JPS62110246A - 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Ｊ 本発明は高倍における高分解能観察と低倍における良質
で広視野な澹のｉｕ＊を両立させることのできる電子顕
微鏡に関する。

［従来の技術１ 電子顕微鏡を用いて生物切片試料の観察が行なわれてい
る。このような生物切片試料の観察は一般に１０００〜
ｓｏ、ｏｏｏｆｔｊの１８率範囲で行なわれるが、この
際の像質を良好なものにするためには、以下の２点の要
請が満足されねばならない。

（１）コントラストを高める。

（２）軸外色収差によるボケを少なくする。

まず、第１の要請について検討する。

生物切片試料ＩＱ察でのコン１−ラストは主に振幅コン
トラストであり、第３図に示すように、試料からの電子
線の開き角αが小さい程コントラストは高くなる。但し
第３図において、１は対物レンズ、２は試料、３は対物
絞り、４は試料２の対物レンズ１による像、５は電子線
である。対物絞り３の位置は対物レンズ１の位置に略等
しいと看なぜるため、対物レンズ１の焦点距離をｆＯと
すると、１１ｑ記αと対物絞り３の孔径Ｏａｐとの間に
以下の関係が成立する。

ａ−、−むａｎ　　α　＝Ｄａｐ／　　２　　ｆｏ　　
　　　　　　　　　−”　　（１）上式より、コントラ
ストを高めるためには、対物レンズ１の焦点距離を大き
くするか、対物絞り３の孔径を小さくすることが必要で
あることが分る。

ところが、後述するように対物レンズ１の焦点量ｌ！ｉ
ｌｌ　ｆ　ｏを大きくすると、軸上収差即ち、球面収差
係数Ｃｓ及び軸上色収差係数ｃｃが大きくなってしまう
ため、焦点量ｌｆｏをさほど大きくすることはできない
。そのため、上記低倍像のコントラストを高めるために
は、対物絞り３の孔径Ｄａｐをかなり小さいものにする
必要がある。

次にｉＴ２の要請について検討する。

軸外色収差係数をＣｍｒ、Ｕを電子線の加速電圧。

ΔＵを試料による電子線のエネルギー損失ｆｆｉ、　Ｒ
をフィルム面上における中心からの距離とすると、フィ
ルム面上での像のボケｍ　Ｄ　ｃＩｌｒは以下の式で表
わされる。

Ｄｃｍｒ　＝Ｃｍｒ−（ΔＵ／ＬＪ）−Ｒ・　（２）一
方、第４図に示すように、試Ｆ１２を照射プる電子線が
光軸Ｃと交差する点と対物レンズ１との距離をδ、試料
２と対物レンズ１までの距離を２０、対物レンズ１と対
物レンズ１による像４との距離をＺ＋　とすると、ＣＩ
ｏｒは以下のように表されることが知られている。

Ｃ＋ｎｒ＝　（１／ｚｏ　−１／Ｚ＋　）／　（１／δ
−１／２０）　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
３）従って、軸外色収差をできるだけ小さくするために
は、δが無限大であれば良く、このことは無限遠点から
の電子線によって、換言すれば平行度の良い電子線によ
って試料が照射されることが望ましい。

一方、電子顕微鏡において、高倍観察を行なう際の分解
能を高めるには、対物レンズの球面収差係数Ｃ５及び軸
上色収差係１ｃｃを小さくすることが必要であり、それ
には対物レンズの焦点距離ｆｏを小さくすることが必要
である。又、適当な前７′ｊ磁界を利用すると、前記Ｃ
３及びＣＣを小さくするための効果が得られるため、従
来の電子顕微鏡における対物レンズ近傍の光学図は第一
５図のようなものであった。

第５図にｄ３いて、１は対物レンズ、ｌａ、１ｂは各々
対物レンズ近傍の前方及び後方磁界レンズであり、第５
図にＪ３いては、第３図及び第４図と同一の構成要素は
同一符号で示されている。この第５図より明らかなよう
に、前述した理由から対物レンズ１の焦点量１１ｆｏが
極めて短くされている！こめ、高倍の際に高分解能が得
られるが、電子線５がクロスオーバーする位置Ｐが対物
絞り３の位置よりかなり前方にくｉるため、電子線５の
一部がカットされてしまう。このような電子線５のカッ
トは高１ｎｖＡ寮の際には問題にならないが、低倍観察
の際には視野を狭めることになり、広い視野の１１察が
行なえなくなる。勿論、前記位置Ｐに対物絞り３を配置
できれば、このような問題は生じないわけであるが、対
物絞り３を試料２に近付けると、試料２の傾斜角等が制
限させるため対物絞り３と試料２との間は少なぐとも第
５図に示されている距離程度離す必要がある。

［発明が解決しようとする問題点１ そのため従来においては、高倍において高分解能観察を
行なうことはできても、低倍において良質な像を観察し
ようとすると、狭い視野の像しかｖＡ察することはでき
なかった。

本発明はこのような従来の欠点を解決し、高倍にＪ３け
る高分解能観察と、低倍における良質で広視野の像を観
察することのできる電子顕微鏡を提供することを目的と
している。

［問題点を解決するための手段］ そのため、本発明は電子銃よりの電子線を集束して試料
に入射さぜる照射レンズ系と、強い前方磁界を有する対
物レンズと、該対物レンズの萌方磁Ｗレンズと後方磁界
レンズどの間に配［ａされた試料と、該対物レンズ後段
の該レンズ近傍に配置された対物絞りと、前記対物レン
ズの後段に配置された結像レンズ系と、該結像レンズ系
の励磁強度を切換えることにより観察倍率を切換えるた
めの手段とを備えた電子顕微鏡において、へ倍観察時に
は前記対物レンズの前方磁界レンズに略平行に入射した
電子線が前記対物レンズの後方磁界レンズと対物絞りと
の間の位置にクロスオーバーを結び、低倍観察時には前
記対物レンズの前方磁界レンズに入射する直前で一旦ク
ロスオーバーを結んだ電子線が前記対物レンズにより略
平行な電子線束として試料に入射した後前記対物絞りの
位置でクロスオーバーを結ぶように、前記照射レンズ系
の励磁強度が観察倍率の切換えに連動して変えられるよ
うに構成されていることを特徴としている。

［実施ＶＡ’１ 以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。

本発明の一実施例を示す第１図にＪ３いて、図中６は電
子銃であり、電子銃６よりの電子線５は第１、第２．第
３の集束レンズ７．８．９に集束された後、対物レンズ
１の前方磁界レンズ１ａを介して試料２に入射する。試
料２を透過した電子線５は対物レンズ１の後方磁界レン
ズ１ｂ及び対物絞り３の開口３ａを通過した後、第１．
第２．第３の中間レンズ１０．１１．１２及び投影レン
ズ１３より成る結像レンズ系１４に入射する。その結果
、蛍光板１５上には試料２の電子顕微鏡像が結像される
。１６は前記第３の集束レンズ９の励磁電源であり、１
７は第１．第２．第３の中間レンズ１０．１１．１２の
各レンズに励磁電流を供給するための結像レンズ系励磁
電源である。１８は演算制御装置であり、演算制御装置
１８には記憶装置１つが接続されている。記憶装Ｍ１９
には各観察倍率値に対応して結像レンズ系励ｍ電源１７
より各レンズ１０．１１−，１２に送られる励磁電流値
を指定するためのデータがテーブルとして記憶されてい
る。又、記憶装置１９には、各ＩＡ察倍率値に対応して
集束レンズ電源１６より第３の集束レンズ９に送られる
励６ｆｌ電流を指定するためのデ・−夕がテーブルとし
て記憶されている。、２゜（４Ｌ演障制（ｉｔ装置１８
に接続されたＩ２察倍率を指示ゴるための操作卓である
。

このような構成において、操作者が操作車２０により高
倍、例えば倍率Ｍ１での観察を指示すると、操作車２０
よりの指示信号に基づいて演ｎ制御ｔＩＩ装置１８は記
憶装置１９に記憶されている第３の集束レンズ９の励磁
電流値データテーブルから（１′Ｓ率Ｍ１に対応する励
磁電流データを読み出し、０Δ変換した後、集束レンズ
電［１６に送る。これどｆａ１時に、操作中２０よりの
観察倍率Ｍ１を指示りる信号に基づいて、演搾ｉｉｌ制
御装置１８は記憶装置１９に記憶されている第１．１２
．第３の中１川１ノンズ１０．１１．１２の励Ｆ４１電
流値データがらこの倍率Ｍ１に対応するデータを読み出
し、結１ｐレンズ系励磁電源１７に送る。その結果、第
２東束レンズ９は第２図（ａ）に示すように無あるいは
弱励磁にされ、第２集束レンズ９において電−Ｆ線は殆
んど集束されることなく、対物レンズ１の１）θ１ｊｔ
４ｉ界レンズ１ａに入射する。前方磁界レンズ１ａに入
射した電子線５は前方磁界レンズ１ａにより更に集束さ
れた侵、試料２に入ｒＡ（）、試料２より散乱された電
子Ｉｆｍ５は対物レンズ１の後り磁界レンズ１ｂによっ
て更に集束される。、後方磁界レンズ１ｂを軽だ電子線
は対物絞り３よりもかなり手前でクロスオーバーした後
、絞り３を通過して更に後段の結像レンズ系１４に入射
する。この第２図（ａ＞の光学図からも明らかなように
。

対物レンズ１の焦点距離ｆＯは充分λＯい値に設定され
ているため、軸上色収差計数ＣＣや球面収差係数Ｃｓ等
が小さい値をとり、高分解能の高倍率像を観察すること
ができる。

次に操作＋ｉ’ｊ　２　Ｑにより観察倍率どして低倍の
例えばＭ２を指示したと覆ると、ｌｌり御装置１８は記
憶装置１つに記憶・されている第３の集束レンズ９の励
磁電流値データのうちから倍率Ｍ２に対応する励磁電流
値データを読み出？Ｉ、、この読み出された励磁電流値
データはＤ△変換された後、励磁電源１６に送られる。

又、この際同時に、前記操作中２０よりの倍率Ｍ２を指
示する信号に基づいて演算制御装置１８は、記憶装置１
９に記憶されている第１．第２．第３の中間レンズ１０
．１１．１２の励１Ｍ電流値データのうちから、倍率Ｍ
２に対応するデータを読み出し結像レンズ系励磁電源１
７に送る。その結果、第３の集束レンズ９は高倍観察時
より強励磁されるため、電子線５は第２図（ｂ）に示す
ように、第３の集束レンズ９と前方磁界レンズ１ａとの
間において一旦クロスオーバーした後、前方磁界レンズ
１ａに入射する。

前方磁界レンズ１ａに入射した電子線５はレンズ１ａに
より更に集束されて略平行な電子線束として試Ｆｌ　２
に入射し、試料２を透過した電子線５は後方磁界レンズ
１ｂに入射して、レンズ１ｂにより対物絞り３の開口部
３ａにおいて丁度クロスオーバーして、対物絞り３を通
過する。このように、対物レンズの焦点距離ｆＯを極め
て短く設定して高倍における高分解能像の観察が可能に
されていると共に、対物絞り３の径Ｄａｐを小さな値に
設定して高コントラストの低倍像が得られるようにして
いるにもかかわらず、電子線が対物絞りにより殆んどカ
ットされないため広い視野の像を観察できる。又、この
際、試料２に平行度の良好な電子ね束が照射されるため
、軸外色収差係数が小さな値となり、ボケの少ない像を
ＩＪ察することができる。

尚、上述した実施例は本発明の一実流例にすぎず、幾多
の変形が考えられる。

例えば、上述した実施例においては、第３の集束レンズ
の励磁電流を記憶装置に記憶されている励磁電流値テー
ブルを読み出すことにより指定するようにしたが、演算
により求めた励磁電流値信号に基づいて指定するように
しても良い。

［発明の効果］ 上述した説明から明らかなように本発明に阜づく装置に
おいては、高倍観察時には対物レンズの前方磁界レンズ
に略平行に入射した電子線が前記対物レンズの後方磁界
レンズと対物絞りとの間の位置にクロスオーバーし、低
倍観察時には対物レンズの前方磁界レンズに入射する直
前で一旦クロスオーバーした電子線が前記対物レンズに
より前記対物絞りの位置でクロスオーバーするように、
前記照射レンズ系の励磁強度が観察倍率の切換えに連動
して切換えられるため、高分解能の高倍像と、良質で広
視野の低倍像を共に観察することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すための図、第２図は上
述した一実施例装置の動作を説明するための光学図、第
３図は対物絞りの孔径に要求される条件を説明するため
の図、第４図は軸外色収差係数と試料を照射する電子線
との関係を説明するための図、第５図は従来装置の欠点
を説明するための図である。 １：対物レンズ １ａ：対物レンズの前方磁界レンズ １ｂ二対物レンズの後方磁界レンズ ２：試Ｆｌ　　　　　　　３：対物絞り４：対物レンズ
による試料の像 ５：電子線　　　　　６：電子銃 ７．８．９：集束レンズ １０．１１．１２：中間レンズ １３：投影レンズ　　１４：結像レンズ系１５：蛍光板
　　　　１６：１束レンズ電源１７：結像レンズ系電源 １８：ｗＡＷＩＩ１１１１装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子銃よりの電子線を集束して試料に入射させる照射レ
   ンズ系と、強い前方磁界を有する対物レンズと、該対物
   レンズの前方磁界レンズと後方磁界レンズとの間に配置
   された試料と、該対物レンズ後段の該レンズ近傍に配置
   された対物絞りと、前記対物レンズの後段に配置された
   結像レンズ系と、該結像レンズ系の励磁強度を切換える
   ことにより観察倍率を切換えるための手段とを備えた電
   子顕微鏡において、高倍観察時には前記対物レンズの前
   方磁界レンズに略平行に入射した電子線が前記対物レン
   ズの後方磁界レンズと対物絞りとの間の位置にクロスオ
   ーバーを結び、低倍観察時には前記対物レンズの前方磁
   界レンズに入射する直前で一旦クロスオーバーを結んだ
   電子線が前記対物レンズにより略平行な電子線束として
   試料に入射した後前記対物絞りの位置でクロスオーバー
   を結ぶように、前記照射レンズ系の励磁強度が観察倍率
   の切換えに連動して変えられるように構成されているこ
   とを特徴とする電子顕微鏡。