JPH0119225B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子顕微鏡における明るさ制御方法、
特に最終像の明るさをその倍率に応じて制御する
ことができる電子顕微鏡における明るさ制御方法
に関する。

電子顕微鏡においては、最終像の倍率は広範囲
に亘つて変えられるが、この場合でも最終像の明
るさは実質的に一定であることが望ましい。

最終像の明るさは試料上の明るさに比例する
が、最終像の倍率の２乗に逆比例することから、
その倍率の変化に無関係に最終像の明るさを一定
にするには試料上の明るさを最終像の倍率の２乗
に比例して変えることが必要である。これは試料
を照射する電子ビームの照射角を最終像の倍率に
比例して変えることによつて達成される。試料上
の明るさは試料を照射する電子ビームの照射角の
２乗に比例するからである。

一方、試料上の明るさを最終像の倍率の２乗に
比例して変えると、高倍率のときに試料の損傷や
コンタミネーシヨンの問題が生ずる。

試料の損傷やコンタミネーシヨンを軽減するた
めに、最終像の倍率の切換えに連動して、試料面
上の電子流密度が試料に損傷を与えない範囲に抑
えられるように電子銃のフイラメント電流、バイ
フス電圧を制御するという考え方が知られてい
る。この考え方を記載したものとしては特開昭53
−62978号公報が挙げられる。

この公知の技術は電子銃のフイラメント電流、
バイアスを変えることにより電子源の輝度を変え
て試料上の電子流密度を制御するという考え方に
もとづくものである。

しかし、電子源の輝度はフイラメントの経時変
化により変化する。したがつて、同じ輝度を得る
ためにはフイラメント電流やバイアスは経時的に
異なるはずであるから、このような状態で、試料
の損傷やコンタミネーシヨンを軽減するように倍
率に連動してフイラメント電流、バイアスを変え
て輝度を希望どおり変化させることは実際上不可
能に近い。

本発明の目的は最終像のある倍率以下の倍率範
囲であその像の明るさをその像の倍率と無関係に
実質的に一定に維持することおよびそれ以上の倍
率範囲ではいろいろな試料についてその損傷やコ
ンタミネーシヨンの軽減を図ることが非常に容易
にかつ簡単な手段で達成され得る電子顕微鏡にお
ける明るさ制御方法を提供することにある。

本発明の電子顕微鏡における明るさ制御方法
は、その目的を達成するために、試料上の明るさ
を最終像の倍率の２乗に実質的に比例して変える
ために必要なコンデンサレンズの倍率対応励磁電
流データと前記試料上の明るさの上限を決める前
記コンデンサレンズの明るさ上限決定励磁電流デ
ータとを記憶装置に記憶しておき、倍率指定によ
り最終像の任意の倍率を選択してこの選択された
倍率に対応する倍率対応励磁電流データを前記記
憶装置から読出すと共に、明るさ上限指定により
試料上の任意の明るさ上限を選択してこの選択さ
れた明るさ上限に対応する明るさ上限決定励磁電
流データを前記記憶装置から読出し、これらの読
出された倍率対応励磁電流データおよび明るさ上
限決定励磁電流データを互いに比較して、前者の
データが後者のデータと一致する倍率以下の倍率
範囲では指定された倍率に対応して読出された倍
率対応励磁電流データにより前記コンデンサレン
ズを前記試料上の明るさが前記最終像の倍率に実
質的に比例して変わるように制御し、前者のデー
タが後者のデータと一致する倍率以上の倍率範囲
ではその一致した倍率対応励磁電流データにより
前記コンデンサレンズを前記試料上の明るさが実
質的に一定に維持されるように制御することを特
徴としている。

第１図は通常の電子顕微鏡の電子光学系を示
す。同図において、陰極、グリツドおよびアノー
ドからなる電子銃１から放出される加速電子ビー
ムは第１および第２のコンデンサーレンズ３およ
び４からなるコンデンサーレンズ系によつて収束
され、試料５を照射する。試料５を照射した電子
ビームは試料５を透過し、その透過した電子ビー
ムは対物レンズ６、中間レンズ７および投射レン
ズ８からなる拡大レンズ系によつて拡大され、蛍
光スクリーン９に投射される。したがつて、蛍光
スクリーン９上で試料５の電子顕微鏡像すなわち
最終像を観察することができる。

第２図は本発明の方法を実施するための電子顕
微鏡における明るさ制御装置の一実施例を示す。
コンデンサーレンズ系は第１図に示されるように
通常第１および第２のコンデンサーレンズ３およ
び４からなるが、図では簡単化のために第２のコ
ンデンサーレンズ４だけが示されている。又、拡
大レンズ系は第１図に示されるように対物、中間
および投射レンズ６，７および８からなる３段レ
ンズ系である場合もあるし、投射レンズとして二
つのレンズを用いる４段レンズ系である場合もあ
る。図では拡大レンズ１１が拡大レンズ系全体を
代表するものとして示されている。

最終像の倍率は拡大レンズ１１を流れる電流、
すなわちそのレンズの励磁電流を変えることによ
つて可変されるもので、設定されるべき倍率に対
応する拡大レンズの励磁電流のデータはリードオ
ンリーメモリー、すなわちROM１２にデイジタ
ル量として記憶されている。倍率指定器１３は設
定されるべき倍率を指定するもので、これとして
はたとえばキースイツチを用いることができる。
この倍率指定器１３を操作することによつてこれ
から得られる倍率指定信号はインターフエース１
４を介して駆動電源２９により駆動される中央処
理装置、すなわちCPU１５に与えられ、これに
よつてROM１２から倍率指定器１３により指定
される倍率に対応するデータが読み出される。こ
のデータはインターフエース１０を介してデイジ
タル−アナログ変換器、すなわちＤ−Ａ変換器１
６に与えられてここでアナログ信号に変換され、
該アナログ信号は誤差増幅器１７の一方の入力端
子に与えられる。

一方、直流電源１８から制御用トランジスタ１
０を介して直流電流が拡大レンズ１１に与えられ
る。この拡大レンズ１１を流れる電流は検出抵抗
２０によつて電圧信号として検出され、これは誤
差増幅器１７の他方の入力端子に与えられる。誤
差増幅器１７はこれへの二つの入力信号を比較し
てその差の信号を発生し、この差の信号にもとづ
きこの差が零になるように制御用トランジスタ１
９によつて拡大レンズ１１を流れる電流が制御さ
れる。

かくして、倍率指定器１３により倍率を指定す
るだけでその指定された倍率に対応する電流でも
つて拡大レンズ１１を励磁し得ることが理解され
る。

前述したように、試料５上の明るさはこれを照
射する電子ビームに照射角βの２乗に比例し、ま
た最終像の明るさＢは試料５上の明るさＩに比例
すると共に、最終像の倍率Ｍの２乗に逆比例す
る。したがつて、試料５上の明るさＩが倍率Ｍの
２乗に比例して変わるように倍率Ｍに比例して照
射角βを変えると、最終像の倍率Ｍと無関係に最
終像の明るさＢを一定にすることができる。

照射角βは第２のコンデンサーレンズ４の励磁
電流ｉを変えることによつて変えられ得る。第３
図はこのｉに対するβの関係を示すもので、この
関係は一般に良く知られている。第３図におい
て、i_Cは最大照射角β_naxが得られるときの励磁電
流を表わしている。i_Cはまた電子ビームを試料５
に収束されるときの励磁電流でもあり、したがつ
て電子ビームはi_Cよりも小さい励磁電流範囲では
試料５よりも下方の位置に、i_Cよりも大きい励磁
電流範囲では試料５よりも上方の位置にそれぞれ
収束されることになる。

今、明るさ制御のためにi_C以上の励磁電流範囲
が利用されるものとする。この励磁電流範囲で
は、励磁電流ｉの増大に伴なつて照射角βが減少
する。したがつて、この励磁電流範囲では、小励
磁電流側は高倍率側に対応し、大励磁電流側は低
倍率側に対応することになる。理解を容易にする
ために、倍率可変範囲はM_nio〜M_nax（M_nio＜
M_nax）、最低倍率M_nioのときの励磁電流はi_O、倍
率がM_nioから増大されてM_C（M_C＜M_nax）に達し
たときの励磁電流はi_Cであるとし、そしてこのi_C
は倍率がM_Cから最高倍率M_naxに至る倍率範囲に
おいてそのまま維持されるものとする。

このような条件下で、倍率ＭをM_nioからM_nax
に至る範囲内で変えてもそれに無関係に最終像の
明るさＢを実質的に一定にするために必要な、倍
率Ｍに対する試料５上の明るさＩの関係を示すと
第４図のようになる。同図によれば、試料上の明
るさＩはM_C以下の倍率範囲では倍率Ｍの２乗に
比例して変えられ、M_Cの位置において最大値
I_naxに達する。また、M_CからM_naxまでの倍率範
囲では最大値I_naxはそのまま維持される。これ
は、M_CからM_naxまでの倍率範囲では励磁電流ｉ
がi_Cに維持し続けられ、したがつて照射角βは最
大値β_nax維持し続けられるためである。

M_CからM_naxまでの倍率範囲においてもM_C以
下の倍率範囲におけると同様に励磁電流ｉを減少
させ続けるとそれに伴つて照射角βも減少し、し
たがつて試料５上の明るさＩはだんだん暗くな
る。

しかし、M_CからM_naxまでの倍率範囲は一般に
狭い。したがつて、この倍率範囲では、前述した
ように励磁電流ｉをi_C一定、したがつて試料５上
の明るさＩをI_nax一定に維持する限りにおいては
最終像は実用上差支えがある程度には暗くなら
ず、全倍率範囲に亘つて倍率Ｍに無関係に実質的
に一定の明るさをもつ最終像が得られるというこ
とができる。

ROM１２には更に第４図に示される倍率Ｍに
対する試料上の明るさＩの関係を得るのに必要な
第２のコンデンサーレンズ４の励磁電流すなわち
倍率対応励磁電流i_C〜i_Oのデータがデイジタル量
として記憶されている。したがつて、倍率指定器
１３によつて倍率を指定すると、CPU１５によ
つてROM１２からその指定された倍率に対応す
る倍率対応励磁電流ｉのデータが読み出される。
このデータはインターフエース２１を介してデイ
ジタル−アナログ変換器、すなわちＤ−Ａ変換器
２２によつてアナログ信号に変換され、該アナロ
グ信号は誤差増幅器２３の一方の入力端子に与え
られる。

一方、第２のコンデンサーレンズ４には直流電
源１８から制御トランジスタ２４を介して直流電
流が与えられ、そして第２のコンデンサーレンズ
４を流れる電流は検出抵抗２５によつて電圧信号
として検出され、これは誤差増幅器２３の他方の
入力端子に与えられる。誤差増幅器２３はこれへ
の二つの入力信号の差の信号を発生し、制御用ト
ランジスタ２４はこの差の信号にもとづいてその
差が零になるように第２のコンデンサーレンズ４
を流れる電流を制御する。

したがつて、倍率指定器１３によつて倍率Ｍを
M_nioからM_naxまで順次指定すると、拡大レンズ
１１にはそれに対応する励磁電流が与えられると
同時に、第２のコンデンサーレンズ４にはi_Oから
i_Cまでの励磁電流が与えられ、その結果試料上の
明るさＩは第４図に示されるような関係で変化す
る。すなわち、試料を照射する電子ビームの照射
角βは倍率Ｍの増大に伴なつて増大して行つて倍
率ＭがM_Cに達したとき、すなわち倍率対応励磁
電流ｉがi_Cに達したとき最大値β_naxをとるように
なるが、M_C〜M_naxの倍率範囲ではi_Cが第２のコ
ンデンサーレンズ４に与えられ続けることとなつ
てその間中照射角βは最大値β_naxをとり続けるの
で、試料上の明るさＩはM_nio〜M_Cの倍率範囲で
は倍率Ｍの２乗に比例して変化し、M_C〜M_naxの
倍率範囲では最大値I_naxを維持することとなる。
これは、指定された倍率に対応する倍率対応励磁
電流ｉを最大値I_naxに対応する値i_nと比較して、
その両者が一致した倍率以上の倍率範囲ではi_nの
データによりコンデンサーレンズ４を制御するこ
とによつて達成される。したがつて、前述したよ
うに最終像の明るさは全倍率範囲M_nio〜M_naxに
おいて実質的に一定に維持されるということがで
きる。

試料のコンタミネーシヨンや損傷を軽減するた
めには試料上の明るさの上限（これをI_Lとする）
を小さくする必要がある。しかし、この上限I_Lは
試料の種類に依存することが多い。したがつて、
このI_Lを最大値I_nax以下の範囲内において複数段
階に切換え得るようにすれば、いろいろな種類に
試料についてそのコンタミネーシヨンや損傷を軽
減することができる。

この点を第２図に関連して説明するに、I_nax以
下の複数のI_Lに対応する第２のコンデンサーレン
ズ４の励磁電流すなわち明るさ上限決定励磁電流
（これをi_Lとする）のデータはROM１２に予め記
憶されている。どのi_Lを選択するかはキースイツ
チからなる明るさ上限指定器３０を操作し、それ
からの明るさ上限指定信号をインターフエース１
４を介してCPU１５に与えることによつて行な
われる。倍率ＭをM_nioからM_naxまで順次変える
ように倍率指定器１３を操作すると、ROM１２
にある第２のコンデンサーレンズ４の元々の倍率
対応励磁電流ｉのデータが読み出され、このデー
タによつて第２のコンデンサーレンズ４が制御さ
れる。一方、明るさ上限指定器３０によつて指定
されたi_LはCPU１５によつてROM１２から読み
出され、このi_LとROM１２から読み出された
元々のｉがCPU１５で比較され、後者が前者と
一致した倍率以上の倍率範囲ではその一致した倍
率対応励磁電流ｉによつて第２のコンデンサーレ
ンズ４が制御される。したがつて、試料上の明る
さＩはｉがi_Lと一致するまでの倍率範囲では倍率
の２乗に比例して変化するが、ｉがi_Lと一致する
倍率以上の倍率範囲ではその一致したｉ、すなわ
ちこの場合i_L、がそのまま維持されることにな
る。

以上説明したところを簡単に要約すると、試料
上の明るさを最終像の倍率の２乗に実質的に比例
して変えるために必要なコンデンサレンズの倍率
対応励磁電流データは記憶装置であるROMに予
め記憶されていると共に、試料上の明るさの上限
を決めるコンデンサーレンズの明るさ上限決定励
磁電流データも同様に記憶装置であるROMに記
憶されている。

最終像の倍率の選択は倍率指定により達成さ
れ、そのようにして倍率が選択されるとこれに対
応する倍率対応励磁電流データは記憶装置である
ROMから読出される。同様にして、試料上の明
るさ上限の選択は明るさ上限指定により達成さ
れ、そのようにして明るさ上限が選択されるとこ
れに対応する明るさ上限決定励磁電流データは同
様に記憶装置であるROMから読み出される。

そのようにして読出された倍率対応励磁電流デ
ータおよび明るさ上限決定励磁電流データは互い
に比較され、前者のデータが後者のデータと一致
する倍率以下の倍率範囲では試料上の明るさが最
終像の倍率に実質的に比例して変るように指定さ
れた倍率に対応して読出された倍率対応励磁電流
データによりコンデンサレンズが制御され、また
前者のデータが後者のデータと一致する倍率以上
の倍率範囲ではその一致した倍率対応励磁電流デ
ータによりコンデンサーレンズが制御されて試料
上の明るさが実質的に一定に維持される。

以上の説明から、最終像のある倍率以下の倍率
範囲ではその像の明るさをその像の倍率と無関係
に実質的に一定に維持すること並びにそれ以上の
倍率範囲ではいろいろな試料についてその損傷や
コンタミネーシヨンの軽減を図ることが非常に容
易にかつ簡単な手段で達成されることが理解され
る。

なお、電子銃のフイラメントの経時変化により
電子源の輝度は変わる。しかし、これはそのフイ
ラメント電流、バイアス電圧を変えることで簡単
に補正できる。したがつて、前述した従来技術に
おけるような問題は生じない。

最終像の明るさレベルはオペレータの好みに応
じて変えられ得ることが好ましい。また、試料の
種類によつても最終像の明るさレベルを変えたい
場合もあり得る。更に最終像を写真撮影するとき
はその像の観察時よりも最終像を一般的には暗く
する必要がある。

このように、最終像の明るさレベルは必要に応
じて変えられるようになつていることが望まし
い。

この点を第２図に関連して説明するに、キース
イツチからなる明るさ調整スイツチ２５を押す
と、これからの明るさ指定信号はインターフエー
ス１４を介してCPU１５に与えられ、そしてそ
のスイツチを押している時間の関数として、
ROM１２がにめ記憶されているデータがCPU１
５内でインクリメントされ、このインクリメント
されたデータはランダムアクセスメモリ、すなわ
ちRAM２６に記憶される。この状態で倍率Ｍを
M_nioからM_naxまで順次変えるように倍率指定器
１３を操作すると、RAM２６に記憶されている
データとROM１２に記憶されている第２のコン
デンサーレンズ４の倍率対応励磁電流ｉのデータ
との間で加算（または減算）がCPU１５内で行
なわれる。この加算（または減算）されたデータ
はインターフエース２１を介してＤ−Ａ変換器２
２に与えられてここでアナログ信号に変換され、
このアナログ信号によつて前述と同様にして第２
のコンデンサーレンズ４が制御される。したがつ
て、第４図に示される試料上の明るさの曲線はそ
の縦軸方向に、明るさ調整スイツチ２５が押され
た時間に相当する明るさ変化分だけ平行移動し
て、明るさレベルが変わることになる。

一方、上記加算（または減算）されたデータは
ROM１２内にあるI_naxに対応する第２のコンデ
ンサーレンズ４の励磁電流i_CのデータとCPU１５
内で比較され、前者が後者と等しくなつた後はそ
の両者が等しくなつた時点での上記加算（又は減
算）されたデータによつて第２のコンデンサーレ
ンズ４が制御される。

もちろん、試料上の明るさの上限I_LがI_naxでは
なく、これよりも小さい値に設定される場合は、
上記加算（または減算）されたデータがI_Cではな
く、I_Lに対応するi_Lのデータと比較される必要が
あることは当然である。

以上の説明から、明るさレベルを望みに応じて
容易にしかも簡単な手段により変更し得ることが
理解される。

今までの説明では、最終像の明るさ制御のため
に第２図のi_C以上の励磁電流範囲が用いられた
が、この代りにi_C以下の励磁電流範囲が用いられ
てもよい。しかし、電子光学的な観点から一般に
はi_C以下の励磁電流範囲よりもi_C以上の励磁電流
範囲を用いる方が試料を照射する電子ビームの照
射角βの変化範囲が広く、したがつて試料上の明
るさ変化範囲が広いため、この点からはi_C以上の
励磁電流範囲を用いることが望ましい。

なお、収束レンズ系としてはシングルコンデン
サーレンズが用いられることがあり、この場合明
るさ制御のためにはこのシングルコンデンサーレ
ンズが制御されることになる。

以上説明したところから明らかなように、本発
明によれば、前述した本発明の目的が達成される
ので、その実用上の効果は頗る大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般に知られている電子顕微鏡の電子
光学系を示す図、第２図は本発明の方法を実施す
るための電子顕微鏡における明るさ制御装置の一
実施例のブロツク図、第３図は第２のコンデンサ
ーレンズの励磁電流に対する試料を照射する電子
ビームの照射角の関係を示す図、第４図は倍率に
対する試料上の明るさの関係を示す図である。 １……電子銃、３および４……コンデンサーレ
ンズ、５……試料、６……対物レンズ、７……中
間レンズ、８……投射レンズ、９……蛍光スクリ
ーン、１０，１４および２１……インターフエー
ス、１１……拡大レンズ、１２……ROM、１３
……倍率指定器、１５……CPU、１６および２
２……Ｄ−Ａ変換器、１７および２３……誤差増
幅器、２５……明るさ調整スイツチ、２６……
ROM、３０……明るさ上限指定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料上の明るさを最終像の倍率の２乗に実質
   的に比例して変えるために必要なコンデンサレン
   ズの倍率対応励磁電流データと前記試料上の明る
   さの上限を決める前記コンデンサレンズの明るさ
   上限決定励磁電流データとを記憶装置に記憶して
   おき、倍率指定により最終像の任意の倍率を選択
   してこの選択された倍率に対応する倍率対応励磁
   電流データを前記記憶装置から読出すと共に、明
   るさ上限指定により試料上の任意の明るさ上限を
   選択してこの選択された明るさ上限に対応する明
   るさ上限決定励磁電流データを前記記憶装置から
   読出し、これらの読出された倍率対応励磁電流デ
   ータおよび明るさ上限決定励磁電流データを互い
   に比較して、前者のデータが後者のデータと一致
   する倍率以下の倍率範囲では指定された倍率に対
   応して読出された倍率対応励磁電流データにより
   前記コンデンサレンズを前記試料上の明るさが前
   記最終像の倍率に実質的に比例して変わるように
   制御し、前者のデータが後者のデータと一致する
   倍率以上の倍率範囲ではその一致した倍率対応励
   磁電流データにより前記コンデンサレンズを前記
   試料上の明るさが実質的に一定に維持されるよう
   に制御することを特徴とする電子顕微鏡における
   明るさ制御方法。 ２ 試料上の明るさを最終像の倍率の２乗に実質
   的に比例して変えるために必要なコンデンサレン
   ズの倍率対応励磁電流データと前記試料上の明る
   さの上限を決める前記コンデンサレンズの明るさ
   上限決定励磁電流データとをリードオンリーメモ
   リに記憶しておくと共に、予め定められたデータ
   をランダムアクセスメモリに記憶しておき、倍率
   指定により最終像の任意の倍率を選択してこの選
   択された倍率に対応する倍率対応励磁電流データ
   を前記リードオンリーメモリから読出すと共に上
   記ランダムアクセスメモリ内の予め定められたデ
   ータを読出してその両者の加算または減算を行
   い、更に明るさ上限指定により試料上の任意の明
   るさ上限を選択してこの選択された明るさ上限に
   対応する明るさ上限決定励磁電流データを前記リ
   ードオンリーメモリから読出し、この読出された
   明るさ上限決定励磁電流データと前記加算または
   減算されたデータとを比較して、後者のデータが
   前者のデータと一致する倍率以下の倍率範囲では
   前記リードオンリーメモリから指定された倍率に
   対応して読出された倍率対応励磁電流データと前
   記ランダムアクセスメモリから読出されたデータ
   との加算または減算により得られたデータにより
   前記コンデンサレンズを前記試料上の明るさが前
   記最終像の倍率に実質的に比例して変わるように
   制御し、後者のデータが前者のデータと一致する
   倍率以上の倍率範囲ではその一致した、加算また
   は減算されたデータにより前記コンデンサレンズ
   を前記試料上の明るさが実質的に一定に維持され
   るように制御し、前記ランダムアクセスメモリに
   記憶されるデータは明るさ調整手段の操作により
   その操作時間の関数として変えられるようになつ
   ていることを特徴とする電子顕微鏡における明る
   さ制御方法。