JPH04192244A - 電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子顕微鏡に係り、特に、照射レンズ系と結
像レンズ系との光軸調整を自動的に行うのに適した電子
顕微鏡に関するものである。

（従来技術） 一般に、照射レンズ系の光軸が結像レンズ系の光軸に対
して傾いているときは、電流軸合せまたは電圧軸合せと
呼ばれる光軸調整が行われる。

電流軸合せとは、対物レンズ電流を増減させると第３図
（ａ）に示したように拡大像がある位置（電流中心）を
中心にして円周方向に動くことを利用して行われるもの
で、対物レンズ電流を増減して拡大像を円周方向へ動か
したときの電流中心をオペレータが見出だし、該電流中
心か視野の中心となるように偏向器を調整する軸合せ方
法である。

一方、電圧軸合せとは、電子銃の加速電圧を増減させる
と第３図（ｂ）に示したように拡大像がある位置（電圧
中心）を中心にして放射状に動くことを利用して行われ
るもので、加速電圧を増減して拡大像を放射状に動かし
たときの電圧中心をオペレータが見出たし、該電圧中心
が視野の中心となるように偏向器を調整する軸合せ方法
である。

ところが、このような軸合せては、拡大像の動きと共に
拡大像がボケでしまうので、電流（電圧）中心を正確に
見出だすことが困難であり、オペレータに相当の熟練を
要する。

そこで、このような問題点を解決するために、従来技術
では、例えば特願昭６１−２３７９６７号公報に記載さ
れるように、対物レンズ電流または加速電圧の増減に応
じて、最終像を画像メモリに記憶させてこれらを積算も
しくは平均したものを像として表示させる技術が提案さ
れている。

このようにすれば、像のボケ具合によってオペレータが
電流中心または電圧中心を容易に見出なすことができる
ようになるので、軸合せが簡単かつ正確に行えるように
なる。

さらに、前記した従来技術では、像を表示する際にマー
カも同時に表示させ、マーカと最終像の電流中心または
電圧中心とを一致させるようにすることによって光軸を
合せる技術も提案されている。

また、特開昭６２−１４３３５１号公報では、試料に照
射される電荷量を検出し、該電荷量が最大値を示すよう
に、レンズ系を光軸と垂直方向に移動させることによっ
て自動的に光軸を調整する技術が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） 特願昭６１−２３７９６７に記載された従来技術では、
電流中心または電圧中心を見出だす際にはオペレータの
判断が必要になってしまうために、自動化を図ることが
できなかった。

また、特開昭６２−１４３３’５１号公報に記載された
従来技術では、電荷量を検出するための検出器が必要と
なるために構成が複雑になってしまうという問題があっ
た。

しかも、電荷量が最大値を示す位置を検出するためには
、レンズ系を光軸と垂直方向に十分に走査しなければな
らないので、長時間を要してしまうという問題があった
。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、
簡単な構成で、軸調整を自動的にかつ短時間で行うこと
の可能な電子顕微鏡を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、本発明では、画像メモ
リの各座標ごとに、対物レンズ電流または加速電圧を変
動させる前の画像データと変動させた後の画像データと
の差分を求め、画像メモリの座標と前記差分との関係を
示す近似関数を算出する。そして、前記近似関数に基づ
いて差分が最小値を示す画像メモリの座標を演算によっ
て求め、該座標を電流（電圧）中心とするようにした。

（作用） ｍＸｎの画像メモリ上の座標（１、ｊ）［１≦ｉ≦ｍ、
１≦ｊ≦ｎ］での、任意の対物レンズ電流（または加速
電圧）における画像データと対物レンズ電流（ま゛たは
加速電圧）を変化させた後の画像データとの差分データ
をＤｉｊとし、座標（１％　Ｊ）と差分データＤｉｊと
の関係を表す近似関数Ｄｉｊ−Ｆ　（ｉ、　ｊ）を求め
れば、該近似関数Ｆ　（ｉ、ｊ）が極小値を示す座標が
電流（電圧）中心となるので、オペレータの熟練度にか
かわらず、常に正確な電流（電圧）中心を求めることが
できるようになる。

（実施例） 初めに、本発明による軸合せの基本概念について、電流
軸合せを例にして説明する。

本発明では、画像メモリ上の各座標（ｉ、ｊ）での、任
意の対物レンズ電流における各画像データをＳ１ｊ、対
物レンズ電流を変化させた後の各画像データをＴ　ｔｊ
、各差分データ（Ｓ　ｉｊ　−Ｔ　ｉｊ）をＤｌｊとし
、以下のようにして、初めに座標（１％　Ｊ）と差分デ
ータＤｉｊとの関係を表す近似関数Ｄ１ｊ−Ｆ　（ｉ、
ｊ）を以下のようにして求める。

すなわち、３次元関数をｚ−Ｆ　（ｘ、　ｙ）とすると
、Ｆ　（ｘ、ｙ）は一般的に次式（１）で表される。

Ｆ　（ｘ％ｙ）＝ａ　　ｘ＋ａ２ｘ　　十ａ３ｘ＋・・
・ ＋ｂ　ｙ＋ｂ２ｙ　十ｂ３ｙ ＋・・・ ＋Ｃ・・・（１） ここで、係数ａ、ａ−＝、ｂｌ、ｂ２、・・・、ｌ　　
　　２　ゝ Ｃを求めるために、各座標（ｉ、ｊ）に関して、ΔＤｉ
ｊ　＝Ｆ　（ｉ、　ｊ）　−Ｄｉｊ　　・・・（２）を
算出し、Σ（ΔＤｉｊ）２が最小値を示す前記係数ａ１
、ａ２、・・・ｂｌ、ｂ２、・・・Ｃを、例えば次式（
３）〜（５）に示す最小二乗法の基準方程式を解くこと
によって算出する。

ΣＡＤｉｊ−９ΔＤｉｊ＝ＸΔＤｉｊ−３ΔＤｉｊ３　
ａ１３　ａ２ 一ΣΔＤｉｊ−９ΔＤｉｊ・・− ａ　ａ −〇　・・・（３） ΣΔＤｉｊ　−３〕ΔＤｉｊ　−ΣΔＤｉｊ　壷　？〕
ΔＤｉｊａｂｌ　　　　　　　　ｂ２ 一ΣΔＤｉｊパａΔＤｉｊ・・・ 一〇　　・・・（４） ΣΔＤｉｊ−９ΔＤｉｊ−０　−（５）Ｃ 前記したように、画像データＳｉｊと画像データＴｌｊ
との差分データＤｉｊは、電流中心ではほぼＯとなり、
電流中心から離れるにしたがって大きくなるので、関数
Ｆ（ｉ、ｊ）が極小値を示す座標が電流中心の座標とな
る。

したがって、以上のようにして近似関数Ｆ（ｉ、ｊ）が
求まると、次式（８）　、（７）に示したように関数Ｆ
　（ｉ、ｊ）をｉおよびｊで偏微分し、近似関数Ｆ　（
ｉ、ｊ）が極小値を示す座標を求める。

９Ｆ　　（ｉＳ　ｊ）−０−（６） ｉ また、本発明では、偏向器３の制御量δｘ１δＹに対す
る電流中心の移動量ｄＸ、ｄＹを予め実験的に求めてお
く。そして、前記のようにして電流中心が求まり、電流
中心と視野の中心とのずれがΔｘ１ΔＹであれば、Ｘ軸
に関してはδＸ・ΔＸ　／ｄＸ　、　Ｙ軸に関してはδ
Ｙ・ΔＹ　／ｄＹなる制御量で偏向器３を制御すれば、
軸合せが自動的に行われるようになる。

第１図は本発明の一実施例である電子顕微鏡の主要部の
ブロック図、第２図はその動作を説明するためのフロー
チャートである。

図において、電子銃１から放出された電子線１７は、照
射レンズ系を構成する第１コンデンサレンズ２ａおよび
第２コンデンサレンズ２ｂによって収束され、さらに偏
向器３で偏向されて試料４に照射される。

試料４を透過した電子線は、結像レンズ系を構成する対
物レンズ５ａｓ中間レンズ５ｂ、投射レンズ５ｃによっ
て拡大され、蛍光板６上には最終像が結合される。

結合された最終像はテレビカメラ１０によって撮像され
、制御器１１を介して映像信号に変換される。この映像
信号はＡ／Ｄ変換器１２、バス８０を介して、ｍｘｎの
画像データとして画像メモリ１４ａ〜１４ｃにデジタル
化されて記憶される。

前記電子銃１の加速電圧は、Ｄ／Ａ変換器７ａの出力信
号を昇圧回路８で昇圧して供給される。

各電子レンズ２　ａ、　２　ｂｓ　５　ａ、　５　ｂ−
５ｃのレンズ電流は、それぞれＤ／Ａ変換器７ｂｓ７ｃ
ｓ７ｅｓ　７ｆ、７ｇの出力信号で制御される電源回路
９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｅ、９ｆから供給される。

偏向器３の偏向電流は、Ｄ／Ａ変換器７ｄの出力信号で
制御される電源回路９Ｃから供給される。

各Ｄ／Ａ変換器７ａ〜７ｇは、ＣＰＵ１６、メモリ１５
、演算装置１３と共にバス８０に接続されている。

メモリ１５には、当該電子顕微鏡の各種制御プログラム
、前記偏向器３の制御量δＸ、δＹに対する電流中心の
移動量ｄＸ、ｄＹ、および前記近似関数Ｆ（ｉ、ｊ）を
求めるためのプログラム等が記憶されている。

このような構成において、電流軸合せを行う場合、ステ
ップＳＩＯでは任意の対物レンズ電流におけるｍｘｎ個
の各画像データＳＩＪが画像メモリ１４ａに蓄積され、
ステップＳｌｌでは、対物レンズ電流が適宜に増加また
は減少されて拡大像が電流中心を中心にして回転され、
その後、ステップＳ１２では前記回転したｍＸｎ個の各
画像データＴ１ｊが画像メモリ１４ｂに蓄積される。

ステップＳ１３では対物レンズ電流が元に戻され、ステ
ップＳ１４では画像メモリ１４ａの各画像データから画
像メモリ１４ｂの各画像データが減ぜられて各座標の差
分データＤｉｊ（−３ｉｊ　−Ｔ　ｉｊ）が算出され、
該差分データＤ１ｊが画像メモリ１４ｃに蓄積される。

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１６に制御された演算装置
１３によって前記近似関数Ｆ　（ｉ、ｊ）が算出され、
ステップ８１６では近似関数Ｆ　（ｉ。

ｊ）の極小値に基づいて電流中心の座標が求められる。

ステップＳ１７では、前記電流中心の座標と拡大像の中
心位置座標とのずれΔＸ、ΔＹが算出され、偏向器３の
Ｘ軸に関する制御量δＸ・ΔＸ／ｄＸおよびＹ軸に関す
る制御量δＹ・ΔＹ　／ｄＹが算出される。

ステップＳ１８では、ＣＰＵ１Ｂが前記制御量に基づい
て偏向器３を制御し、軸合せが行われる。

本実施例によれば、電流中心がオペレータの観察によら
ず演算によって算出されるので、専用の検出器等を設け
ることなく、またオペレータの熟練度にかかわらず、常
に正確な電流（電圧）中心を求めることができるように
なる。

また、偏向器３の制御量δｘ１δＹに対する電流中心の
移動量ｄＸ、ｄＹを予め実験的に求め、上記のようにし
て求められた電流中心と視野の中心とのずれΔｘ１ΔＹ
に基づいて偏向器を制御すれば、光軸合せが自動的に行
えるようになる。

なお、上記した実施例では本発明を電流軸合せを例にし
て説明したが、当業者には明らかなように、電圧軸合せ
にも同様に適用することができる。

また、上記した実施例では本発明を透過電子顕微鏡を例
にして説明したが、本発明は走査電子顕微鏡にも適用す
ることができる。

（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、次の
ような効果が達成される。

（１）画像メモリ上の各座標（１、ｊ）での、任意の対
物レンズ電流における画像データをＳｉｊ、対物レンズ
電流を変化させた後の画像データをＴｉｊ、画者の差分
データＤ１ｊとし、座標（ｉ、ｊ）と差分データＤ１ｊ
との関係を表す近似関数Ｄｉｊ−Ｆ（ｉ、ｊ）を求め、
該近似関数Ｆ　（ｉＳ　ｊ）が極小値を示す座標に基づ
いて電流（電圧）中心を求めるようにしたので、オペレ
ータの熟練度にかかわらず、常に正確な電流（電圧）中
心を求めることができるようになる。

（２）偏向器の制御量に対する電流（電圧）中心の移動
量を予め実験的に求め、近似関数Ｆ　（ｉ、ｊ）が極小
値を示す座標に基づいて求められた電流（電圧）中心と
視野の中心とのずれΔＸ、ΔＹに基づいて偏向器を制御
すれば、光軸合せが自動的に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の動作を説明するためのフローチャート、第３図は電
流軸合せおよび電圧軸合せを説明するための図である。 １・・・電子銃、２ａ・・・第１コンデンサレンズ、２
ｂ・・・第２コンデンサレンズ、３・・・偏向器、４・
・・試料、５ａ・・・対物レンズ、５ｂ・・・中間レン
ズ、５Ｃ・・・投射レンズ、６・・・蛍光板、７ａ〜７
ｇ・・・Ｄ／Ａ変換器、８・・・昇圧回路、９ａ〜９ｆ
・・・電源回路、１０・・・テレビカメラ、１１・・・
制御器、１２・・・Ａ／Ｄ変換器、１３・・・演算装置
、１４ａ〜１４ｃ・・・画像メモリ、１５・・・メモリ
、１６・・・ＣＰＵ、８０・・・バス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電流中心および電圧中心のいずれか一方が視野の
   中心となるように電子線を偏向して光軸合せを行う電子
   顕微鏡において、 電子源から放出された電子線を収束する照射レンズ系と
   、 試料を透過した電子線を拡大して拡大像を結像する結像
   レンズ系と、 照射レンズ系の光軸と結像レンズ系の光軸とを合せるた
   めの電子線偏向手段と、 拡大像をデジタル画像データに変換して記憶する画像メ
   モリと、 対物レンズの励磁電流を増減して画像データを変化させ
   たときの該変化前後における各座標での画像データの差
   分、および電子銃の加速電圧を増減して画像データを変
   化させたときの該変化前後における各座標での画像デー
   タの差分の少なくとも一方を求める差分検出手段と、 画像メモリの各座標と前記差分との関係を示す近似関数
   を算出する関数算出手段と、 前記近似関数に基づいて、差分が最小値を示す画像メモ
   リの座標を求める電流／電圧中心検出手段とを具備した
   ことを特徴とする電子顕微鏡。
2. （２）前記光軸検出手段は、前記近似関数を座標に関し
   て偏微分して極小値を求め、該極小値を示す座標を算出
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子
   顕微鏡。
3. （３）前記電子線偏向手段の単位制御量に対する電流／
   電圧中心の単位移動量を記憶した記憶手段と、視野の中
   心位置と前記電流／電圧中心とのずれ量を検出する手段
   と、 前記単位移動量およびずれ量に基づいて、視野の中心位
   置が前記電流／電圧中心と一致するように、前記電子線
   偏向手段を制御する手段をさらに具備したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の電子顕微
   鏡。