JPH1040843A - 透過型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】透過型電子顕微鏡の像が鮮明に写真撮影できる
ように、従来装置にない各種写真撮影モードが可能にな
るように、電子ビームの電流密度が測定できる検出セン
サを備えた電子顕微鏡を提供する。 【解決手段】透過型電子顕微鏡の電子ビームのスポット
径以下の電流検出センサ１を備えて電子ビームの電流密
度を正確に測定し、またこの電流検出センサ１を複数個
備え、個別に同時に電流密度を測定できる蛍光板４８。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は透過型電子顕微鏡に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子顕微鏡像を写真撮影する際には、フ
ィルムに照射する露光エネルギを正確にするため電流値
を測定し、その電流値とフィルム感度に応じた露光時間
を操作することが通常行われている。電流値を正確に測
定しなければ、最適な露出時間が決定できないし、また
良質な電子顕微鏡写真を得ることはできない。

【０００３】電流値の測定には、電子光学系の光軸にフ
ァラデーゲージを挿入し、全電流値を測定するか、もし
くは、電顕像観察用の導電膜を施した蛍光板に流れ込む
電流を測定し、電流の大きさを像の明るさデータとして
参照していた。

【０００４】しかし、これらの手段で測定した電流値
は、正確に蛍光板の電流密度を測定していない。例え
ば、蛍光板上の電子ビームのスポットが、蛍光板に比較
して小さい時と、蛍光板の寸法と同じくらいの時とで、
検出した電流値は同一でありながらも電流密度は異な
り、露光エネルギとしては前者は後者に比べて大きくな
る。このため従来装置では、オペレータが感覚的に露光
時間を調整し、最適な露光条件の操作をし写真撮影をし
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電顕像を撮影する時
に、光軸にファラデーゲージを挿入し電子ビームの電流
値を測定する操作はなかなか面倒であるうえ、その操作
が電顕像の撮影チャンスを逃す恐れもある。さらに、フ
ァラデーゲージで測定した電流値も、蛍光板の導電膜で
測定した電流値も、電子ビームの電流密度を正確に測定
することは困難な構造である。

【０００６】本発明の目的は、写真撮影の操作性が良
く、さらに電流値を正確に測定できる検出器を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】蛍光板の電流値を検出す
る導電膜（センサ部）は、蛍光板全体の帯電対策も含め
蛍光板の全面に導電膜を形成している。従って、蛍光板
に照射される電子ビームのスポット形状が大きくとも小
さくとも、すなわち、電子ビームの電流密度が低くも高
くも、検出器の大きさは一定であることから、蛍光板に
流れる電流値はスポット径の大小に係わらず同一にしか
測定できなかった。

【０００８】しかし、センサ部である導電膜の寸法を、
蛍光板上に投影する電顕像のうち最小の像寸法以下に、
すなわち、最大電流密度の時のスポット径の大きさ以下
にすることで、いつでもセンサ部は正確な電流密度を測
定することができる。ただし、この部分の導電膜は蛍光
板全面の導電膜部分とは、絶縁性を保たなければならな
い。

【０００９】主として蛍光板中央部の一部を使用した導
電膜を利用することは、電子ビームの電流値を正確に測
定することができ、電顕像の最適露光時間を容易に決定
することができる。またさらに電顕像のフィルム撮影の
際、視野の一部分の像のみに最適露光エネルギを与えた
り、一般のカメラ同様に中央スポット測光やプログラム
モード等の展開が図れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図４は透過型電子顕微鏡の電子光
学系および像観察系の説明図である。

【００１１】電子銃および加速管４１から出た電子ビー
ム４２ａは、集束レンズ４３ａと４３ｂで最適な電子ビ
ームに調整され試料４４に照射される。試料４４を透過
し試料の構造情報を含んだ電子ビーム４２ｂは、中間レ
ンズ４６ａ，４６ｂで拡大し、投影レンズ４７で蛍光板
４８に電子顕微鏡像を結び目視観察できる。

【００１２】蛍光板４８に結像した試料４４の電子顕微
鏡像は、蛍光板４８の下部にセットした写真フィルム５
１に撮影できるよう、すなわち、フィルム５１に電子ビ
ーム４２ｂを照射できるように図に示してないが、蛍光
板４８は光軸から取り除くことができる。

【００１３】また通常写真フィルム５１は、一枚毎にフ
ィルムプレート５０に収められ、図示していないが、単
位数量まとめてフィルム格納ボックスに収納している。
そして電子顕微鏡像のフィルム撮影時に、一枚毎に撮影
位置に自動でセットし、また撮影終了時には露光ずみの
フィルムプレートを収納するボックスに自動収納する。

【００１４】電子顕微鏡像の写真撮影時には、鮮明な写
真を撮影するために種々の操作が必要である。なかでも
重要な操作は、試料４４の情報を含む電子ビーム４２ｂ
の電流値を正確に測定し、最適な露光エネルギを設定す
るための露光時間の決定操作である。

【００１５】電子ビーム４２ｂの電流値を測定するに
は、蛍光板４８に流れ込む電流を接続する電流計５２で
読み取るか、もしくは光軸にファラデーゲージ４９を挿
入し、それに接続する電流計５２の値を読み取るか、一
般的にはいずれか一方がもしくは双方が装置に備えられ
ている。双方共に電流値を測定し、その電流値から露光
時間を求める方法としては同一である。

【００１６】しかしファラデーゲージを使用する方法
は、光軸にファラデーゲージを挿入して電流値を測定
し、測定後には光軸から取り出さなければ写真撮影がで
きない構造でもある。従ってこの測定法は正確な電流値
を測定することのできる反面、ファラデーゲージの設定
・取り出し等写真撮影時に測定するには操作性に問題の
有る方法である。そのため、写真撮影のシャッターチャ
ンスを逃したり、電流値未確認による最適露光時間の設
定に誤差がでたりの不都合が時によっては発生する。

【００１７】電子顕微鏡の像を写し出す蛍光板は、通常
石英ガラス等をベースにしてその面に蛍光体を塗布した
ものである。試料４４の構造等の情報を含む電子ビーム
が蛍光体に照射されると、電子ビームの部分的な電流の
強弱が光の強弱に変化して像として観察できる。

【００１８】図５は電子顕微鏡像を写し出す蛍光板４８
の構造を図示した。これは石英ガラスの蛍光体ベース４
８ａの上面に導電膜４８ｄを蒸着し、その面に蛍光体４
８ｂを塗布し、さらに蛍光体４８ｂにも導電膜４８ｃを
蒸着している。この導電膜４８ｃ，４８ｄはいずれも絶
縁物である蛍光体ベース４８ａおよび蛍光体４８ｂが、
電子ビーム４２ｂの影響で帯電するのを防止する導電膜
である。ここで導電膜４８ｃは通常アルミニウムの薄膜
を使用し、導電膜４８ｄは金属膜のＩＴＯ（Indium Tin
Oxide）膜である。

【００１９】電子ビーム４２ｂの電流Ｉの経路を考える
と、導電膜４８ｃから蛍光体４８ｂに、そして導電膜４
８ｄから蛍光板ベース４８ａを透過し、鏡体部を経由し
て電子銃４１に戻る電流ｉ０である。これ等の電流の関
係は、ｉ＝ｉ１＋ｉ２であり、Ｉ＝ｉ＋ｉ０である。

【００２０】ここで電流ｉ０は、ほとんど加速電圧と蛍
光板４８の構造によって決まる一定電流である。また、
電流ｉはリード線４８ｅから電流計５２を流れ、接地線
48ｆを経由して電子銃４１に戻る電流で、電流ｉは電流
計５２で測定できる。従って電流ｉは、電子ビーム４２
ｂの電流Ｉと比例関係にあり、蛍光板４８を取り去った
時、下部にセットしたフィルムに照射される電流に比例
関係する。すなわち、電流ｉを測定すればフィルムに照
射する電流値は、Ｉ＝ｉ＋Ｋ（加速電圧と装置定数）と
して直接求めることができる。

【００２１】電子顕微鏡像の明るさは、蛍光板４８の単
位当たりの電流量、すなわち、導電膜の電流密度に比例
する。しかし、導電膜の電流密度を正確に測定するに
は、電子ビーム４２ｂのスポット径が常に導電膜の寸法
よりも大きいことである。電子ビームのスポット径が、
導電膜の寸法より小さかった場合には、正確な電流密度
を測定することはできない。すなわち、現状の蛍光板４
８の構造では、電子ビームのスポット径が常に大きいと
は限らないため、写真撮影する電子顕微鏡の像の明るさ
を、正確にモニタしてないことになる。

【００２２】ここには、蛍光板で電流測定する場合を説
明したが、ファラディーゲージの場合でも同様である。

【００２３】観察像の明るさを変化するには、電子ビー
ムの電流値を一定値の状態で、電流密度を変えることで
操作している。すなわち、電子ビームのスポット径を小
さくすれば明るくなり、逆に大きくすれば暗くなること
を利用している。従って、検出センサである導電膜の寸
法を、最大電流時のスポット径以下の寸法に形成すれ
ば、電子ビームの電流値をどのように変化させても、正
確な電流密度を測定できることが判る。

【００２４】図１は本発明の蛍光板４８の構成を示す。
導電膜４８ｃ，４８ｄのうち検出センサ部１になる部分
を小型化し、正確に電流検出ができるように周りの導電
膜とに絶縁部２を設け、リーク電流を少なくする構造に
した。さらに、周辺の導電膜部と同様に絶縁した電流リ
ード部３を形成し、測定電流を蛍光板４８の端まで引出
し、リード線４８ｅで接続し電流計５２で測定をする。

【００２５】図２は蛍光板４８の中央部断面（図１にお
けるＡ部の断面）図であり、（ａ）は上下の導電膜４８
ｃと導電膜４８ｄの双方に検出センサ部１ａと１ｂを設
け、絶縁部２についても同様に絶縁部２ａと絶縁部２ｂ
とを設けた。検出センサ部１ａと１ｂとは蛍光板４８の
端で結合し、電流計５２にリード線４８ｅで接続してい
る。また、（ｂ）は導電膜４８ｄにのみ検出センサ部１
ｂを設け、導電膜４８ｃには何も設けない構造で、導電
膜４８ｄには絶縁部２ｂだけを設けた例である。この
（ｂ）については、導電膜４８ｃは極めて薄い膜である
ためにほとんど電子ビーム４２ｂは透過するが、この場
合にも電流計５２に流れる電流は、同様に電子ビームの
電流Ｉをモニタしている。特に、（ａ）に比較して
（ｂ）の構造は著しく簡単であり、容易に製作可能であ
ることから有効性が高い。

【００２６】また、本図では電流リード部３と絶縁部２
の面積が非常に大きく示しているが、この面積は検出セ
ンサ部１に比較し極めて小さい面積で、測定データの精
度に影響を与えるものではない。

【００２７】さらに図３に示したように蛍光板４８の中
に、図１で示した検出センサ１を複数配置すれば、従来
装置にはない多くの露光処理が可能になる。図３（ａ）
は、５個の検出センサ１ａ〜１ｅの配置例を示したが、
それぞれの検出センサで検出した電流は、それぞれ蛍光
板４８の端まで引出し、図（ｂ）に示したように各電流
リード線の先に電流計５２ａ〜５２ｅを接続した状態を
示した。

【００２８】検出センサからの電流リード線は、２回路
の切り替えスイッチ５３ａ〜５３ｅに接続し、スイッチ
をａ側に接続すると電流計５２に接続し電流値が測定で
きる。また、スイッチをｂ側に接続すると電流は測定で
きないし、電流自身は接地線４８ｆで電子銃４１へのリ
ターン電流となる。この図では検出センサの数だけ電流
計を備えたが、スイッチ切り替えにより、一個の電流計
でも測定できることは明白である。

【００２９】一般のカメラで撮影する場合も電子顕微鏡
の像を撮影する場合も、原理的には露光操作は全く同様
である。フィルムの種類（感度）によって多少の露光時
間に差が出るものの、撮影する像の明るさが正確に測定
できれば、適切な露光時間が求められ鮮明な写真撮影が
可能になる。さらに複数の検出センサを備えていれば、
像の明るさが観察視野の各部で異なる場合にも、着目す
る部分像の明るさが測定できれば、その位置での最適な
写真撮影ができるとともに、複数センサを使用して各セ
ンサの演算処理結果で露光時間の設定をすれば、像の強
調写真の撮影や全体像の最適化が図れる写真撮影ができ
る。

【００３０】本発明の説明では写真撮影の方法や構造に
ついては、従来装置と異なるものでは無いので省略した
が、最近の電子顕微鏡はほとんどコンピュータ制御で写
真撮影の処理をしている。従って、ここに述べた電流密
度が正確に測定でき、また、複数の検出センサを備えた
装置になるならば、従来形式の電子顕微鏡像を適切に写
真撮影できるばかりではなく、上記したような一般カメ
ラの範疇まで、従来の処理法を越えた特殊な処理をする
ことが可能になる。この場合には、断わるまでもない
が、それぞれの検出センサの測定した電流密度をコンピ
ュータに取り込み、露光エネルギを各種の条件によって
計算し、露光時間のファクターに変換して写真撮影し、
画像処理とは異なる写真技術が展開できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明を使用することで、電子ビームの
スポット径に係わらず正確に電流密度が測定でき、電子
顕微鏡像の写真撮影に最適な装置を提供することができ
る。また電子顕微鏡像の全体像の中から、像の一部分に
も最適な露光時間の制御できる電流測定も、さらに複数
の検出センサを使用して、着目する像の強調写真の撮影
等も可能になる装置を提供可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蛍光板の説明図。

【図２】図１の蛍光板を説明する蛍光板の断面図。

【図３】本発明の複数検出センサの説明図。

【図４】透過型電子顕微鏡の説明図。

【図５】従来装置の蛍光板の説明図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…検出センサ部、２，２ａ，２ｂ…絶縁
部、４８…蛍光板、４８ａ…蛍光板ベース、４８ｂ…蛍
光体、４８ｃ，４８ｄ…導電膜、４８ｅ…リード線、４
８ｆ…接地線、５２…電流計。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを発生し加速する電子銃や加速
   管を備え、集束レンズで試料に電子ビームを照射し、対
   物レンズや中間・投影の各レンズで拡大し焦点合わせ
   し、蛍光板に電子顕微鏡の像を写しだすことができるよ
   うに、各部の構成要素を備えた一般的な透過型電子顕微
   鏡において、前記蛍光板に照射される前記電子ビームの
   電流密度を正確に測定できるように、最小スポット径よ
   り小さな径の電流検出センサを前記蛍光板に配置したこ
   とを特徴とする透過型電子顕微鏡。
2. 【請求項２】請求項１において、前記電流検出センサを
   前記蛍光板の複数位置に配置し、各々のセンサの中から
   指定するセンサの電流密度を個別に測定する透過型電子
   顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項１において、前記蛍光板に配置した
   前記電流検出センサから得られた電流密度を、電子顕微
   鏡像のフィルム撮影の露光時間にフィードバックし、最
   適エネルギ条件のフィルム露光ができる透過型電子顕微
   鏡。
4. 【請求項４】請求項２において、前記電子顕微鏡の全体
   像の中から着目する部分像の電流密度を個別に測定し、
   前記部分像のフィルム撮影の露光時間にフィードバック
   し、最適エネルギ条件のフィルム露光ができる透過型電
   子顕微鏡。
5. 【請求項５】請求項２において、前記各電流検出センサ
   で測定した電流密度を、その測定平均値や重み付き平均
   値等の演算処理結果を、電子顕微鏡像のフィルム撮影の
   露光時間にフィードバックし、自由に最適エネルギ条件
   を変えてフィルム露光ができる透過型電子顕微鏡。