JP5663203B2 - 電子線バイプリズムおよび電子線装置 - Google Patents

Description

本発明は荷電粒子線応用装置に係り、好的には電子線装置、及び当該電子線装置に用いる電子線バイプリズムに係るものである。

電子線ホログラフィーは、電子線の位相分布を可視化できることから、磁性体中及び空間の磁力線分布の観察、ｐｎ接合のポテンシャル分布の観察、また高分解能観察ができることから、結晶格子像の観察などに利用されている。電子線ホログラフィーでは、物体を透過した電子線（物体波）と物体のないところを通過した電子線（参照波）を干渉させてホログラムを作製し、作製したホログラムに再生光を当てて像を再生する。

一般のホログラム作製には、図１のような平行平板接地電極１０の間にフィラメント電極１を備えた電子線バイプリズムを用い、フィラメント電極１を挟んで片側に物体波、もう一方に参照波を通過させる。例えばフィラメント電極１に正の電圧Ｖ_ｆを印加すると、フィラメント電極近傍には図１の点線のようにフィラメント電極を取り囲む電位分布が発生し、電子線はフィラメント電極１の方向に力を受ける。なお、フィラメント電極周辺にできる電位分布は、図３７の(数１)のように表すことができる。(数１)において、ａはフィラメント電極の半径、Ｅはフィラメント電極の中心から接地電極までの距離、ｒはフィラメント電極の中心と電子との距離である。

(数１)で表される電位分布をもつ電子線バイプリズムを電子線が通過するとき、電子線バイプリズム通過前の電子線の進行方向と電子線バイプリズム通過後の電子線の進行方向は図３７の(数２)で表される角度（偏向角α）をなす。なお、(数２)においてｍは電子の質量、ｖ_０は入射電子の速度、ｅは電気素量、ｋは偏向係数である。

図１のように進行方向が互いに向き合う方向に偏向角αだけ曲げられた物体波と参照波はフィラメント電極の下方で重なる。このとき電子線がコヒーレントであれば干渉し、試料の情報をもった干渉縞が発生する。この干渉縞を記録したものがホログラムである。一般的な解析手法によれば、ホログラムに記録された干渉縞の間隔が狭いものほどホログラム再生時に得られる像の空間分解能が高くなる。また干渉縞の間隔は、干渉する電子線同士の相対角度、つまり物体波と参照波の相対角度が大きくなるほど狭くなる。したがって再生像の空間分解能を高くするためには、物体波と参照波の相対角度、つまり偏向角αを大きくする必要がある。

(数２)より、偏向角αの大きさは、偏向係数ｋ及びフィラメント電極への印加電圧Ｖ_ｆを大きくするほど大きくなる。しかし電子線バイプリズムは、制限視野絞りを利用して狭い空間に配置されることが多いため、フィラメント電極への印加電圧は真空放電及び絶縁層の絶縁性能のために限度がある。例えば、一般にｋ〜１０^−６ｒａｄ／Ｖであるので、フィラメント電極への印加電圧が１ｋＶの電子線バイプリズムでは、(数２)より偏向角はおよそ１０^−３ｒａｄとなる。したがって偏向角を大きくすることで再生像の空間分解能を向上させるためには、印加電圧あたりの偏向角が大きい、すなわちｋが大きい電子線バイプリズムが必要である。

これまでの電子線干渉光学系では、光学系内の電子線バイプリズムの配置や電子線バイプリズムの回転操作が行われ、ホログラムの干渉縞間隔、干渉領域幅、干渉縞の方位角などの調節が可能となってきた。

これらの一例として、図２に示す光学系をもった２段電子線バイプリズム干渉計（特許文献１）について説明する。２段電子線バイプリズム干渉計では、拡大レンズ５３の上方と下方に電子線バイプリズムが配置されており、拡大レンズ上方の第１の電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｕは対物レンズ５２による試料６の像面に配置され、拡大レンズ下方の第２の電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｌは拡大レンズ５３による光源の像面（拡大レンズのクロスオーバーの面）と拡大レンズ５３による試料６の像面との間に配置されている。このとき、得られる像の干渉縞間隔Ｓ、干渉領域幅Ｗはそれぞれ図３７の(数３)、図３７の(数４)で与えられる。なお(数３)、(数４)において、ａ_１は拡大レンズ上方のフィラメント電極１Ｕの半径、ａ_Ｕは試料６と対物レンズ５２との距離、ｂ_Ｕは対物レンズ５２と対物レンズ５２による試料６の像面との距離、ａ_Ｌは対物レンズ５２による試料６の像面と拡大レンズ５３との距離、ｂ_Ｌは拡大レンズ５３と拡大レンズ５３による試料６の像面との距離、ａ_０Ｌは対物レンズ５２のクロスオーバーの面と拡大レンズ５３との距離、ｂ_０Ｕは対物レンズ５２とそのクロスオーバーの面との距離、ｂ_０Ｌは拡大レンズ５３とそのクロスオーバーの面との距離、ｐは第２の電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｌと拡大レンズ５３による試料６の像面との距離、λは電子線の波長、α_Ｕは第１の電子線バイプリズムの偏向角、α_Ｌは第２の電子線バイプリズムの偏向角である。

(数３)でｐ＝ｂ_Ｌ−ｂ_０Ｌ（拡大レンズのクロスオーバーの面に第２の電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｌを配置）のとき、干渉縞間隔Ｓは第２の電子線バイプリズムの偏向角α_Ｌには依存しないので、第１の電子線バイプリズムの偏向角α_Ｕ、つまり第１の電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｕへの印加電圧のみに依存することがわかる。

また(数４)より、干渉領域幅Ｗは第２の電子線バイプリズムの偏向角α_Ｌ、つまり第２の電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｌへの印加電圧のみに依存することがわかる。したがってｐ＝ｂ_Ｌ−ｂ_０Ｌのとき、干渉縞間隔Ｓと干渉領域幅Ｗを完全に独立にコントロールすることが可能である。

２段電子線バイプリズム干渉計以外にも、３段電子線バイプリズム干渉計など電子線バイプリズムの数を増やしたり（特許文献２）、光軸に垂直な面でフィラメント電極に面内回転を与えたり（特許文献３）するなど工夫された干渉光学系が提案されてきたが、これらは干渉縞間隔と干渉領域幅を独立にコントロールすること、干渉縞の方位角をコントロールすることを目的としており、単位印加電圧あたりの偏向角の向上を目的とした電子線バイプリズムは提案されてこなかった。

特開２００５−１９７１６５ 特開２００６−２１６３４５ 特開２００６−３１３０６９

再生像の空間分解能を向上させるためには、試料面換算したときの干渉縞間隔を狭くする必要がある。干渉縞間隔を狭くするためには、電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を大きくし、電子線の偏向角を大きくする必要があった。しかし、印加電圧の大きさには限度があるため、偏向角の最大値も限られていた。本発明の課題は、単位印加電圧あたりの偏向角が大きい電子線バイプリズムを提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明の形態の一例としては、電子顕微鏡の光軸に平行な平面を持ち、前記光軸を挟んで配置される一対の平行平板電極と、前記平行平板電極の第１の法線と前記光軸との両方に直交する軸を第１の基準軸とし、前記第１の基準軸を含む前記光軸に垂直な第１の平面内において前記第１の基準軸から角度−１５°から＋１５°の範囲内に配置されるワイヤー状の形状をなす第１のフィラメント電極と、前記第１の基準軸より電子線進行方向下流側に位置する前記平行平板電極の前記第１の法線とは別なる第２の法線と前記光軸との両方に直交する軸を第２の基準軸とし、前記第２の基準軸を含む前記光軸に垂直な第２の平面内において前記第２の基準軸から角度−１５°から＋１５°の範囲内に配置されるワイヤー状の形状をなす第２のフィラメント電極と、から構成される電子線バイプリズム及び当該電子線バイプリズムを搭載した電子線装置により上記課題を解決する。

本発明により、フィラメント電極の印加電圧の大きさを変えずに、電子線バイプリズムを通過する電子線の偏向角を大きくすることができる。その結果、ホログラム再生時の空間分解能が高くなる。

電子線バイプリズムで電子線が偏向する様子を示した模式図。 ２段電子線バイプリズム干渉光学系の模式図。 フィラメント電極を２段重ねたときの電子線バイプリズムの模式図。 フィラメント電極を２段重ねたときの等電位線の分布を示した図。 フィラメント電極を２段重ねたとき、図３（Ａ）の鉛直方向の電位分布の例。 フィラメント電極を２段重ねたとき、図３（Ａ）の水平方向の電位分布の例。 フィラメント電極を５段重ねたときの電子線バイプリズムの模式図。 フィラメント電極を５段重ねたときの等電位線の分布を示した図。 板状電極を置いたときの電子線が偏向される様子を示した模式図。 板状電極を置いたときの等電位線の分布を示した図。 ２段に重ねたフィラメント電極と発生する干渉縞の模式図。 ２本のフィラメント電極に与えた方位角に関する近似を説明する図。 フィラメント電極に与えた方位角と重畳する長さの関係を示した図。 フィラメント電極を２段重ねたとき、電子線が重なる条件を示した模式図。 フィラメント電極を多段に重ねたとき、電子線が重なる条件を示した模式図。 方位角θが０°の円環状フィラメントホルダーの模式図。 方位角θが０°で、２つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 方位角θが０°で、円環と板からなるフィラメントホルダーの模式図。 図１０（Ａ）を電子線の入射方向から見た模式図。 図１０（Ａ）を板状部分の面と円環状部分の面に平行な方向から見た模式図。 図１０（Ａ）とフィラメント電極の配置が異なるときの模式図。 図１０（Ｄ）を電子線の入射方向から見た模式図。 図１０（Ｄ）を板状部分の面と円環状部分の面に平行な方向から見た模式図。 電子線バイプリズムホルダーの模式図である。 電子顕微鏡の模式図。 方位角がθ≠０°の円環状フィラメントホルダーの模式図。 図１１（Ａ）を電子線の入射方向から見た模式図。 方位角がθ≠０°で、２つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 図１２（Ａ）を電子線の入射方向から見た模式図。 方位角がθ≠０°で、円環と板からなるフィラメントホルダーの模式図。 図１３（Ａ）を電子線の入射方向から見たときの模式図。 図１３（Ａ）を板状部分の面と円環状部分の面に平行な方向から見た模式図。 図１３（Ａ）とフィラメント電極の配置が異なるときの模式図。 図１３（Ｄ）を電子線の入射方向から見たときの模式図。 図１３（Ｄ）を板状部分の面と円環状部分の面に平行な方向から見た模式図。 方位角がθ≠０°で、片面が２段の階段状構造のフィラメントホルダーの模式図。 方位角θが０°で、２つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 方位角θが０°で、２つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 方位角θが０°で、３つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 方位角θが０°で、４つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 図１６（Ａ）よりフィラメント電極の本数が多いときの模式図。 方位角θが０°で、円環と板からなるフィラメントホルダーの模式図。 図１７（Ａ）を電子線の入射方向から見たときの模式図。 図１７（Ａ）を板状部分の面と円環状部分の面に平行な方向から見た模式図。 図１７（Ａ）とフィラメント電極の配置が異なるときのの模式図。 図１７（Ｄ）を電子線の入射方向から見たときの模式図。 図１７（Ｄ）を板状部分の面と円環状部分の面に平行な方向から見た模式図。 図１７（Ｄ）よりフィラメント電極の本数が多いときの模式図。 方位角がθ≠０°で、２つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 図１８（Ａ）よりフィラメント電極の本数が多いときの模式図。 方位角がθ≠０°で、３つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 方位角がθ≠０°で、４つの円環からなるフィラメントホルダーの模式図。 図１９（Ａ）よりフィラメント電極の本数が多いときの模式図。 方位角がθ≠０°で、円環と板からなるフィラメントホルダーの模式図。 図２０（Ａ）を電子線の入射方向から見たときの模式図。 図２０（Ａ）を板状部分の面と円環状部分の面に平行な方向から見た模式図。 図２０（Ａ）とフィラメント電極の配置が異なるときの模式図。 図２０（Ｄ）を電子線の入射方向から見たときの模式図。 図２０（Ｄ）を板状部分の面と円環状部分の面に平行な方向から見た模式図。 図２０（Ｄ）よりフィラメント電極の本数が多いときの模式図。 方位角がθ≠０°で、片面が３段の階段状構造のフィラメントホルダーの模式図。 方位角がθ≠０°で、両面が３段の階段状構造のフィラメントホルダーの模式図。 板状フィラメント電極をもつフィラメントホルダーの模式図。 試料の像面を第１のフィラメント電極に合わせ、正の電圧を印加した光学系。 試料の像面を第１のフィラメント電極に合わせ、正の電圧を印加した光学系。 試料の像面を板状電極の上部に合わせ、正の電圧を印加した光学系。 フィラメント電極の電子顕微鏡像。 １／Ｓ_Ａの上段電子線バイプリズムの印加電圧依存性。 １／Ｓ_Ａの下段電子線バイプリズムの印加電圧依存性。 試料の像面を第２のフィラメント電極に合わせ、正の電圧を印加した光学系。 試料の像面を第３のフィラメント電極に合わせ、正の電圧を印加した光学系。 試料の像面を板状電極の下部に合わせ、正の電圧を印加した光学系。 上段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧５０Ｖの干渉縞。 上段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧９０Ｖの干渉縞。 上段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧１３０Ｖの干渉縞。 １／Ｓ_Ｂの上段電子線バイプリズムの印加電圧依存性。 １／Ｓ_Ｂの下段電子線バイプリズムの印加電圧依存性。 試料の像面を第１のフィラメント電極に合わせ、負の電圧を印加した光学系。 試料の像面を第１のフィラメント電極に合わせ、負の電圧を印加した光学系。 試料の像面を板状電極の上部に合わせ、負の電圧を印加した光学系。 １／Ｓ_Ｃの上段電子線バイプリズムの印加電圧依存性。 １／Ｓ_Ｃの下段電子線バイプリズムの印加電圧依存性。 試料の像面を第２のフィラメント電極に合わせ、負の電圧を印加した光学系。 試料の像面を第３のフィラメント電極に合わせ、負の電圧を印加した光学系。 試料の像面を第２のフィラメント電極に合わせ、負の電圧を印加した光学系。 １／Ｓ_Ｄの上段電子線バイプリズムの印加電圧依存性。 １／Ｓ_Ｄの下段電子線バイプリズムの印加電圧依存性。 平行平板電極が電子線バイプリズムホルダーの一部分と共用されている模式図。 平行平板電極とフィラメント電極の両方に電圧を印加している模式図。 平行平板電極に電圧を印加し、フィラメント電極を接地している模式図。 数式１〜６を示す図である。 数式７〜１１を示す図である。 数式１２〜１６を示す図である。 数式１７〜１９を示す図である。

フィラメント電極を多段に重ねた電子線バイプリズムおいて、重ねたフィラメント電極の段数の倍数だけ電子線の偏向角を大きくするためには、それぞれのフィラメント電極近傍で電子線を同じ角度だけ偏向させる必要がある。このことを確認するために、それぞれのフィラメント電極が作る電位分布について検討する。

まず、図３（Ａ）のようにフィラメント電極を１組の平行平板接地電極の間に２段重ねた場合を考える。フィラメント電極を２段重ねたときの偏向角がフィラメント電極１本のときの偏向角の２倍になるためには、それぞれのフィラメント電極の作る電位分布が他方に影響を与えないことが必要である。

図３（Ｂ）にフィラメント電極に垂直な平面における電位分布の計算結果（(数１)を利用）を示す。また、図３（Ｃ）に第１（上段）のフィラメント電極１１と第２（下段）のフィラメント電極１２の中心を通り図３（Ａ）の光軸に平行な方向の電位分布、図３（Ｄ）に第２（下段）のフィラメント電極１２の中心を通り図３（Ａ）の光軸に垂直な方向の電位分布をそれぞれ示す。なお本計算では、フィラメント電極の半径を１μｍ、２本のフィラメント電極間の距離を１ｍｍ、それぞれのフィラメント電極と平行平板接地電極との距離を１０ｍｍ、印加電圧Ｖ_ｆを１００Ｖとした。図３（Ｂ）の点線は、等電位線を表している。等電位線３２１、３２２、３２３は、第１（上段）のフィラメント電極１１と第２（下段）のフィラメント電極１２をまとめて取り囲んでおり、等電位線３２４、３２５は第１（上段）のフィラメント電極１１と第２（下段）のフィラメント電極１２を個々に取り囲んでいる。したがって、２本のフィラメント電極を個別に扱うためには、等電位線３２４の内側に電子線を通過させる必要がある。

等電位線３２４とフィラメント電極との距離は、光軸に垂直な方向ではおよそ２５０μｍである。したがって、光軸に垂直な方向でフィラメント電極から２５０μｍ以内の範囲の電子線は、各々のフィラメント電極で同じ角度だけ偏向すると考えてよい。なおこの範囲は、２本のフィラメント電極間の距離のおよそ４分の１になる。例えば、他の条件を一定にして２本のフィラメント電極間の距離のみを０．１ｍｍとすると、この範囲は光軸に垂直な方向でフィラメント電極から２５μｍ以内となる。

一般に、電子線がコヒーレントな状態を保てるのはフィラメント電極から数μｍ程度であるため、上記の空間の範囲内ではそれぞれのフィラメント電極でコヒーレントな状態のまま電子線を偏向させて干渉を記録することは可能である。したがって、それぞれのフィラメント電極で電子線は偏向角αだけ偏向し、電子線は印加する電圧の２倍の偏向角２αだけ偏向すると近似できる。

次に、図４（Ａ）のようにフィラメント電極を５段重ねた電子線バイプリズムを考える。フィラメント電極を２段重ねたときと同様に、フィラメント電極に垂直な平面における電位分布の計算結果を図４（Ｂ）に示す。なおフィラメント電極２本のときの計算と比較し、本計算では、それぞれのフィラメント電極間の距離のみを０．２ｍｍと変更し、他の条件であるフィラメント電極の半径、フィラメント電極と平行平板接地電極との距離、印加電圧Ｖ_ｆについてはそれぞれ１μｍ、１０ｍｍ、１００Ｖのままとした。図４（Ｂ）の点線は、等電位線を表している。等電位線３５１、３５２、３５３は５本のフィラメント電極をまとめて取り囲んでいるが、等電位線３５４は第１（最上段）のフィラメント電極１１と第５（最下段）のフィラメント電極１５とを別々に取り囲み、第２のフィラメント電極１２、第３のフィラメント電極１３、第４のフィラメント電極１４とをまとめて取り囲んでいる。また等電位線３５５は、第２のフィラメント電極１２、第３のフィラメント電極１３、第４のフィラメント電極１４とを個々に取り囲んでいる。等電位線３５５と第２のフィラメント電極との距離、あるいは等電位線３５５と第４のフィラメント電極との距離は、光軸に垂直な方向ではおよそ５５μｍである。

一方、等電位線３５４と第１（最上段）のフィラメント電極との距離、あるいは等電位線３５４と第５（最下段）のフィラメント電極との距離は、光軸に垂直な方向ではおよそ４０μｍである。したがって、光軸に垂直な方向でフィラメント電極から４０μｍ以内の範囲の電子線は、各々のフィラメント電極で同じ角度だけ偏向すると考えてよい。

一般に、電子線がコヒーレントな状態を保てるのはフィラメント電極から数μｍ程度であるため、上記の空間の範囲内ではそれぞれのフィラメント電極でコヒーレントな状態のまま電子線を偏向させて干渉を記録することは可能である。したがって、それぞれのフィラメント電極で電子線は偏向角αだけ偏向し、電子線は印加する電圧の５倍の偏向角５αだけ偏向すると近似できる。

以上により、電子線の進行方向に重ねるフィラメント電極の数を増やすことでさらに大きな偏向角が得られることがわかる。この条件は、フィラメント電極を２本や５本の場合に限るものではなく、互いに電場の影響が重ならない範囲で多数本のものも想定できる。

最後に、図５（Ａ）のように、電子線の進行方向にフィラメント電極を無限本数重ねたときに対応する板状電極を置いたときの電子線バイプリズムを考える。図５（Ｂ）は、板状電極に垂直な平面における電位分布の計算結果である。なお本計算では、板状電極の厚さ（ｙ方向の長さ）を２μｍ、光軸方向の板状電極の長さ（ｚ方向の長さ）を１ｍｍ、板状電極と平行平板接地電極との距離を１０ｍｍ、印加電圧Ｖ_ｆを１００Ｖとした。図５（Ｂ）の点線は、等電位線を表しており、すべての等電位線は板状電極を取り囲んでいる。本電位分布の結果からわかるように、互いに電場の影響が重なる範囲までフィラメント電極間の光軸上の距離を小さくすると、電子線の進行方向に重ねるフィラメント電極の本数を増やしても、電子線バイプリズムの偏向角が１本のフィラメント電極により偏向される角度αの整数倍になる近似は成立せず、フィラメント電極の本数の整数倍以上に電子線を偏向させることが可能である。

本発明のフィラメント電極を多段に重ねた電子線バイプリズムを実施化するにあたり、光軸上の電子線の進行方向から見たときのそれぞれのフィラメント電極が互いになす方位角の条件、及びそれぞれのフィラメント電極間の光軸上の距離の条件に注意する必要がある。

まずそれぞれのフィラメント電極が互いになす方位角の条件を考える。図６（Ａ）は、フィラメント電極を２段重ねた電子線バイプリズムにより作製される干渉縞を、電子線の進行方向から見た投影図である。電子線の進行方向から見たときの２本のフィラメント電極がなす方位角をθ、第１（上段）及び第２（下段）のフィラメント電極の半径をそれぞれａ_１、ａ_２としている。図６（Ｂ）は、２本のフィラメント電極がなす方位角θと、２本のフィラメント電極が重なっている領域の長軸方向（図６（Ｂ）の直線ＡＣ）の長さｈとの関係を示すための模式図である。図６（Ｂ）において、直角三角形ＡＢＣ及び直角三角形ＡＤＣの間に成立する関係を適用すると、上記のパラメーターの間には図３７の(数５)が成立する。なお(数５)では、第１（上段）のフィラメント電極１１と２本のフィラメント電極が重なっている領域の長軸方向（図６（Ｂ）の直線ＡＣ）とがなす角度をθ_１、第２（下段）のフィラメント電極１２と２本のフィラメント電極が重なっている領域の長軸方向（図６（Ｂ）の直線ＡＣ）とがなす角度をθ_２とし、θ_１及びθ_２の値が小さいと仮定して、Ｓｉｎθ_１≒θ_１及びＳｉｎθ_２≒θ_２の近似を用いている。

干渉縞をＣＣＤカメラで記録するとき、記録される干渉領域の形状は正方形である。フィラメント電極の長さ方向の干渉領域幅Ｗ_Ｌは、電子線がコヒーレントな状態を保持できる距離（可干渉距離）に依存するが、フィラメント電極の長さ方向に垂直な方向の干渉領域幅Ｗは、光軸に垂直な方向でフィラメント電極端から電子線がコヒーレントな状態を保持できる距離に依存する。電子線がコヒーレントな状態を保持できるのは１０μｍ程度である。また、直径１μｍ以下のフィラメント電極の作製は可能であるため、２本のフィラメント電極の直径の和はたかだか２μｍ程度である。電子線がコヒーレントな状態を保持できる範囲が１０μｍ程度であること、及びフィラメント電極の直径の和が２μｍ程度であることより、光軸に垂直な方向でフィラメント電極端からおよそ４μｍの範囲の電子線が干渉する。この範囲は２本のフィラメント電極の直径の和の２倍である。

また、記録される干渉領域が正方形であることを考慮すると、できるだけ多くの干渉縞を記録するためには、フィラメント電極の長さ方向の干渉領域幅Ｗ_Ｌが干渉領域幅Ｗよりも大きければよい。したがって、２本のフィラメント電極が重なっている領域の長軸方向の長さｈが、２本のフィラメント電極の直径の和を２倍したものよりも大きいという条件である図３７の(数６)が与えられる。(数５)を(数６)に代入すると図３８の(数７)が導かれる。

(数７)より、２本のフィラメント電極がなす方位角θのとりうる範囲は、−３０°＜θ＜３０°となる。したがって、光軸に垂直で平行平板電極に平行な基準軸を定義したとき、光軸に垂直な平面内でその基準軸から−１５°＜θ_ｂ＜１５°の範囲に２本のフィラメント電極は配置されることになる。フィラメント電極をｎ段重ねた場合は、ｎ本のフィラメント電極からどの２本のフィラメント電極を選んでも、選んだ２本のフィラメント電極がなす方位角θが上記の範囲に含まれる必要がある。

図６（Ｃ）は、２本のフィラメント電極がなす方位角θと２本のフィラメント電極が重なる長さの関係を表している。２本のフィラメント電極が重なっている領域でフィラメント電極の軸方向の長さｈは方位角θに反比例し、２本のフィラメント電極の直径の和（２ａ_１＋２ａ_２）に比例している。なお、このことは(数５)からも自明である。つまり、方位角θを小さくすることで２本のフィラメント電極が重なる長さｈを長くすることが可能である。一方、２本のフィラメント電極の直径の和（２ａ_１＋２ａ_２）を大きくすることでも、２本のフィラメント電極が重なる長さｈを長くすることが可能であるが、上記の電子線がコヒーレントな状態を保持できる距離が決まっているため、２本のフィラメント電極の直径の和（２ａ_１＋２ａ_２）は小さい方が好まれる。２本のフィラメント電極の直径の和（２ａ_１＋２ａ_２）が２μｍのとき、２本のフィラメント電極がなす方位角θが２０°でもｈが６μｍ程度であり、電子顕微鏡観察には十分耐えうる電子線バイプリズムである。

次に、それぞれのフィラメント電極間の光軸上の距離の条件について考える。図７はフィラメント電極の長さ方向から電子線バイプリズムを見たときの模式図である。なお、各々のフィラメント電極間の距離をそれぞれｄ_１，ｄ_２，…，ｄ_ｎ−１とし、第１（最上段）のフィラメント電極１１と電子線の通過する位置の距離（フィラメント電極１１と電子軌道４との距離）をｔ、それぞれのフィラメント電極で電子線が偏向される角度をθとしている。

図７（Ａ）はフィラメント電極を２段重ねたときの模式図である。図７（Ａ）の点線のようにフィラメント電極１１とフィラメント電極１２との間を電子線が通過した時、想定の偏向角は得られない。したがって、フィラメント電極を２段重ねた電子線バイプリズムで２本のフィラメント電極間を通過せずに電子線が重なるためには、第２（下段）のフィラメント電極１２を通過する前に電子線が重なること（図７（Ａ）の点線矢印）を防ぐ必要がある。つまり、フィラメント電極１２の下方を電子線が通過する必要がある。したがって、αｄ_１の値はｔより小さいという図３８の(数８)の条件を満たす必要がある。

電子線がコヒーレントな状態を保持できるのは、フィラメント電極端から光軸に垂直な方向で４μｍ程度である。先述のように、(数２)からフィラメント電極への最大印加電圧が１ｋＶのとき、偏向角αは、たかだか１０^−３ｒａｄである。したがって(数８)より、フィラメント電極間の距離ｄ_１は４ｍｍ以下となる。

多段にフィラメント電極を重ねたときも同様にして条件式を導くことができる。図７（Ｂ）は、フィラメント電極をｎ段重ねたときの模式図である。フィラメント電極を２段重ねたときと同様に考えると、第ｎ（最下段）のフィラメント電極１ｎの下方を電子線が通過する必要がある。したがって入射電子線がｎ本のフィラメント電極で偏向されることにより、電子線の進行方向と垂直な方向に移動する距離はｔよりも小さいという図３８の(数９)の条件を満たす必要がある。なお(数９)では、偏向角αの値が小さいと仮定し、近軸近似ｔａｎα≒αを用いている。

また、フィラメント電極間の距離についても同様に考えて、第１（最上段）のフィラメント電極と第ｎ（最下段）のフィラメント電極との距離が４ｍｍ以下となる。

以上のことより本発明を実施するためには、電子線バイプリズムを構成するどの２本のフィラメント電極も(数７)の方位角の条件を満足することが望まれ、電子線バイプリズムを構成するすべてのフィラメント電極が(数９)のフィラメント電極間の距離の条件を満足することが必要である。
〈実施例１〉（フィラメント電極２本、θ＝０°）
フィラメント電極を２段重ねた電子線バイプリズムの例として、２本のフィラメント電極の互いになす方位角がθ（θ＝０°）となるようにフィラメントホルダーの表裏にフィラメント電極を取り付けたものを考える。図８（Ａ）は、円環状フィラメントホルダーの一方にフィラメント電極１１を取り付け、他方にフィラメント電極１２を取り付けた電子線バイプリズムの模式図である。フィラメント電極間の距離ｄ_１は、円環状フィラメントホルダーの厚さを変えることで調節可能である。フィラメント電極を２本取り付けた本電子線バイプリズムでは、フィラメント電極を１本しか取り付けていない電子線バイプリズムの２倍の偏向角が得られ、ホログラム再生時の空間分解能が高くなる。

しかし、フィラメントホルダーの表裏にフィラメント電極を取り付ける方法では、２本のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ＝０°）となるように高精度でフィラメント電極を取り付けることは困難である。そこで、図９のように２つの円環状フィラメントホルダーから構成され、一方の円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極１１を取り付け、他方の円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極１２を取り付けた電子線バイプリズムを考える。フィラメント電極間の距離は、円環状フィラメントホルダーの厚さを変えることで調節可能である。２つのフィラメントホルダーの境界では、光軸に垂直な平面内で微動可能もしくは円環状フィラメントホルダーの中心を軸として回転可能である。後者の回転可能である構造より、本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、フィラメント電極をフィラメントホルダーに取り付ける際に角度のずれが生じても、方位角θが０°の電子線バイプリズムを高精度で作製することが可能である。

この他にも、２本のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ＝０°）となるようにフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムの例として、図１０（Ａ）のように円環状部分と板状部分から構成され、板状部分に２本のフィラメント電極を取り付ける構造が考えられる。
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示した電子線バイプリズムを光軸方向から見た投影図（円環状部分の面に垂直な方向から見た図）であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）に示した電子線バイプリズムのフィラメント電極の軸方向の断面図である。図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）に示すように光軸を挟んだ板状部分の同じ側面にフィラメント電極を取り付けている。なお本電子線バイプリズムの例には、図１０（Ｄ）のように円環状部分の上下の板状部分に１本ずつフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズム（光軸方向から見た投影図は図１０（Ｅ）、フィラメント電極の軸方向の断面図は図１０（Ｆ））も含まれる。

フィラメント電極間の光軸上の距離は、円環状部分の厚さ及び板状部分にフィラメント電極を取り付ける位置を変えることで調節可能である。本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、板状部分の同じ側面にフィラメント電極を取り付けることで、２本のフィラメント電極のなす方位角を０°にすることができる。

本実施例では、２本のフィラメント電極は(数８)のフィラメント電極間の距離の条件を満たすように配置されている。なお、平行平板電極は省略されている。また、図１０（Ｇ）と同様の電子線バイプリズムホルダーに上記の電子線バイプリズムを取り付けると、電子線バイプリズムは、光軸に垂直な平面内で微動可能でかつ光軸に平行な軸を軸として回転可能となる。

本電子線バイプリズムホルダーは、例えば図１０（Ｈ）に示す透過電子顕微鏡装置に取り付けることでホログラムの作製が可能となる。透過電子顕微鏡装置では、まず電子銃部分で電子線を発生させ、発生した電子線は収束レンズにより試料への照射条件が定められる。そして、試料を透過した電子線は、対物レンズにより試料の像を形成する。その後、対物レンズを通過した電子線は、拡大レンズ、投影レンズを通過して最終的な像を形成する。２段電子線バイプリズム干渉光学系では、対物レンズによる試料の像面の位置、及び、拡大レンズによる試料の像面の位置と拡大レンズのクロスオーバーの位置の間に電子線バイプリズムを配置し、干渉縞間隔と干渉領域幅を独立に制御する。
〈実施例２〉（フィラメント電極２本、θ＝０以外）
〈実施例１〉では、２本のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ＝０°）となるようにフィラメントホルダーにフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムを考えてきたが、前述したように２本のフィラメント電極が互いになす方位角は、(数７)の範囲に含まれていればよい。〈実施例２〉では、２本のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ≠０°）となるようにフィラメントホルダーにフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムを考える。

フィラメント電極を２段重ね、２本のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ≠０°）である電子線バイプリズムの例として、フィラメントホルダーの表裏にフィラメント電極を取り付けたものを考える。図１１（Ａ）は、円環状フィラメントホルダーの一方にフィラメント電極１１を取り付け、他方にフィラメント電極１２を取り付けた電子線バイプリズムの模式図である。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に示した電子線バイプリズムを光軸方向から見た投影図である。〈実施例１〉と同様に、フィラメント電極間の距離は円環状フィラメントホルダーの厚さを変えることで調節可能である。２本のフィラメント電極が互いになす方位角θを指定せずにフィラメント電極が１本のときの２倍の偏向角を得る場合には、(数７)を満たすだけなので、本電子線バイプリズムの作製は容易で、ホログラム再生時の空間分解能を高くすることができる。

しかし、２本のフィラメント電極が互いになす方位角が特定のθ（θ≠０°）になるようにフィラメント電極をフィラメントホルダーに取り付ける場合には、上記の図１１の電子線バイプリズムでは高精度での作製が困難である。そこで、図１２（Ａ）のように２つの円環状フィラメントホルダーから構成され、一方の円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極１１を取り付け、他方の円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極１２を取り付けた電子線バイプリズムを考える。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）に示した電子線バイプリズムを光軸方向から見た投影図（円環状部分の面に垂直な方向から見た図）である。フィラメント電極間の距離は、円環状フィラメントホルダーの厚さを変えることで調節可能である。〈実施例１〉と同様に、２つのフィラメントホルダーの境界では、光軸に垂直な平面内で微動可能もしくは円環状フィラメントホルダーの中心を軸として回転可能である。後者の回転可能である構造より、本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、高精度で所定の方位角θをもった電子線バイプリズムの作製が可能である。

この他にも、２本のフィラメント電極がなす方位角がθ（θ≠０°）となるようにフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムの例として、図１３（Ａ）のように円環状部分と板状部分から構成され、板状部分に２本のフィラメント電極を取り付けたものを考える。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示した電子線バイプリズムの光軸方向から見た投影図（円環状部分の面に垂直な方向から見た図）であり、図１３（Ｃ）は図１３（Ａ）に示した電子線バイプリズムのフィラメント電極の軸方向の断面図である。図１３（Ａ）では、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）に示すように光軸を挟んだ板状部分の異なる側面にフィラメント電極を取り付けている。なお本電子線バイプリズムの例には、図１３（Ｄ）のように円環状部分の上下の板状部分にフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズム（光軸方向から見た投影図は図１３（Ｅ）、フィラメント電極の軸方向の断面図は図１３（Ｆ））も含まれる。本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、板状部分の厚さを調節することで、高精度で所定の方位角θをもった電子線バイプリズムの作製が可能である。

この他にも、２本のフィラメント電極がなす方位角がθ（θ≠０°）となるようにフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムの例として、円環状フィラメントホルダーの一方の面を階段状もしくは傾斜の構造にし、その面にフィラメント電極を取り付けたものを考える。図１４は２段の階段状の面にフィラメント電極を取り付けたフィラメントホルダーを示している。階段状の面の位置を変えることで２本のフィラメント電極間の方位角θの調節が可能であり、階段の段の高さを変えることでフィラメント電極間の光軸上の距離の調節が可能である。したがって本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、階段状の面の位置を変えることで所定の方位角θをもった電子線バイプリズムの作製が可能である。

本実施例では、２本のフィラメント電極は、(数７)の互いになす方位角の条件、及び(数８)のフィラメント電極間の距離の条件を満たすように配置されている。なお平行平板電極は、図では省略している。また、図１０（Ｇ）と同様の電子線バイプリズムホルダーに上記の電子線バイプリズムを取り付けると、電子線バイプリズムは、光軸に垂直な平面内で微動可能でかつ光軸に平行な軸を軸として回転可能となる。また、〈実施例１〉と同様に、本電子線バイプリズムホルダーは、例えば図１０（Ｈ）に示す透過電子顕微鏡装置に取り付けることでホログラムの作製が可能となる。
〈実施例３〉（フィラメント電極３本以上、θ＝０°）
〈実施例１〉および〈実施例２〉では、フィラメント電極を２段重ねた電子線バイプリズムを考えてきたが、〈実施例３〉ではフィラメント電極を３段以上重ねた電子線バイプリズムを考える。

まず、２つの円環状フィラメントホルダーから構成され、３本以上のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ＝０°）となるようにフィラメント電極を取り付けたものを考える。フィラメント電極を３段重ねる場合は、図１５（Ａ）のように、一方の円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極を１本取り付け、もう一方の円環状フィラメントホルダーには〈実施例１〉のようにフィラメント電極を２本取り付ける。フィラメント電極を４段重ねる場合は、図１５（Ｂ）のように、２つの円環状フィラメントホルダーに〈実施例１〉のようにフィラメント電極を２本ずつ取り付ける。本電子線バイプリズムでは、フィラメント電極を３本以上にしたことでフィラメント電極が１本のときに比べてフィラメント電極の本数倍の偏向角が得られ、空間分解能を高くすることができる。また、２つのフィラメントホルダーの境界では、光軸に垂直な平面内で微動可能もしくは円環状フィラメントホルダーの中心を軸として回転可能である。後者の回転可能である構造より、本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、フィラメント電極をフィラメントホルダーに取り付ける際に角度のずれが生じても、方位角θが０°の電子線バイプリズムの作製が可能である。

この他にもフィラメント電極を３段以上重ねた電子線バイプリズムの例として、３つ以上の円環状フィラメントホルダーから構成され、３本以上のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ＝０°）となるようにフィラメント電極を取り付けたものがある。フィラメント電極を３段重ねる場合は、図１６（Ａ）のように、３つの円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極を１本ずつ取り付ける。フィラメント電極を４段重ねる場合は、図１６（Ｂ）のように、４つの円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極を１本ずつ取り付ける、もしくは図１６（Ｃ）のように２つの円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極を１本ずつ取り付け、１つの円環状フィラメントホルダーを〈実施例１〉のようにフィラメント電極を２本取り付けたものにする。さらにフィラメント電極を重ねるときは、１本のフィラメント電極を取り付けたフィラメントホルダーもしくは〈実施例１〉のようなフィラメント電極を２本取り付けたフィラメントホルダーを重ねる。それぞれのフィラメントホルダーの境界では、光軸に垂直な平面内で微動可能もしくは円環状フィラメントホルダーの中心を軸として回転可能である。後者の回転可能である構造より、本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、フィラメント電極をフィラメントホルダーに取り付ける際に角度のずれが生じても、方位角θが０°の電子線バイプリズムの作製が可能である。

この他にも、フィラメント電極を３段以上重ねた電子線バイプリズムの例として、図１７（Ａ）のように円環状部分と板状部分から構成されるフィラメントホルダーで、板状部分に３本のフィラメント電極を取り付け、３本以上のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ＝０°）となるようにフィラメント電極を取り付けたものがある。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示した電子線バイプリズムを光軸方向から見た投影図（円環状部分の面に垂直な方向から見た図）であり、図１７（Ｃ）は図１７（Ａ）に示した電子線バイプリズムのフィラメント電極の軸方向の断面図である。図１７（Ａ）では、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）に示すように光軸を挟んだ板状部分の同じ側面にフィラメント電極を取り付けている。なお本電子線バイプリズムの例には、図１７（Ｄ）のように円環状部分の上下の板状部分にフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズム（光軸方向から見た投影図は図１７（Ｅ）、フィラメント電極の軸方向の断面図は図１７（Ｆ））も含まれる。さらに多数のフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムを作製する際は、図１７（Ｇ）のように板状部分に複数のフィラメント電極を取り付ければよい。本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、板状部分の同じ側面にフィラメント電極を取り付けることで、取り付けたフィラメント電極のなす方位角を０°にすることができる。

本実施例では、それぞれのフィラメント電極は(数９)のフィラメント電極間の距離の条件を満たすように配置されている。なお、平行平板電極は省略されている。また、図１０（Ｇ）と同様の電子線バイプリズムホルダーに上記の電子線バイプリズムを取り付けると、電子線バイプリズムは、光軸に垂直な平面内で微動可能でかつ光軸に平行な軸を軸として回転可能となる。また、〈実施例１〉と同様に、本電子線バイプリズムホルダーは、例えば図１０（Ｈ）に示す透過電子顕微鏡装置に取り付けることでホログラムの作製が可能となる。
〈実施例４〉（フィラメント電極３本以上、θ＝０°以外）
〈実施例３〉では、複数本のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ＝０°）となるようにフィラメントホルダーにフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムを考えてきたが、前述したように、複数本のフィラメント電極のうち、どの２本のフィラメント電極を選んでも選んだ２本のフィラメント電極がなす方位角θが(数７)の範囲に含まれていればよい。〈実施例４〉では、複数本のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ≠０°）となるようにフィラメントホルダーにフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムを考える。

フィラメント電極を３段以上重ね、３本以上のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ≠０°）となるようにフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムの例として、２つの円環状フィラメントホルダーから構成された電子線バイプリズムを考える。図１８（Ａ）は、一方の円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極を１本取り付け、もう一方の円環状フィラメントホルダーには〈実施例１〉もしくは〈実施例２〉のようにフィラメント電極を２本取り付ける。フィラメント電極を４段重ねる場合は、図１８（Ｂ）のように、２つの円環状フィラメントホルダーに〈実施例１〉もしくは〈実施例２〉のようにフィラメント電極を２本取り付ける。本電子線バイプリズムでは、フィラメント電極を３本以上にしたことでフィラメント電極が１本のときに比べて３倍以上の偏向角が得られ、空間分解能を高くすることができる。また、２つのフィラメントホルダーの境界では、光軸に垂直な平面内で微動可能もしくは円環状フィラメントホルダーの中心を軸として回転可能である。後者の回転可能である性質より、本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、フィラメント電極をフィラメントホルダーに取り付ける際に角度のずれが生じても、高精度で所定の方位角θをもった電子線バイプリズムの作製が可能である。

さらに多くのフィラメント電極をもった電子線バイプリズムを作製するための例として、３つ以上の円環状フィラメントホルダーから構成され、３本以上のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ≠０°）となるようにフィラメント電極を取り付けたものがある。フィラメント電極を３段重ねる場合は、図１９（Ａ）のように、３つの円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極を１本ずつ取り付ける。フィラメント電極を４段重ねる場合は、図１９（Ｂ）のように、４つの円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極を１本ずつ取り付ける、もしくは図１９（Ｃ）のように２つの円環状フィラメントホルダーにフィラメント電極を１本ずつ取り付け、１つの円環状フィラメントホルダーを〈実施例１〉もしくは〈実施例２〉のようにフィラメント電極を２本取り付けたものにする。さらにフィラメント電極を重ねるときは、１本のフィラメント電極を取り付けたフィラメントホルダー、もしくは〈実施例１〉か〈実施例２〉のようなフィラメント電極を２本取り付けたフィラメントホルダーを重ねる。それぞれのフィラメントホルダーの境界では、光軸に垂直な平面内で微動可能もしくは円環状フィラメントホルダーの中心を軸として回転可能である。後者の回転可能である構造より、本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、フィラメント電極をフィラメントホルダーに取り付ける際に角度のずれが生じても、高精度で所定の方位角θをもった電子線バイプリズムの作製が可能である。

この他にも、フィラメント電極を３段以上重ねた電子線バイプリズムの例として、図２０（Ａ）のように円環状部分と板状部分から構成されるフィラメントホルダーで、板状部分に３本のフィラメント電極を取り付け、３本以上のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ≠０°）となるようにフィラメント電極を取り付けたものがある。図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示した電子線バイプリズムを光軸方向から見た投影図（円環状部分の面に垂直な方向から見た図）であり、図２０（Ｃ）は図２０（Ａ）に示した電子線バイプリズムのフィラメント電極の軸方向の断面図である。

図２０（Ａ）では、図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）に示すように光軸を挟んだ板状部分の異なる側面にフィラメント電極を取り付けている。なお本実施例には、図２０（Ｄ）のように円環状部分の上下の板状部分にフィラメント電極を取り付けたフィラメントホルダー（光軸方向から見た投影図は図２０（Ｅ）、フィラメント電極の軸方向の断面図は図２０（Ｆ））も含まれる。さらに多数のフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムを作製する際は、図２０（Ｇ）のように板状部分に複数のフィラメント電極を取り付ければよい。本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、板状部分の厚さを調節することで、高精度で所定の方位角θをもった電子線バイプリズムの作製が可能である。

この他にも、フィラメント電極を３段以上重ねた電子線バイプリズムの例として、円環状フィラメントホルダーの一方の面を階段状もしくは傾斜の構造にし、３本以上のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ≠０°）となるように、階段状もしくは傾斜の構造の面にフィラメント電極を取り付けたものが考えられる。

図２１は３段の階段状の面にフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムの模式図である。それぞれのフィラメント電極間の方位角θは、階段状の面の位置を変えることで調節可能である。さらに多数のフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムを作製する際は、階段状の面を増やせばよい。階段状の面の位置を変えることでそれぞれのフィラメント電極間の方位角θの調節が可能であり、階段の段の高さを変えることでフィラメント電極間の光軸上の距離の調節が可能である。したがって本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、階段状の面の位置を変えることで所定の方位角θをもった電子線バイプリズムの作製が可能である。

さらに多くのフィラメント電極をもった電子線バイプリズムを作製するための例として、円環状フィラメントホルダーの表裏を階段状もしくは傾斜の構造にし、３本以上のフィラメント電極が互いになす方位角がθ（θ≠０°）となるように、階段状もしくは傾斜の構造の面にフィラメント電極を取り付けたものを考える。図２２は表裏を３段の階段状の面にし、それぞれの階段面にフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムの模式図である。さらに多数のフィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムを作製する際は、階段状の面を増やせばよい。階段状の面の位置を変えることでそれぞれのフィラメント電極間の方位角θの調節が可能であり、階段の段の高さを変えることでフィラメント電極間の光軸上の距離の調節が可能である。したがって本電子線バイプリズムでは、ホログラム再生時の空間分解能が高くなることに加え、階段状の面の位置を変えることで所定の方位角θをもった電子線バイプリズムの作製が可能である。

本実施例では、フィラメントホルダーに取り付けられたフィラメント電極は、どの２本のフィラメント電極を選んでも、選んだ２本のフィラメント電極がなす方位角θが(数７)の範囲に配置され、(数９)のフィラメント電極間の距離の条件を満たすように配置してある。なお平行平板電極は、図では省略している。また、図１０（Ｇ）同様の電子線バイプリズムホルダーに上記の電子線バイプリズムを取り付けると、電子線バイプリズムは、光軸に垂直な平面内で微動可能でかつ光軸に平行な軸を軸として回転可能となる。また、〈実施例１〉と同様に、本電子線バイプリズムホルダーは、例えば図１０（Ｈ）に示す透過電子顕微鏡装置に取り付けることでホログラムの作製が可能となる。
〈実施例５〉（板状フィラメント電極）
〈実施例１〉から〈実施例４〉では、フィラメント電極を複数段重ねた電子線バイプリズムを考えてきたが、〈実施例５〉ではフィラメント電極を無限に重ねたときに対応する板状電極をフィラメントホルダーに取り付けたときの電子線バイプリズムを考える。

図２３は、フィラメントホルダーに板状フィラメント電極を取り付けた電子線バイプリズムの模式図である。本電子線バイプリズムでは、光軸と平行な方向の板の長さと同じ距離にフィラメント電極を重ねるよりも電子線を曲げることができる。なお、平行平板電極は図では省略している。また、図１０（Ｇ）と同様の電子線バイプリズムホルダーに上記の電子線バイプリズムを取り付けると、電子線バイプリズムは、光軸に垂直な平面内で微動可能でかつ光軸に平行な軸を軸として回転可能となる。また、〈実施例１〉と同様に、本電子線バイプリズムホルダーは、例えば図１０（Ｈ）に示す透過電子顕微鏡装置に取り付けることでホログラムの作製が可能となる。
〈実施例６〉
〈実施例１〉から〈実施例５〉では、電子線バイプリズムの形状に関する実施例を考えてきたが、〈実施例６〉以降は、電子線バイプリズムの光学系への配置方法の実施例を考える。

図２４から図２７は、フィラメント電極を２段重ねた電子線バイプリズムのフィラメント電極に正及び負の電圧を印加し、電子線が偏向する様子を示した光学系の図である。なお図２４から図２７は、第１のフィラメント電極１１と第２のフィラメント電極１２とがなす方位角θが非常に小さいと仮定し、フィラメント電極の長さ方向から見た図である。平行平板電極は、図では省略している。また、得られる像の干渉縞間隔及び干渉領域幅を独立にコントロールするために、拡大レンズの上下にそれぞれ電子線バイプリズムを設置した２段電子線バイプリズム干渉光学系で描いている。

図２４（Ａ）は、対物レンズ５２による試料の像面を第１（上段）のフィラメント電極１１に合わせ、拡大レンズ５３の上方に配置された第１のフィラメント電極１１と第２のフィラメント電極１２、および、拡大レンズ５３の下方に配置されたフィラメント電極１Ｌに正の電圧を印加したときの光学系である。対物レンズ５２を通過した電子線は、第１のフィラメント電極１１により偏向角α_Ｕ１、第２のフィラメント電極１２により偏向角α_Ｕ２だけそれぞれ曲げられて光軸に近づき、拡大レンズ５３を通過する。その後電子線はクロスオーバーを作り、下方のフィラメント電極１Ｌにより偏向角α_Ｌだけ曲げられて光軸に近づいた後、拡大レンズによる試料の像面に試料の像６３を形成する。なお、偏向角α_Ｕ１、α_Ｕ２、α_Ｌは、電子線が光軸に近づく方向に曲がるときを正とし、電子線が光軸から遠ざかる方向に曲がるときを負とする。

拡大レンズ５３のクロスオーバーの面での光軸と虚光源２２ｖの距離Ｌ_２２ｖは、拡大レンズ５３のクロスオーバーの面での実光源２２ｒと虚光源２２ｖとの距離Ｌ_２２ｒｖと、光軸と実光源２２ｒとの距離Ｌ_２２ｒの和から求めることができる。ここでＬ_２２ｒは、拡大レンズ５３の光源に対する結像の関係から、対物レンズ５２のクロスオーバーの面での光軸（実光源２１ｒ）と虚光源２１ｖとの距離Ｌ_２１ｖ（Ｌ_２１ｒｖ）にｂ_０Ｌ／ａ_０Ｌをかけたものとなる。なお、ａ_０Ｌは対物レンズ５２のクロスオーバーの面と拡大レンズ５３との距離、ｂ_０Ｌは拡大レンズ５３とそのクロスオーバーの面との距離である。したがってこのとき形成される像の干渉縞間隔Ｓ_Ａ０は、図３８の(数１０)のように表すことができる。なお(数１０)において、λは電子線の波長、ａ_Ｕは試料と対物レンズ５２との距離、ａ_Ｌは対物レンズ５２による試料の像面と拡大レンズ５３との距離、ｂ_Ｕは対物レンズ５２と対物レンズ５２による試料の像面との距離、ｂ_０Ｕは対物レンズ５２とそのクロスオーバーの面との距離、ｂ_Ｌは拡大レンズ５３と拡大レンズ５３による試料の像面との距離、ｄ_１は第１のフィラメント電極１１と第２のフィラメント電極１２との距離、ｐはフィラメント電極１Ｌと拡大レンズ５３による試料の像面との距離である。

(数１０)より干渉縞間隔Ｓ_Ａ０は、電子線バイプリズムの偏向角α_Ｕ１、及び偏向角α_Ｕ２の大きさに反比例しているので、偏向角α_Ｕ１、及び偏向角α_Ｕ２を大きくすることで間隔の狭い干渉縞を得ることができる。

また、２本のフィラメント電極間の距離ｄ_１は、ａ_Ｕ、ａ_Ｌ、ａ_０Ｌ、ｂ_Ｕ、ｂ_Ｌ、ｂ_０Ｕ、ｂ_０Ｌに比べて十分小さいので、無視できると仮定すると、干渉縞間隔Ｓ_Ａ０は、図３８の(数１１)のように干渉縞間隔Ｓ_Ａ１と近似できる。

干渉縞間隔Ｓ_Ａ１は、拡大レンズ上方に配置するフィラメント電極を１本として求めた干渉縞間隔である(数３)と比較すると、拡大レンズ上方に配置されたフィラメント電極の偏向角α_Ｕの部分をα_Ｕ１＋α_Ｕ２としたときと等しい。これにより、拡大レンズ上方の第１の電子線バイプリズムの偏向角が、第１のフィラメント電極１１による偏向角α_Ｕ１と第２のフィラメント電極１２による偏向角α_Ｕ２の和になっていることがわかる。

第１のフィラメント電極１１と第２のフィラメント電極１２の偏向係数ｋが等しいとすると、(数２)より第１のフィラメント電極１１の偏向角α_Ｕ１と第２のフィラメント電極１２の偏向角α_Ｕ２はほとんど等しいと近似できる（α_Ｕ１≒α_Ｕ２）。したがって、(数１１)で表された干渉縞間隔Ｓ_Ａ１は図３９の(数１２)のように干渉縞間隔Ｓ_Ａ２と近似できる。

干渉縞間隔Ｓ_Ａ２は、拡大レンズ上方に配置するフィラメント電極を１本として求めた干渉縞間隔である(数３)と比較すると、拡大レンズ上方に配置されたフィラメント電極の偏向角α_Ｕを２α_Ｕ１としたときと等しい。したがって、同電圧を印加したときに２倍の偏向角を持つ電子線バイプリズムが構成される。

ｐ＝ｂ_Ｌ−ｂ_０Ｌ（拡大レンズ５３のクロスオーバーの面にフィラメント電極１Ｌを配置）のとき、干渉縞間隔Ｓ_Ａ２は(数３)の干渉縞間隔Ｓの半分になる。またこのとき、Ｓ_Ａ２は拡大レンズ下方の電子線バイプリズムの偏向角α_Ｌにも依存しないので、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムの偏向角、つまり拡大レンズ上方の電子線バイプリズムに取り付けたフィラメント電極の印加電圧のみに依存する。

干渉領域幅Ｗ_Ａは、図２４の光学系から図３９の(数１３)のように表すことができる。なお(数１３)において、ａ_１は拡大レンズ５３の上方の電子線バイプリズムの第１のフィラメント電極１１の半径である。

(数１３)には、偏向角α_Ｕ１、及び偏向角α_Ｕ２は含まれていないので、干渉領域幅Ｗ_Ａは偏向角α_Ｕ１やα_Ｕ２を変えても変化しない。つまり、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムに印加する電圧には依存しない。なお、(数１０)と(数１３)を導いた仮定は現実の電子光学系では十分に成立している条件である。

上記では、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極を２本として、光学系を考えてきた。〈実施例３〉や〈実施例４〉のように拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極が３本以上のときも同様にして、対物レンズによる試料の像面の位置を第１（最上段）のフィラメント電極１１に合わせ、拡大レンズの上方に配置された電子線バイプリズムのすべてのフィラメント電極、および、拡大レンズの下方に配置された電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｌに正の電圧を印加した光学系を本実施例では考える（図２４（Ｂ））。なお、図２４（Ｂ）では、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極を３本として描いてある。また〈実施例５〉のように、板状フィラメント電極のときも同様にして、対物レンズによる試料の像面の位置を板状フィラメント電極の上端部分に合わせた光学系を本実施例では考える（図２４（Ｃ））。

フィラメント電極が２本の電子線バイプリズムを透過電子顕微鏡に実機搭載し、上記の干渉光学系で低倍率観察した電子顕微鏡像（図６（Ａ）に該当）を図２５に示す。黒い帯状のコントラスト３本がフィラメント電極で、交差している２本が上段電子線バイプリズムのフィラメント電極であり、独立した１本が下段電子線バイプリズムのフィラメント電極である。本実験では、上段電子線バイプリズムの２本のフィラメント電極がなす方位角を４．５°とした。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極（フィラメント電極１Ｌ）の両側に見られる白い線はフレネル縞であり、このフィラメント電極が拡大レンズによる試料の像面に位置していないことがわかる。また、上段電子線バイプリズムの２本のフィラメント電極のうち、光源に近い側のフィラメント電極（フィラメント電極１１）に対物レンズによる試料の像面を一致させ、光源に遠い側のフィラメント電極（フィラメント電極１２）は像面と異なる位置に配置されているが、図２５が低倍率のためにフレネル縞の発生は明確ではない。

上段電子線バイプリズムの２本のフィラメント電極のうち、第１のフィラメント電極（フィラメント電極１１）に対物レンズによる試料の像面を一致させた光学系（図２４（Ａ））において、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を変化させたときの干渉縞間隔の変化を図２６（Ａ）に示す。図では、(数１０)の関係が成立することをわかりやすくするために、縦軸を干渉縞間隔の逆数１／Ｓ_Ａ、横軸を上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧で示している。なお、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧は５０Ｖ、１００Ｖ、１５０Ｖの３通りを示している。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなっている。また、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなっている。(数１０)からわかるように、１／Ｓ_Ａ０はα_Ｕ１≒α_Ｕ２のとき、上段電子線バイプリズムによる電子線の偏向角と下段電子線バイプリズムによる電子線の偏向角に比例する。したがって、上段電子線バイプリズムおよび下段電子線バイプリズムへの印加電圧を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなることは(数１０)で説明できる。図２６（Ｂ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を４０Ｖ、８０Ｖ、１２０Ｖ、１６０Ｖとしたときの干渉領域幅Ｗ_Ａの変化を示したものである。干渉領域幅Ｗ_Ａは、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧にほとんど依存していないことが分かる。この結果は、(数１３)のＷ_Ａがα_Ｕを変数として含まないことと一致している。
〈実施例７〉
図２７（Ａ）は、対物レンズ５２による試料の像面を第２（下段）のフィラメント電極１２に合わせ、拡大レンズ５３の上方に配置されたフィラメント電極１１とフィラメント電極１２、および、拡大レンズ５３の下方に配置されたフィラメント電極１Ｌに正の電圧を印加したときの光学系である。図２４（Ａ）のときと同様に、電子線はそれぞれのフィラメント電極で光軸に近づく方向に偏向され、拡大レンズによる試料の像面に試料の像６３が形成される。図２４（Ａ）の光学系から干渉縞間隔を求めたときと同様の方法で干渉縞間隔Ｓ_Ｂ０を求めると、図３９の(数１４)のようになる。

〈実施例６〉と同様に、２本のフィラメント電極間の距離ｄ_１は、ａ_Ｕ、ａ_Ｌ、ａ_０Ｌ、ｂ_Ｕ、ｂ_Ｌ、ｂ_０Ｕ、ｂ_０Ｌに比べて十分小さく無視することができると仮定すると、干渉縞間隔Ｓ_Ｂ０は、(数１１)のＳ_Ａ１と同式の干渉縞間隔Ｓ_Ｂ１と近似できる。フィラメント電極間の距離ｄ_１が無視できるほど小さいとしたとき、対物レンズ５２による試料の像面の位置をフィラメント電極１１に合わせたときとフィラメント電極１２に合わせたときの区別ができなくなる。このことは、図２４（Ａ）及び図２７（Ａ）の光学系の図から導いた干渉縞間隔Ｓ_Ａ１及びＳ_Ｂ１が等しくなっていることからも明らかである。

〈実施例６〉と同様にして、第１のフィラメント電極１１と第２のフィラメント電極１２の偏向係数ｋが等しいとすると、(数２)より第１のフィラメント電極１１の偏向角α_Ｕ１と第２のフィラメント電極１２の偏向角α_Ｕ２はほとんど等しいと近似できる（α_Ｕ１≒α_Ｕ２）。したがって、干渉縞間隔Ｓ_Ｂ１は、(数１２)のＳ_Ａ２と同式の干渉縞間隔Ｓ_Ｂ２と近似できる。

干渉領域幅Ｗ_Ｂは、拡大レンズ５３による試料の像面が上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極位置であることを考慮すると、(数１３)の干渉領域幅Ｗ_Ａの第２項の第１のフィラメント電極の半径ａ_１を第２のフィラメント電極の半径ａ_２に置き換えたものとなる。

上記では、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極を２本として、光学系を考えてきた。〈実施例３〉や〈実施例４〉のように拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極が３本以上のときも同様にして、対物レンズによる試料の像面の位置を第３（最下段）のフィラメント電極１３に合わせ、拡大レンズの上方に配置された電子線バイプリズムのすべてのフィラメント電極、および、拡大レンズの下方に配置された電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｌに正の電圧を印加した光学系を本実施例では考える（図２７（Ｂ））。なお、図２７（Ｂ）では、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極を３本として描いてある。また〈実施例５〉のように、板状フィラメント電極のときも同様にして、対物レンズによる試料の像面の位置を板状フィラメント電極の上端部分に合わせた光学系を本実施例では考える（図２７（Ｃ））。

図２４（Ａ）の光学系と図２７（Ａ）の光学系で得られる試料の像を比較すると、像に重畳するフレネル縞の領域に違いが生じると予測できる。電子線がフィラメント電極端を通過する際に、フレネル回折波が発生する。フィラメント電極がレンズによる試料の像面と異なる位置に配置されていると、フレネル回折波によりフレネル縞がホログラムに現れる。図２４（Ａ）の光学系では、第２のフィラメント電極１２がレンズによる試料の像面と異なる位置に配置されているため、フィラメント電極１２で発生したフレネル回折波によりフレネル縞がホログラムに現れる。一方、図２７（Ａ）の光学系では、第１のフィラメント電極１１がレンズによる試料の像面から異なる位置に配置されているため、フィラメント電極１１で発生したフレネル回折波によりフレネル縞がホログラムに現れる。しかし、第１のフィラメント電極１１のフレネル回折波の中には、第２のフィラメント電極１２により遮断されるものがある。したがって、図２７（Ａ）の光学系で得られるホログラムの方が、図２４（Ａ）の光学系で得られるホログラムよりもフレネル縞の影響が小さいと推測できる。

図２７（Ａ）の干渉光学系（上段電子線バイプリズムの第２のフィラメント電極（フィラメント電極１２）に対物レンズによる試料の像面が一致）で、２本のフィラメント電極がなす方位角を４．５°としたときの試行結果を図２８及び図２９に示す。図２８（Ａ）、図２８（Ｂ）、図２８（Ｃ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧をそれぞれ５０Ｖ、９０Ｖ、１３０Ｖ、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を５０Ｖに固定したとき、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧に対する干渉縞の変化を示したものである。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を大きくするに従い、干渉縞間隔Ｓ_Ｂが狭くなっている様子がわかる。また、干渉領域幅Ｗ_Ｂは、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を変化させても変化しないことがわかる。

上記の干渉光学系（図２７（Ａ））で、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を変化させたときの干渉縞間隔の変化を図２９（Ａ）に示す。図では、(数１４)の関係が成立することをわかりやすくするために、縦軸を干渉縞間隔の逆数１／Ｓ_Ｂ、横軸を上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧で示している。なお、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧は５０Ｖ、１００Ｖ、１５０Ｖの３通りである。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなっている。また、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなっている。(数１４)からわかるように、１／Ｓ_Ｂ０はα_Ｕ１≒α_Ｕ２のとき上段電子線バイプリズムによる電子線の偏向角と下段電子線バイプリズムによる電子線の偏向角に比例する。したがって、上段電子線バイプリズムおよび下段電子線バイプリズムへの印加電圧を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなることは(数１４)で説明できる。図２９（Ｂ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を４０Ｖ、８０Ｖ、１２０Ｖ、１６０Ｖとしたときの干渉領域幅Ｗ_Ｂの変化を示したものである。干渉領域幅Ｗ_Ｂは、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧にほとんど依存していない。この結果は、Ｗ_Ｂがα_Ｕを変数として含まないことと一致している。
〈実施例８〉
図３０（Ａ）は、対物レンズ５２による試料の像面を第１（上段）のフィラメント電極１１に合わせ、拡大レンズ５３の上方に配置されたフィラメント電極１１とフィラメント電極１２、および、拡大レンズ５３の下方に配置されたフィラメント電極１Ｌに負の電圧を印加したときの光学系である。対物レンズ５２を通過した電子線は、第１のフィラメント電極１１により偏向角α_Ｕ１、第２のフィラメント電極１２により偏向角α_Ｕ２だけそれぞれ曲げられて光軸から遠ざかり、拡大レンズ５３を通過する。その後電子線はクロスオーバーを作り、下方のフィラメント電極１Ｌにより偏向角α_Ｌだけ曲げられて光軸から遠ざかった後、拡大レンズ５３による試料の像面に試料の像６３を形成する。なお、電子線は光軸から遠ざかるので、上記の定義より偏向角α_Ｕ１、α_Ｕ２、α_Ｌは負である。

拡大レンズ５３のクロスオーバーの面での光軸と虚光源２２ｖの距離Ｌ_２２ｖは、拡大レンズ５３のクロスオーバーの面での光軸と実光源２２ｒとの距離Ｌ_２２ｒから実光源２２ｒと虚光源２２ｖとの距離Ｌ_２２ｒｖを差し引いたものである。ここでＬ_２２ｒは、拡大レンズ５３の光源に対する結像の関係から、対物レンズ５２のクロスオーバーの面での光軸（実光源２１ｒ）と虚光源２１ｖとの距離Ｌ_２１ｖ（Ｌ_２１ｒｖ）にｂ_０Ｌ／ａ_０Ｌをかけたものとなる。したがってこのとき形成される像の干渉縞間隔Ｓ_Ｃ０は、図３９の(数１５)のように表すことができる。

〈実施例６〉と同様に、２本のフィラメント電極間の距離ｄ_１は、ａ_Ｕ、ａ_Ｌ、ａ_０Ｌ、ｂ_Ｕｂ_Ｌ、ｂ_０Ｕ、ｂ_０Ｌに比べて十分小さいので、無視することができると仮定すると、干渉縞間隔Ｓ_Ｃ０は、図３９の(数１６)のように干渉縞間隔Ｓ_Ｃ１と近似できる。

干渉縞間隔Ｓ_Ｃ１は、拡大レンズの上に配置するフィラメント電極を１本として求めた干渉縞間隔である式（３）と比較すると、拡大レンズの上に配置されたフィラメント電極の偏向角α_Ｕをα_Ｕ１＋α_Ｕ２としたときと等しい。これにより、拡大レンズ上方の第１の電子線バイプリズムの偏向角が、第１のフィラメント電極１１による偏向角α_Ｕ１と第２のフィラメント電極１２による偏向角α_Ｕ２の和になっていることがわかる。

〈実施例６〉と同様にして、第１のフィラメント電極１１と第２のフィラメント電極１２の偏向係数ｋが等しいとすると、(数２)より第１のフィラメント電極１１の偏向角α_Ｕ１と第２のフィラメント電極１２の偏向角α_Ｕ２はほとんど等しいと近似できる（α_Ｕ１≒α_Ｕ２）。したがって、(数１６)で表された干渉縞間隔Ｓ_Ｃ１は図４０の(数１７)のように干渉縞間隔Ｓ_Ｃ２と近似できる。

また、干渉領域幅は拡大レンズ５３の下方に配置された電子線バイプリズムの偏向角に依存するので、図３０（Ａ）の干渉領域幅Ｗ_Ｃは図２４（Ａ）の干渉領域幅Ｗ_Ａと等しく、偏向角の符号に注意して図４０の(数１８)のように表すことができる。

上記では、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極を２本として、光学系を考えてきた。〈実施例３〉や〈実施例４〉のように拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極が３本以上のときも同様にして、対物レンズによる試料の像面の位置を第１（最上段）のフィラメント電極１１に合わせ、拡大レンズの上方に配置された電子線バイプリズムのすべてのフィラメント電極、および、拡大レンズの下方に配置された電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｌに負の電圧を印加した光学系を本実施例では考える（図３０（Ｂ））。なお、図３０（Ｂ）では、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極を３本として描いてある。また〈実施例５〉のように、板状フィラメント電極のときも同様にして、対物レンズによる試料の像面の位置を板状フィラメント電極の上端部分に合わせた光学系を本実施例では考える（図３０（Ｃ））。

図３０の光学系を図２４の光学系と比較すると、拡大レンズ５３による試料の像面６３で参照波と物体波の位置関係が左右反対になっていることがわかる。

図３０（Ａ）の干渉光学系（上段電子線バイプリズムの第１のフィラメント電極（フィラメント電極１１）に対物レンズ５２による試料の像面が一致）で、２本のフィラメント電極がなす方位角を４．５°としたときの試行結果を図３１に示す。図３１（Ａ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を変化させたときの干渉縞間隔の変化を示している。図では、(数１５)の関係が成立することをわかりやすくするために、縦軸を干渉縞間隔の逆数１／Ｓ_Ｃ０、横軸を上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧で示している。なお、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧は−５０Ｖ、−１００Ｖ、−１５０Ｖの３通りである。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧の絶対値を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなっている。また、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧の絶対値を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなっている。(数１５)からわかるように、１／Ｓ_Ｃ０は、α_Ｕ１≒α_Ｕ２のとき、上段電子線バイプリズムによる電子線の偏向角と下段電子線バイプリズムによる電子線の偏向角に比例する。したがって、上段電子線バイプリズムへの印加電圧の絶対値を大きくするに従い干渉縞間隔が狭くなることおよび、下段電子線バイプリズムへの印加電圧の絶対値を大きくするに従い干渉縞間隔が広くなることは、(数１５)で説明できる。図３１（Ｂ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を−２００Ｖ、−２４０Ｖ、−２８０Ｖ、−３２０Ｖとしたときの干渉領域幅Ｗ_Ｃの変化を示したものである。干渉領域幅Ｗ_Ｃは、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧にほとんど依存していないことが分かる。この結果は、(数１８)のＷ_Ｃがα_Ｕを変数として含まないことと一致している。
〈実施例９〉
図３２（Ａ）は、対物レンズによる試料の像面を第２（下段）のフィラメント電極１２に合わせ、拡大レンズの上に配置されたフィラメント電極１１とフィラメント電極１２、および、拡大レンズの下に配置されたフィラメント電極１Ｌに負の電圧を印加したときの光学系である。図３０（Ａ）のときと同様に、電子線はそれぞれのフィラメント電極で光軸から離れる方向に偏向され、拡大レンズによる試料の像面に試料の像６３が形成される。図３０（Ａ）の光学系から干渉縞間隔を求めたときと同様の方法で干渉縞間隔Ｓ_Ｄ０を求めると、図４０の(数１９)のようになる。

〈実施例６〉と同様にして、２本のフィラメント電極間の距離ｄ_１は、ａ_Ｕ、ａ_Ｌ、ａ_０Ｌ、ｂ_Ｕ、ｂ_Ｌ、ｂ_０Ｕ、ｂ_０Ｌに比べて十分小さく無視することができると仮定すると、干渉縞間隔Ｓ_Ｄ０は、(数１６)のＳ_Ｃ１と同式の干渉縞間隔Ｓ_Ｄ１と近似できる。フィラメント電極間の距離ｄ_１が無視できるほど小さいとしたとき、対物レンズ５２による試料の像面の位置をフィラメント電極１１に合わせたときとフィラメント電極１２に合わせたときの区別ができなくなる。このことは、図３０（Ａ）及び図３２（Ａ）の光学系の図から導いた干渉縞間隔Ｓ_Ｃ１及びＳ_Ｄ１が等しくなっていることからも明らかである。

〈実施例６〉と同様にして、第１のフィラメント電極１１と第２のフィラメント電極１２の偏向係数ｋが等しいとすると、(数２)より第１のフィラメント電極１１の偏向角α_Ｕ１と第２のフィラメント電極１２の偏向角α_Ｕ２はほとんど等しいと近似できる（α_Ｕ１≒α_Ｕ２）。したがって、干渉縞間隔Ｓ_Ｄ１は、(数１７)のＳ_Ｃ２と同式の干渉縞間隔Ｓ_Ｄ２と近似できる。また干渉領域幅Ｗ_Ｄは、拡大レンズ５３による試料の像面の位置が上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置であることを考慮すると、(数１８)の干渉領域幅Ｗ_Ｃの第２項の第１のフィラメント電極の半径ａ_１を第２のフィラメント電極の半径ａ_２に置き換えたものとなる。

上記では、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極を２本として、光学系を考えてきた。〈実施例３〉や〈実施例４〉のように拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極が３本以上のときも同様にして、対物レンズによる試料の像面の位置を第３（最下段）のフィラメント電極１３に合わせ、拡大レンズの上方に配置された電子線バイプリズムのすべてのフィラメント電極、および、拡大レンズの下方に配置された電子線バイプリズムのフィラメント電極１Ｌに負の電圧を印加した光学系を本実施例では考える（図３２（Ｂ））。なお、図３２（Ｂ）では、拡大レンズ上方の電子線バイプリズムのフィラメント電極を３本として描いてある。また〈実施例５〉のように、板状フィラメント電極のときも同様にして、対物レンズによる試料の像面の位置を板状フィラメント電極の上端部分に合わせた光学系を本実施例では考える（図３２（Ｃ））。

図３０（Ａ）の光学系と図３２（Ａ）の光学系で得られる試料の像を比較すると、像に重畳するフレネル縞の領域に違いが生じると予測できる。図３０（Ａ）の光学系では、第２のフィラメント電極１２がレンズによる試料の像面と異なる位置に配置されているため、フィラメント電極１２で発生したフレネル回折波によりフレネル縞がホログラムに現れる。しかし、第１のフィラメント電極１１のフレネル回折波は、影の領域に入るため、ホログラムには現れない。一方、図３２（Ａ）の光学系では、第１のフィラメント電極１１がレンズによる試料の像面と異なる位置に配置されているため、フィラメント電極１１で発生したフレネル回折波によりフレネル縞が像に現れる。したがって、図３０（Ａ）の光学系の方が、図３２（Ａ）の光学系よりもフレネル縞の影響が小さいと推測できる。

フレネル縞の影響について図２７（Ａ）の光学系と図３０（Ａ）の光学系で比較する。図２７（Ａ）の光学系では、第１のフィラメント電極１１のフレネル回折波の一部が第２のフィラメント電極１２により遮断されるのに対し、図３０（Ａ）の光学系では第２のフィラメント電極１２のフレネル回折波は影の領域に入る。したがって、フレネル縞の影響は図３０（Ａ）の光学系が一番小さいと推測できる。

図３２（Ａ）の干渉光学系（上段電子線バイプリズムの第１のフィラメント電極（フィラメント電極１１）に対物レンズによる試料の像面が一致）で、２本のフィラメント電極がなす方位角を４．５°としたときの試行結果を図３３に示す。図３３（Ａ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を変化させたときの干渉縞間隔の変化を示している。図では、(数１９)の関係が成立することをわかりやすくするために、縦軸を干渉縞間隔の逆数１／Ｓ_Ｄ０、横軸を上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧で示している。なお、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧は−５０Ｖ、−１００Ｖ、−１５０Ｖの３通りである。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧の絶対値を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなっている。また、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧の絶対値を大きくするに従い、干渉縞間隔が狭くなっている。(数１９)からわかるように、１／Ｓ_Ｄ０はα_Ｕ１≒α_Ｕ２のとき、上段電子線バイプリズムによる電子線の偏向角と下段電子線バイプリズムによる電子線の偏向角に比例する。したがって、上段電子線バイプリズムへの印加電圧の絶対値を大きくするに従い干渉縞間隔が狭くなることおよび、下段電子線バイプリズムへの印加電圧の絶対値を大きくするに従い干渉縞間隔が広くなることは、(数１９)で説明できる。図３３（Ｂ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を−２００Ｖ、−２４０Ｖ、−２８０Ｖ、−３２０Ｖとしたときの干渉領域幅Ｗ_Ｄの変化を示したものである。干渉領域幅Ｗ_Ｄは、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧にほとんど依存していないことが分かる。この結果は、Ｗ_Ｄがα_Ｕを変数として含まないことと一致している。
〈実施例１０〉
〈実施例１〉から〈実施例９〉では、平行平板電極を接地し、フィラメント電極に電圧を印加してきた。ここでは、平行平板電極を取り付けていない、つまり平行平板電極が電子顕微鏡の鏡体の一部分と共用されること、もしくは電子線バイプリズムホルダーの一部分と共用される場合を例とする。図３４は、平行平板電極がなく、電子線バイプリズムホルダーの一部分と共用される様子を示している。なお、図３４はフィラメント電極を２段重ねたときの模式図である。また、本実施例は、〈実施例１〉から〈実施例９〉のすべてに当てはめることが可能である。そして〈実施例１〉と同様に、例えば図１０（Ｈ）に示す透過電子顕微鏡装置に取り付けることでホログラムの作製が可能となる。本実施例では、平行平板電極を取り付ける必要がないので、電子線バイプリズムの作製が容易となる。
〈実施例１１〉
〈実施例１〉から〈実施例９〉では、平行平板電極を接地し、フィラメント電極に電圧を印加してきた。ここでは、図３５のように平行平板電極に電圧を印加し、フィラメント電極を接地する。なお、図３５はフィラメント電極を２段重ねたときの模式図である。また本実施例は、〈実施例１〉から〈実施例９〉のすべてに当てはめることが可能である。そして〈実施例１〉と同様に、例えば図１０（Ｈ）に示す透過電子顕微鏡装置に取り付けることでホログラムの作製が可能となる。本実施例では、フィラメント電極に電圧を印加する必要がないので、装置の構造が容易となる。
〈実施例１２〉
〈実施例１〉から〈実施例９〉では、平行平板電極を接地し、フィラメント電極に電圧を印加してきた。ここでは、図３６のように平行平板電極とフィラメント電極の両方に電圧を印加する。なお、図３６はフィラメント電極を２段重ねたときの模式図である。また本実施例は、〈実施例１〉から〈実施例９〉のすべてに当てはめることが可能である。そして〈実施例１〉と同様に、例えば図１０（Ｈ）に示す透過電子顕微鏡装置に取り付けることでホログラムの作製が可能となる。本実施例では、フィラメント電極と平行平板電極とに異なる電圧を印加することで、フィラメント電極と平行平板電極との間の電位差を大きくできる。その結果、電子線の偏向角を大きくでき、ホログラム再生時の空間分解能が高くなる。

１…電子線バイプリズムのフィラメント電極、１０…電子線バイプリズムの平行平板電極、１１…電子線バイプリズムの第１のフィラメント電極、１２…電子線バイプリズムの第２のフィラメント電極、１３…電子線バイプリズムの第３のフィラメント電極、１４…電子線バイプリズムの第４のフィラメント電極、１５…電子線バイプリズムの第５のフィラメント電極、１ｎ…電子線バイプリズムの第ｎのフィラメント電極、１Ｕ…２段電子線バイプリズムで拡大レンズの上方に配置された電子線バイプリズムのフィラメント電極、１Ｌ…２段電子線バイプリズムで拡大レンズの下方に配置された電子線バイプリズムのフィラメント電極、２…光軸、２０…光源、２１ｒ…対物レンズのクロスオーバーの面の実光源、２１ｖ…対物レンズのクロスオーバーの面の虚光源、２２ｒ…拡大レンズのクロスオーバーの面の実光源、２２ｖ…拡大レンズのクロスオーバーの面の虚光源、３…等電位線、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５…フィラメント電極を２段重ねたときの等電位線、３５１、３５２、３５３、３５４、３５５…フィラメント電極を５段重ねたときの等電位線、４…電子線、５…電子レンズ、５１…収束レンズ、５２…対物レンズ、５３…拡大レンズ、５４…投影レンズ、６…試料、６２…対物レンズによる試料の像面における試料像、６３…拡大レンズによる試料の像面における試料像、７…制御装置、８…検出器、α…偏向角、αＵ…上段電子線バイプリズムの偏向角、α_Ｕ１…上段電子線バイプリズムの第１のフィラメント電極による偏向角、α_Ｕ２…上段電子線バイプリズムの第２のフィラメント電極による偏向角、α_Ｕ３…上段電子線バイプリズムの第３のフィラメント電極による偏向角、αＬ…下段電子線バイプリズムのフィラメント電極による偏向角、ａ…電子線バイプリズムのフィラメント電極の半径、ａ１…電子線バイプリズムの第１のフィラメント電極の半径、ａ２…電子線バイプリズムの第２のフィラメント電極の半径、ａ_０Ｕ…光源と対物レンズの距離、ａ_０Ｌ…対物レンズのクロスオーバーの面と拡大レンズの距離、ａＵ…試料と対物レンズの距離、ａＬ…対物レンズによる試料の像面と拡大レンズの距離、ｂＵ…対物レンズとそのクロスオーバーの面との距離、ｂ_０Ｌ…拡大レンズとそのクロスオーバーの面との距離、ｂＵ…対物レンズと対物レンズによる試料の像面との距離、ｂＬ…拡大レンズと拡大レンズによる試料の像面との距離、ｄ１…電子線バイプリズムの第１のフィラメント電極と第２のフィラメント電極の距離、ｄ２…電子線バイプリズムの第２のフィラメント電極と第３のフィラメント電極の距離、ｄ_ｎ−１…電子線バイプリズムの第（ｎ−１）のフィラメント電極と第ｎのフィラメント電極の距離、ｈ…フィラメント電極が重畳している領域でフィラメント電極の軸方向の長さ、ｅ…電気素量、Ｅ…フィラメント電極の中心から平行平板接地電極までの距離、Ｌ_２２ｒ…光軸と実光源２２ｒとの距離、Ｌ_２２ｒｖ…拡大レンズのクロスオーバーの面で実光源２２ｒと虚光源２２ｖとの距離、ｍ…電子の質量、ｐ…拡大レンズの下方に配置されたフィラメント電極と拡大レンズによる試料の像面との距離、θ…２本以上のフィラメント電極がなす方位角、θｂ…平行平板電極と平行な軸を基準としたときの２本以上のフィラメント電極がなす方位角、ｒ…電子の位置、Ｓ_Ａ０…図２４（Ａ）の光学系で得られる干渉縞間隔、Ｓ_Ａ１…図２４（Ａ）の光学系で２本のフィラメント電極の距離ｄ_１が無視できるほど小さいと近似したときの干渉縞間隔、Ｓ_Ａ２…図２４（Ａ）の光学系で２本のフィラメント電極の距離ｄ_１が無視できるほど小さく、α_Ｕ１≒α_Ｕ２としたときに得られる干渉縞間隔、Ｓ_Ｂ０…図２７（Ａ）の光学系で得られる干渉縞間隔、Ｓ_Ｂ１…図２７（Ａ）の光学系で２本のフィラメント電極の距離ｄ_１が無視できるほど小さいと近似したときの干渉縞間隔、Ｓ_Ｂ２…図２７（Ａ）の光学系で２本のフィラメント電極の距離ｄ_１が無視できるほど小さく、α_Ｕ１≒α_Ｕ２としたときに得られる干渉縞間隔、Ｓ_Ｃ０…図３０（Ａ）の光学系で得られる干渉縞間隔、Ｓ_Ｃ１…図３０（Ａ）の光学系で２本のフィラメント電極の距離ｄ_１が無視できるほど小さいと近似したときの干渉縞間隔、Ｓ_Ｃ２…図３０（Ａ）の光学系で２本のフィラメント電極の距離ｄ_１が無視できるほど小さく、α_Ｕ１≒α_Ｕ２としたときに得られる干渉縞間隔、Ｓ_Ｄ０…図３２（Ａ）の光学系で得られる干渉縞間隔、Ｓ_Ｄ１…図３２（Ａ）の光学系で２本のフィラメント電極の距離ｄ_１が無視できるほど小さいと近似したときの干渉縞間隔、Ｓ_Ｄ２…図３２（Ａ）の光学系で２本のフィラメント電極の距離ｄ_１が無視できるほど小さく、α_Ｕ１≒α_Ｕ２としたときに得られる干渉縞間隔、ｔ…第１（最上段）のフィラメント電極１１と電子線の通過する位置の距離、ｖ０…入射電子の速度、Ｖｆ…フィラメント電極への印加電圧

Claims (11)

1. 電子顕微鏡の光軸に平行な平面を持ち、前記光軸を挟んで配置される一対の平行平板電極と、
   前記平行平板電極の第１の法線と前記光軸との両方に直交する軸を第１の基準軸とし、前記第１の基準軸を含む前記光軸に垂直な第１の平面内において前記第１の基準軸から角度−１５°から＋１５°の範囲内に配置されるワイヤー状の形状をなす第１のフィラメント電極と、
   前記第１の基準軸より電子線進行方向下流側に位置する前記平行平板電極の前記第１の法線とは別なる第２の法線と前記光軸との両方に直交する軸を第２の基準軸とし、前記第２の基準軸を含む前記光軸に垂直な第２の平面内において前記第２の基準軸から角度−１５°から＋１５°の範囲内に配置されるワイヤー状の形状をなす第２のフィラメント電極と、から構成され、
   前記第１のフィラメント電極と前記第２のフィラメント電極とに一体として同電圧を印加することを特徴とする電子線バイプリズム。
2. 前記一対の平行平板電極が前記電子顕微鏡の鏡体を構成する一部分と共用されること、
   もしくは前記一対の平行平板電極が前記電子線バイプリズムのホルダーを構成する一部分と共用されること、を特徴とする請求項１に記載の電子線バイプリズム。
3. 前記一対の平行平板電極に一体として同電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の電子線バイプリズム。
4. 前記第１のフィラメント電極と前記第２のフィラメント電極との前記光軸上の距離が４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子線バイプリズム。
5. 前記一対の平行平板電極と、前記第１のフィラメント電極と、前記第２のフィラメント電極とが、一体として、前記光軸に垂直な平面内で、前後、左右に微動可能であること、もしくは、一体として、前記光軸に垂直な平面内で、前記光軸に平行な軸を回転軸として回転可能であること、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子線バイプリズム。
6. 電子顕微鏡の光軸に平行な平面を持ち、前記光軸を挟んで配置される一対の平行平板電極と、
   前記平行平板電極の第１の法線と前記光軸との両方に直交する軸を第１の基準軸とし、前記第１の基準軸を含む前記光軸に垂直な第１の平面内において前記第１の基準軸から角度−１５°から＋１５°の範囲内に配置されるワイヤー状の形状をなす第１のフィラメント電極と、
   前記第１の基準軸より下流側に前記第１の基準軸と平行をなす少なくとも２つの別なる基準軸を定め、それぞれの前記基準軸を含む前記光軸に垂直なそれぞれの平面内においてそれぞれの前記基準軸から角度−１５°から＋１５°の範囲内に１本ずつ配置されるワイヤー状の形状をなすフィラメント電極と、から構成され、
   前記第１のフィラメント電極と、前記第１のフィラメント電極とは別なる前記少なくとも２つのフィラメント電極と、に一体として同電圧を印加することを特徴とする電子線バイプリズム。
7. 前記一対の平行平板電極が前記電子顕微鏡の鏡体を構成する一部分と共用されること、
   もしくは前記一対の平行平板電極が前記電子線バイプリズムのホルダーを構成する一部分と共用されること、を特徴とする請求項６に記載の電子線バイプリズム。
8. 前記一対の平行平板電極に一体として同電圧を印加することを特徴とする請求項７に記載の電子線バイプリズム。
9. 前記第１のフィラメント電極と前記第１のフィラメント電極とは別なる前記少なくとも２つのフィラメント電極とのうち、電子線の進行方向の最上流側に位置するフィラメント電極と電子線の進行方向の最下流側に位置するフィラメント電極との前記光軸上の距離が４ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の電子線バイプリズム。
10. 前記一対の平行平板電極と、前記第１のフィラメント電極と、前記第１のフィラメント電極とは別なる前記少なくとも２つのフィラメント電極とが、一体として、前記光軸に垂直な平面内で、前後、左右に微動可能であること、もしくは、一体として、前記光軸に垂直な平面内で、前記光軸に平行な軸を回転軸として回転可能であること、を特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の電子線バイプリズム。
11. 電子線の光源と、前記光源から放出される電子線を試料に照射するための照射光学系と、
    前記電子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、
    前記試料の像を結像するための少なくとも１つの電磁レンズから構成される対物レンズ系と、
    対物レンズ系により結像された前記試料の像を拡大結像もしくは縮小結像するための少なくとも１つの電磁レンズから構成される結像レンズ系と、
    前記試料の像を観察あるいは記録するための手段と、
    電子光学系の光軸上で前記対物レンズ系により結像される前記試料の複数の像面のうちいずれか１つと一致する位置に配置されるフィラメント電極をもつ第１の電子線バイプリズムと、
    前記第１の電子線バイプリズムよりも電子線の進行方向下流側で、かつ、前記第１の電子線バイプリズムの陰の空間内に配置される第２の電子線バイプリズムと、
    前記第１の電子線バイプリズムと前記第２の電子線バイプリズムのどちらか一方、もしくは、前記第１の電子線バイプリズムと前記第２の電子線バイプリズムの両方が、前記電子光学系の前記光軸に平行な平面を持ち、前記光軸を挟んで配置される一対の平行平板電極と、
    前記平行平板電極の第１の法線と前記光軸との両方に直交する軸を第１の基準軸とし、前記第１の基準軸を含む前記光軸に垂直な第１の平面内において前記第１の基準軸から角度−１５°から＋１５°の範囲内に配置されるワイヤー状の形状をなす第１のフィラメント電極と、
    前記第１の基準軸より電子線の進行方向下流側に、前記平行平板電極の前記第１の法線とは別なる第２の法線と前記光軸との両方に直交する軸を第２の基準軸とし、前記第２の基準軸を含む前記光軸に垂直な第２の平面内において前記第２の基準軸から角度−１５°から＋１５°の範囲内に配置されるワイヤー状の形状をなす第２のフィラメント電極と、
    を備え、
    前記第１の電子線バイプリズムが、前記平行平板電極と前記第１のフィラメント電極と前記第２のフィラメント電極とから構成される電子線装置であって、
    前記第１のフィラメント電極もしくは前記第２のフィラメント電極が、前記対物レンズ系により結像される前記試料の複数の像面のうちのいずれかの１つと一致する位置に配置されるとともに、前記第１のフィラメント電極と前記第２のフィラメント電極とに、一体として負または正の電圧を印加することにより干渉顕微鏡像を形成することを特徴とする電子線装置。