるラインセン
サからなるカメラ検出手段と、前記スリット上に透過電
子顕微鏡像を結像する結像手段と、前記スリット上に結
像する透過電子顕微鏡像を相対的に走査する走査手段
と、該走査手段による走査に対応して前記ラインセンサ
の信号をフレームメモリに順次画像信号として取り込み
該取り込んだフレームメモリの画像を出力する画像出力
手段とを備えたことを特徴とするものである。

【０００７】また、前記カメラ検出手段は、前記ライン
センサの方向を光軸を中心に回転させる回転機構や、前
記スリットの幅の可変機構を有し、前記走査手段は、前
記結像手段により結像する透過電子顕微鏡像を偏向する
偏向手段又は前記カメラ検出手段を前記スリットと直交
する方向に移動させる移動機構からなり、走査スピード
が可変であることを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る透過電子顕
微鏡像観察装置の実施の形態を示す図、図２はカメラ検
出部の断面図である。図中、１は試料、２は対物レン
ズ、３は結像レンズ群、４は投影レンズ、５はカメラ用
偏向器、６はカメラ用偏向器制御回路、７はレンズ制御
回路、８はＣＰＵ、９はメモリ、１０はスリット、１１
は蛍光板、１２はラインセンサ、１３はラインセンサ回
転機構、１４はラインセンサ回転回路、１５はラインセ
ンサ信号取り込み回路、１６は同期回路、１７はカメラ
操作盤、１８はアナログモニタ、１９はＯリングを示
す。

【０００９】図１において、試料１のＴＥＭ像は、結像
手段である対物レンズ２、結像レンズ群３により投影レ
ンズ４の上部に結像され、さらに投影レンズ４によって
カメラ検出部であるスリット１０の上に投影される。カ
メラ用偏向器５は、最終結像レンズである投影レンズ４
の上に設置され、ＴＥＭ像をＸＹ２次元的に偏向するも
のであり、電磁偏向コイルでも静電偏向板でもよい。カ
メラ用偏向器制御回路６は、ＣＰＵ８の管理下にあって
カメラ用偏向器５を動作させるための回路であり、ＸＹ
座標を回転させるための回転回路、ＸＹ直交度を補正す
る回路を有し、ＸＹ座標の回転や偏向感度を制御する。
レンズ制御回路７は、ＣＰＵ８の管理下にあって結像手
段である対物レンズ２、結像レンズ群３、投影レンズ４
の各レンズを制御するものである。

【００１０】カメラ操作盤１７は、カメラを使用する場
合に必要となる操作を行うための操作盤である。ＣＰＵ
８は、カメラ操作盤１７からの操作指示に基づいてレン
ズ制御回路７、カメラ用偏向器制御回路６、カメラ回転
回路１４、ラインセンサ信号取り込み回路１５を管理下
におき、各レンズの制御、カメラ用偏向器の制御、カメ
ラの回転制御、ラインセンサ信号の取り込み制御を行う
ものであり、メモリ９は、例えばＣＰＵ８が実行するプ
ログラムを格納し、ＣＰＵ８が作業領域として用いるも
のである。

【００１１】カメラ検出部は、図２に示すようにスリッ
ト１０の下部に蛍光板１１、ラインセンサ１２が配置さ
れ、スリット１０は、ラインセンサ１２の有効検出領域
よりわずかに小さなサイズの形状になっている。ライン
センサ１２は、１次元のＣＣＤセンサを使用するが、フ
ォトトランジスタアレイあるいはフォトダイオードアレ
イでも代用可能である。ただし、素子の大きさは蛍光板
１１に使用している蛍光体の分解能（蛍光塗料では約５
０〜１００μｍφ）よりわずかに大きなものを選定す
る。なお、一般にラインセンサは、従来よりスキャナや
製造ラインで主に使用されており、その用途から大きく
かつ大量の素子のものが使用されている。そのため、本
発明のラインセンサ１２としてＴＥＭの蛍光板の直径程
度（２００ｍｍ）の従来のラインセンサを使用すること
は可能である。また、電荷を蓄積可能なＣＣＤラインセ
ンサを使用することにより、走査スピードに応じて感度
を変えることができる。カメラ回転機構１３は、ライン
センサの方向を光軸を中心に回転させるための機構であ
り、カメラ回転回路１４は、ＣＰＵ８の管理下にあって
カメラ回転機構１３を制御するものである。

【００１２】ラインセンサ信号取り込み回路１５は、Ｃ
ＰＵ８の管理下にあってラインセンサ１２で選ばれたラ
イン出力をフレームメモリに取り込むための回路であ
る。ラインセンサ信号取り込み回路１５には、フレーム
メモリのデータをアナログ信号に変換してモニタに出力
する回路を有し、また、デジタル信号としてパーソナル
コンピュータやネットワーク、プリンタなどへ出力する
ための回路も有する。同期回路１６は、同期信号を発生
してラインセンサ信号取り込み回路１５とカメラ用偏向
器５との同期をとるための回路である。すなわち、ライ
ンセンサ１２からの信号をラインセンサ信号取り込み回
路１５のフレームメモリの所定のラインに取り込むため
の位置合わせをするための回路である。

【００１３】図３は像の走査とラインセンサ信号の取り
込みを説明するための図である。上記構成の透過電子顕
微鏡像観察装置では、カメラ用偏向器５を走査手段とし
て、投影レンズ４の上部に結像された像２０をスリット
１０の長手方向（Ｈorizontal 方向とする）と直交する
方向（Ｖertical 方向とする）に走査しながらラインセ
ンサ信号取り込み回路１５によりラインセンサ信号の取
り込みを行う。像のズーミングを行う場合には、走査範
囲を変え、像２０の走査では、カメラ用偏向器５による
偏向ではなくカメラ検出部を移動させるようにしてもよ
い。これらの走査において、Ｖertical 方向の走査を一
方向でなく、往復方向にすることにより、像の取り込み
スピードを上げることができる。

【００１４】このとき、ＣＰＵ８の管理下において、カ
メラ用偏向器５により走査する像２０の方向をカメラ用
偏向器制御回路６のＸＹ軸回転回路により一致させる。
軸の回転角度は、カメラ検出部の回転角と対応する。ま
た、同期回路１６から同期信号パルスを発生し、この同
期信号パルスにより、カメラ用偏向器５は、像２０をＶ
ertical 方向にある決められた角度ずつ走査し、同時
に、ラインセンサ信号取り込み回路１５は、ラインセン
サ信号をＡ／Ｄ変換後、フレームメモリの決められた位
置に書き込む。つまり、パソコンスキャナと同じ原理で
ある。

【００１５】ラインセンサ信号取り込み回路１５は、フ
レームメモリに書き込んだ画像をアナログ信号に変換し
てアナログモニタ１８に出力し、また、必要に応じてデ
ジタル信号をネットワーク上へ送出する。

【００１６】ＴＥＭ像では、レンズの結像条件を変更す
ると、例えば倍率を可変すると、像回転を生じる場合が
ある。そこで見かけ上の回転角度が変化しないようにす
るには、おのおのの結像条件に応じた回転角に設定する
ことが必要である。このようなレンズの結像条件、それ
に応じて回転角の設定、管理などはＣＰＵ８によって行
われ、結像条件に応じた回転角の制御は、ＣＰＵ８の管
理下でカメラ回転回路１４を通してカメラ回転機構１３
によって行われる。また、このカメラ回転機構１３を積
極的に利用して、レンズ条件を変えることなく像回転を
行うようにしてもよい。

【００１７】また、回折スポットのような非常に明るい
像の取り込む場合には、ラインセンサ上の走査スピード
を速くし、あるいは、スリットの幅をラインセンサの素
子の大きさよりも小さくする。このように上記構成の本
発明では、走査スピード、スリットの幅を可変にするこ
とにより、ダイナミックレンジを拡大することができ、
回折スポットのような非常に明るい像の取り込みも可能
になる。

【００１８】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、蛍光板の下にラインセンサを配置し
たが、蛍光板とラインセンサをグラスファイバなどによ
り分離し、ラインセンサを真空外へ配置してもよい。ま
た、投影レンズは焦点深度が深いため、カメラ検出部の
回転軸方向に移動する機構を取り付け、光学系を可変せ
ずに像のズーミンイグを行うようにしてもよい。さら
に、偏向スピードが十分であれば、カメラ用偏向器には
投影レンズアライメントを使用してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下のような種々の効果が得られる。蛍光
板の分解能と検出器の素子の大きさをほぼ一致させるこ
とで、検出器の分解能を有効に利用することが可能とな
った。長いラインセンサを使用することで光学レンズ
を用いることなく容易に広視野を得ることができるた
め、歪みなどのアーティファクトがなくなった。蛍光
板のうち実際に使用する面積が狭いため、蛍光面のムラ
や汚れをかなりなくすことができた。カメラ検出部を
回転軸方向に移動する機構により光学系を可変せずに倍
率が可変となるため、倍率の可変範囲が拡大した。カ
メラの回転機構によりレンズ条件を変えることなく像回
転が可能となるため、倍率誤差や歪みを生じずに像回転
が可能となった。カメラの回転機構によりレンズ条件
を変えることなく像回転が可能となり、いわゆる像無回
転の結像でなくとも像無回転を実現するため、レンズを
１段減らすことも可能となり、装置全体の高さを下げる
ことが可能となった。走査範囲を可変にすれば光学系
を可変せずに像の倍率を変化させズーミングが可能とな
るため、倍率の可変範囲が拡大した。ラインセンサ上
の走査スピードやスリットの幅を可変にすることによ
り、像の明るさを変えなくても感度を調整でき、カメラ
のダイナミックレンジを拡大することができた。ライ
ンセンサを用いることで素子の固体差の補正が容易にな
った、すなわち、２次元ＣＣＤではすべての画素につい
て感度補正が必要であるが、ラインセンサの各素子ごと
の感度を予め測定し、その感度でフレームメモリのＨor
izontal 方向の感度を補正する処理を付け加えることに
より、ラインでの感度補正により画像データ全体の感度
補正が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る透過電子顕微鏡像観察装置の実
施の形態を示す図である。

【図２】 カメラ検出部の断面図である。

【図３】 像の走査とラインセンサ信号の取り込みを説
明するための図である。

【符号の説明】

１…試料、２…対物レンズ、３…結像レンズ群、４…投
影レンズ、５…カメラ用偏向器、６…カメラ偏向器用制
御回路、７…レンズ制御回路、８…ＣＰＵ、９…メモ
リ、１０…スリット、１１…蛍光板、１２…ラインセン
サ、１３…ラインセンサ回転機構、１４…ラインセンサ
回転回路、１５…ラインセンサ信号取り込み回路、１６
…同期回路、１７…カメラ操作盤、１８…アナログモニ
タ、１９…Ｏリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部を制限するスリットと該スリット
   の下部に配置される蛍光板と該蛍光板の下部に前記スリ
   ットに沿って配置されるラインセンサからなるカメラ検
   出手段と、前記スリット上に試料の透過電子顕微鏡像を
   結像する結像手段と、前記スリット上に結像する透過電
   子顕微鏡像を相対的に走査する走査手段と、該走査手段
   による走査に対応して前記ラインセンサの信号をフレー
   ムメモリに順次画像信号として取り込み該取り込んだフ
   レームメモリの画像を出力する画像出力手段とを備えた
   ことを特徴とする透過電子顕微鏡像観察装置。
2. 【請求項２】 前記カメラ検出手段は、前記ラインセン
   サの方向を光軸を中心に回転させる回転機構を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の透過電子顕微鏡像観察装
   置。
3. 【請求項３】 前記カメラ検出手段は、前記スリットの
   幅の可変機構を有することを特徴とする請求項１記載の
   透過電子顕微鏡像観察装置。
4. 【請求項４】 前記走査手段は、前記結像手段により結
   像する透過電子顕微鏡像を偏向する偏向手段又は前記カ
   メラ検出手段を前記スリットと直交する方向に移動させ
   る移動機構からなり、走査スピードが可変であることを
   特徴とする請求項１記載の透過電子顕微鏡像観察装置。