JP2009295429A - Electron microscope with camera for image observation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は像観察用カメラを備える電子顕微鏡に関し、更に詳しくは試料像を任意の角度に回転させることができるようにした電子顕微鏡像観察用カメラの回転機構に関する。 The present invention relates to an electron microscope provided with an image observation camera, and more particularly to a rotation mechanism of an electron microscope image observation camera that allows a sample image to be rotated at an arbitrary angle.
(従来例1)
図8は従来装置の構成例を示す図である。図において、50は電子顕微鏡の鏡体である。該鏡体50内には試料41と、試料像を可視化する蛍光板42と、該蛍光板42からの光信号を90度方向に反射するミラー43と、鏡体50内に形成されたガラス44が含まれている。46はミラー43からの反射信号をガラス44を介して受けて集束するレンズである。
(Conventional example 1)
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a conventional apparatus. In the figure, reference numeral 50 denotes an electron microscope mirror. The mirror 50 includes a sample 41, a fluorescent plate 42 that visualizes a sample image, a mirror 43 that reflects an optical signal from the fluorescent plate 42 in a 90-degree direction, and a glass 44 formed in the mirror 50. It is. A
45はレンズ46で集束された画像信号を撮影するカメラである。該カメラ45としては、例えばCCDカメラが用いられる。47は鏡体50の壁面にその一端が取り付けられたカメラ45を固定するための部材である。48はカメラ45の撮影画像を取り込んで画像処理すると共に、各コマンドを受けて、図8に示す装置の全体の動作を制御するパーソナルコンピュータ(PC)等の制御装置である。
Reference numeral 45 denotes a camera that captures an image signal focused by the
このように構成された装置において、試料像は蛍光板42に達して映像信号に変換される。この映像信号に変換された画像信号は、ミラー43で90度曲げられ、レンズ46を介してカメラ45に入る。カメラ45で撮影された画像信号は、制御装置48内のディスプレイに表示される。
In the apparatus configured as described above, the sample image reaches the fluorescent screen 42 and is converted into a video signal. The image signal converted into the video signal is bent 90 degrees by the mirror 43 and enters the camera 45 through the
従来のこの種の装置としては、投影チャンバ内で得られる光学的な試料像を見るために、光軸に沿って回転可能なカメラを投影チャンバ外に設けたものが知られている(例えば特許文献1参照)。
(従来例2)
ところで、電子顕微鏡では、所望の倍率を得るために多段の結像系の電磁レンズを使用している。電磁レンズは開き角が小さいため、光学薄肉レンズとして近似することができる。そのため、ニュートンのレンズの公式
1/f=(1/x)+(1/z)
を適用することができる。ここで、レンズの焦点距離をf、物面距離をx、像面距離をzとしている。この時の拡大倍率mは
m=z/x
である。
As a conventional apparatus of this type, there is known an apparatus in which a camera that is rotatable along an optical axis is provided outside a projection chamber in order to view an optical sample image obtained in the projection chamber (for example, a patent). Reference 1).
(Conventional example 2)
By the way, in an electron microscope, in order to obtain a desired magnification, a multi-stage imaging system electromagnetic lens is used. Since an electromagnetic lens has a small opening angle, it can be approximated as an optical thin lens. Therefore, Newton's
Can be applied. Here, it is assumed that the focal length of the lens is f, the object plane distance is x, and the image plane distance is z. The magnification m at this time is m = z / x
It is.
近年よく使用される5段結像系を持つ電子顕微鏡の場合、蛍光板上に投影される像の倍率Mは
M=MOL・MIL1・MIL2・MIL3・MPL
で表される。ここで、MOLは対物レンズの拡大率、MIL1は第1中間レンズの拡大率、MIL2は第2中間レンズの拡大率、MIL3は第3中間レンズの拡大率、MPLは投影レンズの拡大率である。
For recent good electron microscope with 5 Dan'yui image system used, the magnification M of the image projected onto the fluorescent screen is M = M OL · M IL1 · M IL2 · M IL3 · M PL
It is represented by Where M OL is the magnification of the objective lens, M IL1 is the magnification of the first intermediate lens, M IL2 is the magnification of the second intermediate lens, M IL3 is the magnification of the third intermediate lens, and M PL is the projection lens The expansion rate.
また、カメラを通してTVモニタ若しくはPCモニタ上に画像を表示する場合、レンズの起磁数をJ[AT]とすると、レンズの焦点距離f[mm]との関係は近似的に
f=25(s+b)/(J2/U*)
であることが知られている。ここで、レンズの間隙距離s[mm]、レンズの平均穴径b[mm]、相対論補正された加速電圧U*[kV]である。図9は電磁レンズの内部構成を示す図である。図において、61はヨーク、62はポールピース(上極)、63はギャップ、64はポールピース(下極)、65はコイルである。ここでは、上極穴径b1と下極穴径b2として、平均穴径bをb=(b1+b2)/2で表している。ここで、相対論補正された加速電圧U*は
When an image is displayed on a TV monitor or PC monitor through a camera, if the magnetomotive number of the lens is J [AT], the relationship with the focal length f [mm] of the lens is approximately f = 25 (s + b ) / (J 2 / U * )
It is known that Here, the gap distance s [mm] of the lens, the average hole diameter b [mm] of the lens, and the acceleration voltage U * [kV] corrected for relativity. FIG. 9 is a diagram showing an internal configuration of the electromagnetic lens. In the figure, 61 is a yoke, 62 is a pole piece (upper pole), 63 is a gap, 64 is a pole piece (lower pole), and 65 is a coil. Here, the average hole diameter b is represented by b = (b1 + b2) / 2 as the upper electrode hole diameter b1 and the lower electrode hole diameter b2. Here, the relativistic corrected acceleration voltage U * is
で表される。ここで、uは加速電圧、eは電子の電荷、mは電子の質量、cは光速である。
また、電磁レンズの作用により、像は拡大されるのみではなく、回転を伴う。各電磁レンズにおいて、電磁レンズが及ぼす像の回転角θ[deg]は以下に示す関係を持つことが知られている。
It is represented by Here, u is the acceleration voltage, e is the charge of the electrons, m is the mass of the electrons, and c is the speed of light.
Further, the image is not only magnified but also rotated by the action of the electromagnetic lens. In each electromagnetic lens, it is known that the image rotation angle θ [deg] exerted by the electromagnetic lens has the following relationship.
θ=0.34J/U*
試料から見た蛍光板上の像回転角は、各レンズによる回転角の総和で表される。よく用いられる5段結像系を持つ電子顕微鏡の場合、試料と蛍光板上に投影される像のなす角θは
θ=θOL+θIL1+θIL2+θIL3+θPL
で表される。ここで、θOLは対物レンズによる像回転角、θIL1は第1中間レンズによる像回転角、θIL2は第2中間レンズによる像回転角、θIL3は第3中間レンズによる像回転角、θPLは投影レンズによる像回転角である。実際の電子顕微鏡においては、倍率を可変しても試料と表示される像の角度が一定となるように結像系各レンズの励磁条件が設定されている。
θ = 0.34J / U *
The image rotation angle on the fluorescent screen viewed from the sample is represented by the sum of the rotation angles of the respective lenses. In the case of a commonly used electron microscope with a five-stage imaging system, the angle θ formed between the sample and the image projected on the fluorescent screen is θ = θ OL + θ IL1 + θ IL2 + θ IL3 + θ PL
It is represented by Here, θ OL is the image rotation angle by the objective lens, θ IL1 is the image rotation angle by the first intermediate lens, θ IL2 is the image rotation angle by the second intermediate lens, θ IL3 is the image rotation angle by the third intermediate lens, θ PL is an image rotation angle by the projection lens. In an actual electron microscope, the excitation condition of each lens of the imaging system is set so that the angle of the image displayed as the sample is constant even if the magnification is changed.
従来のこの種の装置としては、走査光学系により試料に結像するかあるいは試料上に電子線をプローブ状にして照射し、該試料の前方又は後方に試料像を結像する光学系を設けた走査透過型電子顕微鏡において、走査透過像により得られた像を元に、同じ倍率・回転角の透過像を得るための倍率・回転角補正手段を設けたものが知られている(例えば特許文献2参照)。
図8に示す従来装置を用いた従来例1の場合、撮影した観察像の回転を行なう場合、試料を回転させる方法を用いていたが、試料の回転軸と観察像視野の中心が一致しないため、試料の回転動作により像が視野から外れてしまい、同じ視野内で観察像を回転することが困難である。 In the case of the conventional example 1 using the conventional apparatus shown in FIG. 8, when rotating the taken observation image, a method of rotating the sample was used, but the rotation axis of the sample and the center of the observation image field do not coincide with each other. The image is out of the field of view due to the rotation of the sample, and it is difficult to rotate the observation image within the same field of view.
また、従来例2の場合、倍率に応じて観察像が回転しないようにできる範囲が限られており、中倍率に対して高倍率若しくは低倍率では、所望する拡大率の像が得られることを優先するために、得られる像が回転することがほとんどである。そのため、ある倍率を境に、拡大と共に像が回転することは避けられない。図10は倍率に伴う像回転の説明図である。(a)は倍率範囲1の場合を、(b)は倍率範囲2の場合をそれぞれ示している。倍率を上げると、像が回転することが分かる。また、各倍率毎に回転するのではなく、ある範囲毎に一定の回転角となるように設定されていることが多い。
Further, in the case of Conventional Example 2, the range in which the observation image can be prevented from rotating according to the magnification is limited, and an image with a desired magnification can be obtained at a high magnification or a low magnification with respect to a medium magnification. In order to give priority, the resulting image is often rotated. Therefore, it is inevitable that the image rotates with enlargement at a certain magnification. FIG. 10 is an explanatory diagram of image rotation with magnification. (A) shows the case of the
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、第1に視野を変えることなく観察像を任意の角度に回転させることができる電子顕微鏡像観察用カメラの回転機構を提供することを目的としている。第2に観察倍率全体に対して像が回転しないようにすることができ、観察条件によって観察視野の向きを自由に変えることができる電子顕微鏡像観察用カメラの回転機構を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, and firstly provides a rotating mechanism of an electron microscope image observation camera capable of rotating an observation image to an arbitrary angle without changing the visual field. The purpose is that. Second, it is intended to provide a rotation mechanism of an electron microscope image observation camera that can prevent the image from rotating with respect to the entire observation magnification and can freely change the direction of the observation field of view according to the observation conditions. Yes.
(1)請求項1記載の発明は、電子顕微鏡像が投影される蛍光板上の像を撮影し表示するための電子顕微鏡像観察用カメラと、該カメラのレンズ光軸を中心として該カメラを回転させる回転手段と、前記回転手段を駆動するための回転駆動手段と、該回転駆動手段に前記カメラの回転角の大きさと回転方向とに応じた駆動量を与えて前記カメラの回転を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
(1) The invention described in
(2)請求項2記載の発明は、ある倍率範囲内で倍率を可変しても該倍率範囲内では試料と前記カメラを介した観察像の回転角度が一定となるように結像系の各電磁レンズの励磁条件を設定するレンズアライメントデータを倍率範囲毎に記憶する記憶手段と、ある倍率が設定されると該倍率が含まれる倍率範囲に応じて前記記憶手段に記憶されている前記レンズアライメントデータを読出し、各倍率範囲に応じた前記電磁レンズによる像の回転角を演算する第1の演算手段と、設定されている倍率を含む倍率範囲と倍率変更後の倍率を含む倍率範囲との前記電磁レンズによる像の回転角の角度差を求める第2の演算手段とを備え、前記倍率変更後の倍率で表示される観察像が前記設定されている倍率で表示される観察像と同じ角度で表示されるように、前記第2の演算手段で求めた前記角度差に基づいて前記制御手段により前記カメラを回転させるようにしたことを特徴とする。 (2) According to the second aspect of the present invention, each image forming system is arranged so that the rotation angle of the observation image through the sample and the camera is constant within the magnification range even if the magnification is varied within a certain magnification range. Storage means for storing lens alignment data for setting the excitation condition of the electromagnetic lens for each magnification range, and when a certain magnification is set, the lens alignment stored in the storage means according to the magnification range including the magnification The first calculation means for reading data and calculating the rotation angle of the image by the electromagnetic lens according to each magnification range, and the magnification range including the set magnification and the magnification range including the magnification after the magnification change Second calculating means for obtaining an angular difference of the rotation angle of the image by the electromagnetic lens, and the observation image displayed at the magnification after the magnification change is at the same angle as the observation image displayed at the set magnification. Displayed As, characterized in that so as to rotate the camera by the control unit based on the angular difference obtained by the second computing means.
(3)請求項3記載の発明は、ある倍率範囲内で倍率を可変しても該倍率範囲内では試料と前記カメラを介した観察像の角度が一定となるように結像系の各電磁レンズの励磁条件を倍率範囲毎に設定するための演算に使用するレンズアライメントデータを用いて、前記倍率範囲毎に求めた前記試料と観察像の角度、及びある倍率範囲における前記試料と観察像の角度と他の倍率範囲における前記試料と観察像の角度との角度差を予め求めておいてテーブルの形式で記憶する記憶装置と、ある倍率が設定されると該倍率が含まれる倍率範囲を判定する判定手段と、設定されている倍率を含む倍率範囲と倍率変更後の倍率を含む倍率範囲を前記判定手段により判定し、前記設定されている倍率を含む倍率範囲と前記倍率変更後の倍率を含む倍率範囲との前記試料と観察像の角度の角度差を前記テーブルから読み出す読出手段とを備え、前記倍率変更後の倍率で表示される観察像が前記設定されている倍率で表示される観察像と同じ角度で表示されるように、前記読出手段で読み出された角度差に基づいて前記制御手段により前記カメラを回転させることを特徴とする。 (3) According to the third aspect of the present invention, even if the magnification is varied within a certain magnification range, each angle of the imaging system is such that the angle between the sample and the observation image through the camera is constant within the magnification range. Using lens alignment data used for calculation for setting the lens excitation condition for each magnification range, the angle between the sample and the observation image obtained for each magnification range, and the sample and observation image in a certain magnification range A storage device that obtains an angle difference between the angle and the angle of the sample and the observation image in another magnification range in advance and stores it in the form of a table. When a certain magnification is set, the magnification range including the magnification is determined. Determining means, and determining the magnification range including the set magnification and the magnification range including the magnification after the magnification change by the determination means, and determining the magnification range including the set magnification and the magnification after the magnification change. Including magnification range Reading means for reading out the angle difference between the sample and the observation image from the table, and the observation image displayed at the magnification after the magnification change is the same as the observation image displayed at the set magnification The camera is rotated by the control means based on the angle difference read by the reading means so as to be displayed in an angle.
(4)請求項4記載の発明は、前記カメラによる観察像を表示する表示画面上において、該観察像の回転角を規定するための直線を指定する第1の指定手段と、前記観察像を所望の角度に回転させる回転角を規定するための直線を指定する第2の指定手段と、第1の指定手段と第2の指定手段によって指定された2本の直線のなす角度を算出する第3の演算手段とを備え、該第3の演算手段によって求められた前記2本の直線のなす角度に基づいて、前記観察像を所望の角度に回転させるように前記制御手段により前記カメラを回転させることを特徴とする。
(4) The invention according to
(5)請求項5記載の発明は、前記カメラは、蛍光板下部の90度反射ミラーを用いて真空外から電子顕微鏡像を撮影する電子顕微鏡像観察用カメラであることを特徴とする。
(5) The invention according to
(1)請求項1記載の発明によれば、試料ではなく撮影カメラを回転させるようにしたので、視野を変えることなく観察像を任意の角度に回転させることができる。
(2)請求項2記載の発明によれば、像の倍率が変更されても、像の回転が生じないようにすることができる。
(1) According to the invention described in
(2) According to the invention described in
(3)請求項3記載の発明によれば、倍率変更前と変更後の像の回転角度を同じにすることができる。
(4)請求項4記載の発明によれば、観察像を所望の角度に回転させることができる。
(3) According to the invention described in
(4) According to the invention described in
(5)請求項5記載の発明によれば、蛍光板下部の90度反射ミラーを用いて、このミラーからの電子顕微鏡像を電子顕微鏡像観察用カメラで撮影することができる。
(5) According to the invention described in
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態を示す構成図である。図8と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、50は電子顕微鏡の鏡体である。該鏡体50内には試料41と、試料像を可視化する蛍光板42と、該蛍光板42からの光信号を90度方向に反射するミラー43と、鏡体内に形成されたガラス44が含まれている。46はミラー43からの反射信号をガラス44を介して受けて集束するレンズである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals. In the figure, reference numeral 50 denotes an electron microscope mirror. The mirror body 50 includes a sample 41, a fluorescent plate 42 that visualizes a sample image, a mirror 43 that reflects a light signal from the fluorescent plate 42 in a 90-degree direction, and a glass 44 formed in the mirror body. Yes. A
45はレンズ46で集束された画像信号を撮影するカメラである。該カメラ45としては、例えばCCDカメラが用いられる。47は鏡体50の面にその一端が取り付けられたカメラ45を固定するための部材である。49はカメラ45を回転させるための軸受、51はカメラ45を回転させるためのモータである。該モータ51とカメラ45は歯車で係合しており、モータ51を回転させるとカメラ45が回転するようになっている。
Reference numeral 45 denotes a camera that captures an image signal focused by the
48はカメラ45の撮影画像を取り込んで画像処理すると共に、各コマンドを受けて、図1に示す装置の全体の動作を制御するパーソナルコンピュータ(PC)等の制御装置である。52は制御装置48からの駆動制御信号を受けてカメラ45を回転させるためのカメラ回転ドライバである。該カメラ回転ドライバ52は前記モータ51を回転させるための駆動信号を発生する。このように構成された装置の構成を説明すれば、以下の通りである。
図1に示す装置は、図2に示すように(a)に示すように映っている電子顕微鏡観察像を図の矢印方向に回転させて、(b)に示すように必要な画像が得られるように回転させるものである。電子顕微鏡内に配置された蛍光板42に映る電子顕微鏡像は、下部に設けられたミラー43で90°方向に反射され、電子顕微鏡外部に設置したカメラ45で像を撮影する。 The apparatus shown in FIG. 1 rotates the electron microscope observation image shown in (a) as shown in FIG. 2 in the direction of the arrow in the figure, and a necessary image is obtained as shown in (b). It is intended to rotate. The electron microscope image reflected on the fluorescent screen 42 arranged in the electron microscope is reflected in the 90 ° direction by the mirror 43 provided in the lower part, and the image is taken by the camera 45 installed outside the electron microscope.
カメラ45は軸受49で支持されており、歯車を介してモータ51の駆動によりレンズ軸を中心にして回転する。カメラ45で撮影された画像は、制御装置48に入力される。入力された画像は、制御装置48内で必要な画像処理を受けて、制御装置のディスプレイ上に表示される。そして、制御装置48と接続されたカメラ回転ドライバ52によりカメラ45の回転動作を制御する。この結果、試料ではなくカメラ45を回転することになり、図2に示すように視野を変えることなく観察像を任意の角度に回転させることができる。
The camera 45 is supported by a bearing 49 and rotates about the lens axis by driving a motor 51 through a gear. An image captured by the camera 45 is input to the
観察者は、希望する回転角を制御装置48から入力する。この時、モータ51の回転角は制御装置48の表示画面上から以下のように設定する。今、図3に示すように制御装置上に画面(a)に示す図形が表示されている。この図形を(b)に示すように回転させるものとする。
The observer inputs a desired rotation angle from the
画面上で傾きを指定するための線分P1,P2を選択する。P1の座標を(x1,y1)、
P2の座標を(x2,y2)とする。この2つの点P1,P2を通る直線の式は次式で表される。
Line segments P 1 and P 2 for designating the inclination on the screen are selected. The coordinates of P 1 are (x 1 , y 1 ),
The coordinate of P 2 is (x 2 , y 2 ). The equation of the straight line passing through these two points P 1 and P 2 is expressed by the following equation.
これを任意の直線の式に一致させる。画面上で任意の点P3,P4を指定する。P3の座標を(x3,y3)、P4の座標を(x4,y4)とする。この2点間を通る式は次式で表される。 This is matched with an arbitrary straight line expression. Arbitrary points P 3 and P 4 are designated on the screen. The coordinates of P 3 are (x 3 , y 3 ), and the coordinates of P 4 are (x 4 , y 4 ). The equation passing between these two points is expressed by the following equation.
(2),(3)式よりこれら2つの直線のなす角θは From equations (2) and (3), the angle θ between these two straight lines is
となる。
モータ51は歯車を用いてカメラ45の回転動作を行なうため、モータ51の回転角φとカメラ45の回転角θの間には、
θ=kφ (5)
という関係がなりたつ。ここでkは歯車の減速比である。従って、モータの回転角φは、
It becomes.
Since the motor 51 rotates the camera 45 using a gear, between the rotation angle φ of the motor 51 and the rotation angle θ of the camera 45,
θ = kφ (5)
The relationship that became. Here, k is a gear reduction ratio. Therefore, the rotation angle φ of the motor is
で与えられる。このようにしてモータの回転角φを設定し、回転動作を行わせることにより、観察像を任意に回転させることができる。
(実施の形態2)
図4は透過電子顕微鏡の構成例を示す図である。図において、1は電子ビームを発生する電子源、2は電子ビームを加速させるための加速管、3は電子ビームを集束させるための集束レンズ、4は該集束レンズ3に電流を供給するための集束レンズ電源、5は第1集束レンズアライメント、6は第2集束レンズアライメント、7はこれら集束レンズアライメント5,6に電流を供給するための集束レンズアライメント電源である。
Given in. Thus, the observation image can be arbitrarily rotated by setting the rotation angle φ of the motor and performing the rotation operation.
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission electron microscope. In the figure, 1 is an electron source for generating an electron beam, 2 is an acceleration tube for accelerating the electron beam, 3 is a focusing lens for focusing the electron beam, and 4 is for supplying a current to the focusing
8は集束レンズアライメントの下に設けられた対物レンズ、9は該対物レンズ8へ電流を供給する対物レンズ電源、10は試料である。11は該試料10の下側に設けられた第1中間レンズ、12は該第1中間レンズ11に電流を供給する第1中間レンズ電源、13は第1中間レンズ11の下に配置された第2中間レンズ、14は該第2中間レンズ13に電流を供給する第2中間レンズ電源、15は第2中間レンズ13の下に配置された第3中間レンズ、16は該第3中間レンズ15に電流を供給する第3中間レンズ電源でである。
17は第3中間レンズ15の下に配置された投影レンズ、18は該投影レンズ17に電流を供給する投影レンズ電源、19は回転フランジ、20は回転フランジ回転用モータ、21は回転フランジ回転用モータ20にパワーを供給するモータ電源・コントローラ、22はフランジ19の回転を検出するフランジ回転検出器、23は電子顕微鏡像・電子回折図形取得用カメラである。該電子顕微鏡像・電子回折図形取得用カメラ23としては、例えばTVレートカメラや、スロースキャンCCDカメラ等が用いられる。
17 is a projection lens disposed below the third
24はカメラ23を制御するカメラコントローラ、25はシステム全体の動作を制御するパーソナルコンピュータ(PC)等の制御装置、26は電子顕微鏡操作・像取り込みソフトウェア、27はアライメントのためのデータを記憶するアライメント記憶領域、28は画像を記憶する画像記憶領域であり、制御装置25内に設けられている。29は観察像表示及び電子顕微鏡操作画面(ディスプレイ)、30は電子顕微鏡操作パネル及びキーボードからなる操作パネルである。モータ電源コントローラ21と、フランジ回転検出器22と、カメラコントローラ24と制御装置25とは信号線で接続されている。
24 is a camera controller for controlling the
カメラ23はフランジ19に固定されているが回転可能であるため、観察視野を回転して観察することが可能である。また、この実施の形態2では、CCDカメラ本体毎回転している場合を示しているが、CCDカメラ素子のみが回転しても同じ効果が得られる。カメラの回転中心は、CCD素子即ち視野の中心と一致し、かつ電子顕微鏡拡大系の拡大中心とも一致していることが前提である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
Since the
図5に示すように、倍率範囲1,倍率範囲2と2つの倍率範囲を考える。それぞれの倍率範囲に含まれる倍率では像は回転せず、拡大/縮小のみが行なわれる。各倍率における結像系各レンズの電流設定は以下のようにして行なわれる。
As shown in FIG. 5, a
観察者が観察像表示及び電子顕微鏡像操作画面(以下操作画面という)29を見ながら電子顕微鏡操作パネル及びキーボード(以下操作パネルという)30を操作して、必要とする倍率を設定する。制御装置25はこの入力された倍率を記憶する。制御装置25は、アライメント記憶領域27からある倍率における各レンズの電流設定値(例えば起磁数[AT])を読み出す。
An observer operates an electron microscope operation panel and a keyboard (hereinafter referred to as an operation panel) 30 while viewing an observation image display and an electron microscope image operation screen (hereinafter referred to as an operation screen) 29 to set a necessary magnification. The
図6はアライメントデータ記憶領域の記憶データ例を示す図である。図に示すように、倍率範囲毎に、ある倍率範囲の倍率を設定するために必要な各電磁レンズの電流設定値が記憶されている。図では、倍率範囲1の場合、JOLは対物レンズの起磁数[AT]、JIL1は第1中間レンズの起磁数、JIL2は第2中間レンズの起磁数、JIL3は第3中間レンズの起磁数、JPLは投影レンズの起磁数である。それぞれのレンズの起磁数設定値がa11,a12,a13,a14,a15と並んでいる。このようなデータの配列は倍率範囲2についても同様である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of stored data in the alignment data storage area. As shown in the figure, for each magnification range, a current setting value of each electromagnetic lens necessary for setting a magnification in a certain magnification range is stored. In the figure, in the
この起磁数データの場合、倍率1に設定するためには、対物レンズの起磁数をa11に、第1中間レンズの起磁数をa12に、第2中間レンズの起磁数をa13に、第3中間レンズの起磁数をa14に、投影レンズの起磁数をa15に設定すれば、倍率範囲1が得られることを示している。このことは倍率範囲2を得る時の起磁数の設定についても同様である。
For this cause磁数data, in order to set the
制御装置25は、アライメントデータ記憶領域27に記憶されている起磁数データを読み出して、対応する電流値を設定するように各結像系レンズ電源9,12,14,16,18にデータを送出する。各結像系レンズ電源から所用の起磁数を設定して、それぞれのレンズ8,11,13,15,17を構成しているコイルに電流を流すことにより倍率が求まることになる。
The
ここで、試料10に対する電子顕微鏡像取得用カメラ23の撮像面における像の回転角度θ[deg]は次式で求められる。
θ=θOL+θIL1+θIL2+θIL3+θPL (7)
ここで、θOLは対物レンズによる像回転角、θIL1は第1中間レンズによる像回転角、
θIL2は第2中間レンズによる像回転角、θIL3は第3中間レンズによる像回転角、θPLは投影レンズによる像回転角である。
Here, the image rotation angle θ [deg] on the imaging surface of the electron microscope
θ = θ OL + θ IL1 + θ IL2 + θ IL3 + θ PL (7)
Here, θ OL is the image rotation angle by the objective lens, θ IL1 is the image rotation angle by the first intermediate lens,
θ IL2 is an image rotation angle by the second intermediate lens, θ IL3 is an image rotation angle by the third intermediate lens, and θ PL is an image rotation angle by the projection lens.
また、1段の電磁レンズによる電磁レンズ起磁数[AT]と像回転角θ[deg]の関係は以下の式で表されることが知られている。
θ=0.34J/U* (8)
よって像回転角θは起磁数を用いて、(8)式を用いて以下のように表すことができる。
Further, it is known that the relationship between the electromagnetic lens magnetomotive number [AT] and the image rotation angle θ [deg] by the one-stage electromagnetic lens is expressed by the following equation.
θ = 0.34J / U * (8)
Therefore, the image rotation angle θ can be expressed as follows using the number of magnetomotive forces and the equation (8).
θ=θOL+θIL1+θIL2+θIL3+θPL
=(0.34/U*)・(JOL+JIL1+JIL2+JIL3+JPL) (9)
ここで、U*は相対論補正された加速電圧[kV]、JOLは対物レンズの起磁数[AT]、JIL1は第1中間レンズの起磁数、JIL2は第2中間レンズの起磁数、JIL3は第3中間レンズの起磁数、JPLは投影レンズの起磁数である。前述したように、各倍率、即ち倍率範囲における回転角はアライメントデータ記憶領域27に記憶されているデータから計算することができることが分かる。
θ = θ OL + θ IL1 + θ IL2 + θ IL3 + θ PL
= (0.34 / U *) · (J OL + J IL1 + J IL2 + J IL3 + J PL) (9)
Here, U * is the relativistic corrected acceleration voltage [kV], J OL is the magnetomotive number [AT] of the objective lens, J IL1 is the magnetomotive number of the first intermediate lens, and J IL2 is the second intermediate lens. causing磁数, J IL3 is caused磁数, J PL of the third intermediate lens is caused磁数of the projection lens. As described above, it can be understood that each magnification, that is, the rotation angle in the magnification range can be calculated from the data stored in the alignment
また、倍率範囲1における回転角をθ1,倍率範囲2における回転角をθ2とすると、この2つの倍率範囲間での角度差θdは
θd=θ2−θ1 (10)
であり、一定値となる。
When the rotation angle in the
It is a constant value.
一方、回転フランジ19を介して取り付けられた電子顕微鏡像・電子回折図形取得カメラ(以下単にカメラという)23は、回転フランジ回転用モータ(以下単にモータという)20により回転することができる。この回転フランジ19は耐真空かつ回転できることが必要であることから、例えば磁性流体等がシール剤として使用される。
On the other hand, an electron microscope image / electron diffraction pattern acquisition camera (hereinafter simply referred to as a camera) 23 attached via a
モータ20とフランジ19とは歯車にて係合されており、モータ20の回転角とフランジ19の回転角とは比例関係にあることが必要であることから、モータ20の回転角に比例してフランジ19が回転する。ここで、フランジ19の回転角φは、αを比例定数(補正定数)、モータの回転角をQとして次式が成立する。
The
φ=α・Q (11)
このフランジ19の回転角度φと、レンズ倍率範囲による回転角度の差θdが同じになればよいから、倍率範囲をまたいでも観察像が回転しないようにするために、モータ20の回転角度Qを、
Q=φ/α=θd/α=(θ2−θ1)/α (12)
となるように設定する。このように設定すれば、倍率範囲に基づく観察像の回転角と、モータ20を用いたモータの回転角Qが等しくなるので、観察倍率全体に対して像が回転しないようにすることができる。なお、実際には、上記Qとなるようにステッピングモータ又はサーボモータへの出力を行なう。
φ = α ・ Q (11)
Since the rotation angle φ of the
Q = φ / α = θ d / α = (θ 2 −θ 1 ) / α (12)
Set to be. With this setting, the rotation angle of the observation image based on the magnification range and the rotation angle Q of the motor using the
上記の説明において、倍率範囲変更に伴う観察像の回転補正方法として、各倍率範囲における像回転角と、異なる倍率範囲間の像回転角の角度差を、倍率が変更される度に式を用いて計算するようにしている。しかしながら、必ずしもその度に計算する必要は無く、予め必要な計算を行ない、例えば図11に示すようなテーブルを加速電圧毎に作成しておく方法もある。図11において、横欄は倍率変更前の倍率範囲(添え字i)、縦欄は倍率変更後の倍率範囲(添え字j)を表している。 In the above description, as a method for correcting the rotation of the observation image associated with the change in the magnification range, the difference between the image rotation angle in each magnification range and the image rotation angle between different magnification ranges is calculated using the formula each time the magnification is changed. To calculate. However, it is not always necessary to calculate each time, and there is a method in which necessary calculations are performed in advance, for example, a table as shown in FIG. 11 is created for each acceleration voltage. In FIG. 11, the horizontal column represents the magnification range (subscript i) before the magnification change, and the vertical column represents the magnification range (subscript j) after the magnification change.
θ1やθ2は、例えば(10)式におけるθ1やθ2に相当する角度である。また、例えばθ31は、倍率範囲3に含まれる倍率から倍率範囲1に含まれる倍率に変更された時の、観察像の角度差であり、(10)式におけるθdに相当する。なお、θ13=−θ31の関係があるので、例えばθ31等をテーブルに載せておいて、倍率範囲の変更が逆の場合は逆の符号をつけるようにしてもよい。図11のようなテーブルを利用すれば、ある倍率が設定された時、その倍率がどの倍率範囲に含まれるかを判定するだけで、簡単に必要なカメラの回転角を求めることができる。
θ 1 and θ 2 are angles corresponding to, for example, θ 1 and θ 2 in equation (10). Further, for example, θ 31 is the angle difference of the observation image when the magnification included in the
上述した実施の形態2の方法を応用して観察視野の任意の角度回転が可能になる。例えば、試料中のある部分を水平若しくは垂直方向にした像を取り込む要求は高い。これを例にとって説明する。図7の2点鎖線のような傾いた図形(視野)を実線のように一辺を水平にするように回転するものとする。この図形は、図4のモニタ29上に表示されている。
By applying the method of the second embodiment described above, the observation visual field can be rotated at an arbitrary angle. For example, there is a high demand for capturing an image in which a part of a sample is in a horizontal or vertical direction. This will be described as an example. It is assumed that an inclined figure (field of view) such as a two-dot chain line in FIG. 7 is rotated so that one side is horizontal as indicated by a solid line. This figure is displayed on the
傾いた図形(視野)の水平とするべき部分を重ねるように線分P5(x1,y1)とP6(x2,y2)を指定する。線分P5−P6の傾きθdは次式のようにして求められる。
θd=tan-1{(y2−y1)/(x2−x1)} (13)
となる。
Line segments P 5 (x 1 , y 1 ) and P 6 (x 2 , y 2 ) are designated so that the horizontal portions of the inclined figure (field of view) should be overlapped. The slope θ d of the line segment P5-P6 is obtained as follows.
θ d = tan −1 {(y 2 −y 1 ) / (x 2 −x 1 )} (13)
It becomes.
今、倍率を変え、倍率範囲の切り換えによる回転が起きた際には、
Q=tan-1[{(y2−y1)/(x2−x1)}/α]+{(θ2−θ1)/α}
(14)
となるように設定すると、倍率範囲変更による像の回転を意識せず、観察者は観察することができる。
Now, when the rotation is changed by changing the magnification and switching the magnification range,
Q = tan −1 [{(y 2 −y 1 ) / (x 2 −x 1 )} / α] + {(θ 2 −θ 1 ) / α}
(14)
Is set so that the observer can observe without being aware of the rotation of the image due to the change of the magnification range.
1 電子源
2 加速管
3 集束レンズ
4 集束レンズ電源
5 第1集束レンズアライメント
6 第2集束レンズアライメント
7 集束レンズアライメント電源
8 対物レンズ
9 対物レンズ電源
10 試料
11 第1中間レンズ
12 第1中間レンズ電源
13 第2中間レンズ
14 第2中間レンズ電源
15 第3中間レンズ
16 第3中間レンズ電源
17 投影レンズ
18 投影レンズ電源
19 回転フランジ
20 回転フランジ回転用モータ
21 モータ電源・コントローラ
22 フランジ回転角検出器
23 電子顕微鏡像・電子回折図形取得用カメラ
24 カメラコントローラ
25 制御装置
26 電子顕微鏡操作・像取り込みソフトウェア
27 アライメントデータ記憶領域
28 画像記憶領域
29 観察像表示及び電子顕微鏡操作画面
30 電子顕微鏡操作パネル及びキーボード
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該カメラのレンズ光軸を中心として該カメラを回転させる回転手段と、
前記回転手段を駆動するための回転駆動手段と、
該回転駆動手段に前記カメラの回転角の大きさと回転方向とに応じた駆動量を与えて前記カメラの回転を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電子顕微鏡。 An electron microscope image observation camera for photographing and displaying an image on a fluorescent screen on which the electron microscope image is projected;
Rotating means for rotating the camera about the optical axis of the lens of the camera;
Rotation drive means for driving the rotation means;
An electron microscope comprising: control means for controlling the rotation of the camera by giving a drive amount corresponding to the rotation angle and direction of rotation of the camera to the rotation driving means.
ある倍率が設定されると該倍率が含まれる倍率範囲に応じて前記記憶手段に記憶されている前記レンズアライメントデータを読出し、各倍率範囲に応じた前記電磁レンズによる像の回転角を演算する第1の演算手段と、
設定されている倍率を含む倍率範囲と倍率変更後の倍率を含む倍率範囲との前記電磁レンズによる像の回転角の角度差を求める第2の演算手段とを備え、
前記倍率変更後の倍率で表示される観察像が前記設定されている倍率で表示される観察像と同じ角度で表示されるように、前記第2の演算手段で求めた前記角度差に基づいて前記制御手段により前記カメラを回転させるようにしたことを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。 Lens alignment data that sets the excitation conditions for each electromagnetic lens in the imaging system so that the rotation angle of the observation image through the sample and the camera is constant within the magnification range even if the magnification is varied within a certain magnification range Storing means for each magnification range;
When a certain magnification is set, the lens alignment data stored in the storage means is read out according to the magnification range including the magnification, and the rotation angle of the image by the electromagnetic lens according to each magnification range is calculated. 1 computing means;
A second computing means for obtaining an angular difference of an image rotation angle by the electromagnetic lens between a magnification range including a set magnification and a magnification range including a magnification after the magnification change;
Based on the angle difference obtained by the second calculating means so that the observation image displayed at the magnification after the magnification change is displayed at the same angle as the observation image displayed at the set magnification. 2. The electron microscope according to claim 1, wherein the camera is rotated by the control means.
ある倍率が設定されると該倍率が含まれる倍率範囲を判定する判定手段と、
設定されている倍率を含む倍率範囲と倍率変更後の倍率を含む倍率範囲を前記判定手段により判定し、前記設定されている倍率を含む倍率範囲と前記倍率変更後の倍率を含む倍率範囲との前記試料と観察像の角度の角度差を前記テーブルから読み出す読出手段とを備え、
前記倍率変更後の倍率で表示される観察像が前記設定されている倍率で表示される観察像と同じ角度で表示されるように、前記読出手段で読み出された角度差に基づいて前記制御手段により前記カメラを回転させることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。 Excitation conditions for each electromagnetic lens of the imaging system are set for each magnification range so that the angle between the sample and the observation image through the camera is constant within the magnification range even if the magnification is varied within a certain magnification range. The angle of the sample and the observation image obtained for each magnification range using the lens alignment data used for the calculation for the above, the angle of the sample and the observation image in a certain magnification range, and the sample and observation in another magnification range A storage device that obtains an angle difference from the image angle in advance and stores it in the form of a table;
Determining means for determining a magnification range including the magnification when a certain magnification is set;
The determination means determines the magnification range including the set magnification and the magnification range including the magnification after the magnification change, and the magnification range including the set magnification and the magnification range including the magnification after the magnification change. Readout means for reading out the angle difference between the sample and the observation image from the table,
The control based on the angular difference read by the reading means so that the observation image displayed at the magnification after the magnification change is displayed at the same angle as the observation image displayed at the set magnification. The electron microscope according to claim 1, wherein the camera is rotated by means.
第1の指定手段と第2の指定手段によって指定された2本の直線のなす角度を算出する第3の演算手段とを備え、
該第3の演算手段によって求められた前記2本の直線のなす角度に基づいて、前記観察像を所望の角度に回転させるように前記制御手段により前記カメラを回転させることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。 First display means for specifying a straight line for defining a rotation angle of the observation image and a rotation angle for rotating the observation image to a desired angle on a display screen for displaying an observation image by the camera. A second designation means for designating a straight line for
A third calculating means for calculating an angle formed by two straight lines specified by the first specifying means and the second specifying means;
The camera is rotated by the control means so as to rotate the observation image to a desired angle based on an angle formed by the two straight lines obtained by the third calculation means. 1. The electron microscope according to 1.
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