JP5744821B2 - 電子顕微鏡用ユーザ・インタフェース - Google Patents

Description

本願は２００６年６月７日出願の米国特許仮出願第６０／８１１，６２１号明細書からの優先権を主張するものであり、係る出願を本願に援用する。

本発明は走査型電子顕微鏡などの高倍率撮像装置用のユーザ・インタフェースに関する。

電子顕微鏡は光学顕微鏡に対して、分解能が高いことおよび焦点深度が深いことなどの著しい利点を提供する。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、一次電子ビームが、観察する表面を走査する微細なスポットに集束される。表面に一次ビームが衝突すると、二次電子がその表面から放出され、一次ビームからの電子が後方散乱される。この二次電子または後方散乱された電子が検出され、画像が形成され、画像の各点の輝度は、ビームがそれに対応する表面上のスポットと衝突するときに検出される電子の数によって決定される。

電子顕微鏡は典型的には、操作するのに熟練した技術者を必要とする大型で、複雑、かつ高価な機器である。ＳＥＭデバイスは典型的には、優に１００，０００ドルを超え、電源用の専用の電気配線や、オペレータ領域外部の真空ポンプの通気孔を含む、特別な設備が必要となる。また、ＳＥＭ画像などの高倍率画像においては、サンプルのどこで画像が得られているかを判断することおよびその画像とサンプルの他の部分との関係を理解することがユーザにとって難しくなることがある。

ＳＥＭには操作に特有の複雑さがあるために、ＳＥＭのオペレータは典型的には、技術的な資格を有する特別の訓練された専門家である。電子顕微鏡のコストおよびそれを操作するために必要な高度な知識が、この技術を獲得するためおよび訓練されたオペレータを提供するためのリソースを有する研究および産業にその使用を制限している。特に訓練を受けたオペレータの必要性に関し、よりユーザフレンドリーなインタフェースがあれば、ＳＥＭ装置の操作に専門知識がほとんどないか全くないユーザが、そういったテクノロジーをより活用できるようになる。

特開平１０−３８７５号公報 特開昭５９−３３７４４号公報 特開２００６−７３３４５号公報 特開２００６−１９２８０号公報 特開平３−１３８８４１号公報 特開２００３−７２４３号公報

本発明の目的は、走査型電子顕微鏡装置を操作するための使用しやすいユーザ・インタフェースを提供することにある。

係るユーザ・インタフェースはディスプレイ・モニタと、少なくとも１つの他の入力デバイス、例えばタッチ・スクリーンおよび回転式入力デバイスとを備えることが好ましい。

係るユーザ・インタフェースは、好ましくは、試料上のどこで画像が得られているかをユーザが容易に判断し、その画像と試料の他の部分との関係を理解できるように、電子顕微鏡の高倍率画像に慣れていないユーザに少なくとも１つの画像基準を提供する。

特に上記考察ならびに以下の図面、例示の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を考慮すれば、本発明の多数の特徴、目的ならびに利点が当業者には明らかとなろう。

本発明のユーザ・インタフェースを備える電子顕微鏡システムの好適な実施形態の外観を示す図である。 試料ホルダが光学ナビゲーション・カメラの下に位置決めされた図１のＳＥＭアセンブリの種々の詳細を示す断面図である。 試料ホルダが予備真空排気された真空チャンバの下に位置決めされた図２ＡのＳＥＭアセンブリを示す断面図である。 試料ホルダが走査型電子顕微鏡の下に位置決めされた図２ＡのＳＥＭアセンブリを示す断面図である。 図２Ａ乃至２ＣのＳＥＭアセンブリに用いられる摺動真空シールの実施形態を示す図である。 本発明の好適な実施形態に係るユーザ・インタフェースのグラフィック部分を示すスクリーン画像であり、主スクリーンの３つの画像ウィンドウおよび選択可能な種々のボタンを示す図である。 図４のスクリーン画像を示し、より小さな光学オーバービュー・ウィンドウには光学ナビゲーション・カメラによって撮られた画像が示され、この画像を拡大したものが大きな主ビューイング・ウィンドウに示され、両画像には周囲インジケータが強調表示されていることを示す図である。 図５のスクリーン画像を示し、周囲インジケータが画像の異なる領域に移動されていることを示す図である。 図６の光学ウィンドウ上で選択された領域の同じ低倍率の電子顕微鏡像を大きな主画像ウィンドウおよびより小さな電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウに表示したスクリーン画像を示す図である。 図７のスクリーン画像であり、主画像スクリーンが周囲インジケータによって示された領域のより高倍率の電子顕微鏡像領域を電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウに表示していることを示す図である。 本発明の好適な実施形態に係るユーザ・インタフェースのアーカイブ・スクリーンのスクリーン画像を示す図である。 本発明の好適な実施形態に係るユーザ・インタフェースの設定スクリーンのスクリーン画像を示す図である。

本発明の好適な実施形態は、走査型電子顕微鏡装置を操作するための使いやすいユーザ・インタフェースを提供する。本発明の利点は、専門的で高コストかつ高度な技術的訓練を得る必要なしに電子顕微鏡技術を利用する機会を、熟練していないユーザに提供することである。これは大学やさらには高校の化学の授業のような学術機関などの領域において電子顕微鏡をさらに一層有用で利用しやすいものにするように働く。出願人らは、「ユーザ・インタフェース」により、ユーザが電子顕微鏡と対話（ｉｎｔｅｒａｃｔ）するのに用いるグラフィック・ディスプレイだけでなく、ユーザが電子顕微鏡と対話してそれを操作するのに用いるシステム全体を表す。

本発明の好適な実施形態は、低倍率基準画像と高倍率基準画像とを同一スクリーン上で新規に組み合わせることを利用して、現在の画像が試料上のどこで撮影されたものかを電子顕微鏡の高倍率に慣れていないユーザが容易に判断できるようにする。また、アーカイブ・スクリーンおよび設定スクリーンなどの他のスクリーンによって、ユーザが保存された画像を比較することおよび係るシステムの設定を調節することがそれぞれ可能になる。

本発明と共に使用するために記載されるＳＥＭアセンブリは、教室のテーブルの上に設置することができる十分に小さい寸法のＳＥＭデバイスを備えることが好ましい。このようなシステムは、共通の譲受人による２００５年６月７日出願のＢｉｅｆｈｏｆｆらの「Ｃｏｍｐａｃｔ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ」と題する米国仮出願第６０／８１１，６２１号明細書（以下、「Ｃｏｍｐａｃｔ ＳＥＭ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」と呼ぶ）、ならびにそれに対応する２００７年６月７日出願の２件のＰＣＴ国際出願明細書に記載されており、これらを参照により本願に援用するものとする。しかし、本発明のユーザ・インタフェースは、透過型電子顕微鏡、走査型透過電子顕微鏡、または集束イオン・ビーム・システムなどの荷電粒子ビームシステムを含む高倍率画像を形成する任意のシステムおよび走査型トンネル顕微鏡または原子間力顕微鏡などのスタイラス型のシステム上に実装可能である。

図１に示すように、好適なＳＥＭシステム１００は、ＳＥＭアセンブリ１０２、ユーザに情報を伝えるビデオ・ディスプレイ・モニタ１０４、ユーザ入力用の回転式入力デバイス１０８、および予備真空ポンプ１１０を含む。ディスプレイ・モニタ１０４は、ユーザが特定の表示されたスクリーン上の選択可能アイコンに触れるだけで情報を入力できるように、タッチ・スクリーン１０６を備えるのが好ましい。ユーザ・インタフェースはマウスまたはキーボードなどの追加の入力デバイスを含むことも可能であるが、タッチ・スクリーン１０６および回転式入力デバイス１０８のみを用いたより単純なインタフェースが好ましい。

本発明のユーザ・インタフェースは、係るシステムの使用がより一般的に理解されるように、他の状況からの多くのユーザに馴染みのある表示されたスクリーン上のコントロール部および／またはアイコンあるいはバーチャル・ボタンを使用することが好ましい。例えば、ＣＤプレーヤーおよびＤＶＤプレーヤーからＣＤおよびＤＶＤを取り出すのに一般に用いられるボタンに類似する外観を有するタッチ・スクリーン１０６上のアイコンを押すことによって、試料ホルダ１１２をＳＥＭアセンブリ１０２に挿入し、取り出すことができる。

好適な実施形態は、回転式入力デバイス１０８などの外部接続された電気機械的デバイスも含む。「ｉ−ｄｒｉｖｅ」とも呼ばれるこのタイプの入力デバイスは、例えば商標名ＰＯＷＥＲＭＡＴＥ（商標）の市販されている。回転式入力デバイス１０８は、例えばＵＳＢポートを介してＳＥＭアセンブリ１０２またはディスプレイ・モニタ１０４に接続され、ディスプレイ・スクリーン上の画像からフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）を選択するのに用いられ得る。回転式入力デバイス１０８は、２種の入力機能、すなわち回転および（コントロール部を押すことによって操作される）エンターを有する。回転式入力デバイス１０８をタッチ・スクリーン１０６と共に用いて、システム１００の大半の操作を制御することができる。ディスプレイ・スクリーン上で使用可能な機能は、タッチ・スクリーン上の機能と関連付けられたアイコンに手で触れることによって選択することも可能である。使用可能な選択肢は、通常、選択可能アイコン１９の形態でディスプレイスクリーン上に表示され（図４に示すように）、回転式入力デバイスを回転させて所望の選択肢に合わせておき、回転式入力デバイスの「エンター」機能を用いるか、あるいはタッチスクリーン１０６を用いるかして所望の選択肢を選ぶことによって、起動後に特定の機能を調節することが可能である。

また図２Ａ乃至２Ｃを参照すると、電子顕微鏡アセンブリ１０２は、蝶番で取り付けられた前カバー１２０、内部に設けられた、ＣＣＤナビゲーション・カメラなどの光学撮像カメラ６０２、および走査型電子顕微鏡を含む。システム１００を用いて検査されるべきサンプルはサンプルホルダ１１２内に装填され、次いでこのサンプルホルダが電子顕微鏡アセンブリ１０２に挿入される。サンプルホルダ１１２はサンプルまでの作動距離に対してサンプルを適切に位置決めするように、かつ（サンプルおよびＳＥＭアセンブリへの損傷を避けるために）サンプルがサンプルホルダの最上部を越えないように、サンプル高さ調節能力を有することが好ましい。

図２Ａ乃至２Ｃは本発明（共に出願中の上記で参照した「Ｃｏｍｐａｃｔ ＳＥＭ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」に記載のＳＥＭデバイスなど）と共に使用するのに適したサンプルホルダがＳＥＭアセンブリ内に装填された後のステップの順序を示している。オペレータが、検査すべきサンプルを電子顕微鏡アセンブリ１０２外部のサンプルホルダ１１２内に設置し、次いで、サンプルホルダが電子顕微鏡アセンブリ１０２の前部に装填される。一実施形態では、ユーザがカバー１２０（図１）を上に摺動して、サンプルホルダ受取用の容器を露出させ、サンプルホルダが装填されたらカバー１２０を閉じる。このカバーを閉じれば、図２Ａに示すように、サンプルホルダは光学カメラ６０２の下に自動的に移動される。

ナビゲーション・カメラとも呼ばれる光学カメラ６０２は、真空チャンバの外部に位置決めされることが好ましい。倍率は典型的には、１０倍〜最大１００倍である。光学カメラ６０２は上下に動いてサンプルに焦点を合わせることができる。動作は電動モータによるものであることが好ましく、または手動であってもよい。このカメラは約８ｍｍ×８ｍｍの視野を有する。このカメラからの多数の画像を共に並べたり貼り合わせたりして、サンプルのより大きな部分の画像を形成することができる。このタイリング（ｔｉｌｉｎｇ）またはステッチング処理（ｓｔｅｔｃｈｉｎｇ）は、電動モータによってサンプルをカメラの下の蛇行パターンの異なる位置に自動的に移動させて各位置がサンプルの一部をカバーする状態で、自動的に行うことができる。各位置では、画像が取り込まれ、画像の全部が組み合わされてサンプル全体の光学オーバービューが生成される。

あるいは、ユーザがカメラの移動を制御して有用な画像のみを生成することができる。手動モードでは、ユーザはタッチ・スクリーン上のナビゲーション矢印２９（図４）に触れることによってサンプルをカメラの下に動かすこともできるし、画像上のあるポイントを押すことによって、触れたポイントが視野の中心に来るように画像を再センタリングすることもできる。任意には、モニタ１０４に表示された隣接する画像を調節して、歪みまたは位置決めの不正確さから生じた画像と画像の連続性を確保することができる。

図２Ａに示すように、サンプルホルダ１１２は剛性摺動プレート６０５に対して適所に保持される。好適な実施形態は、電子ビーム・カラムの底部上のベース・プレート６１１と、摺動プレート６０５の上面に設けられ、摺動プレート６０５に取り付けられた可撓性プレート６０３との間の摺動真空シールを使用する。摺動真空シールは図３に関して以下で詳細に説明される。サンプルホルダ１１２が電子顕微鏡アセンブリ１０２内に装填されるとき、サンプルホルダは摺動プレート６０５の貫通穴６０９内を上昇する。サンプルホルダ（図３に示す）の側部周囲の放射状可撓性シール７０２が、サンプルホルダ１１２と摺動プレート６０５との間に気密封止を形成する。次いで、摺動プレート６０５は可撓性シート６０３と一緒に、ベース・プレート６１１に対して摺動しながらサンプルホルダ１１２との気密封止を維持し、例えば、ベース・プレートを通して開口部６０８の下に、およびＳＥＭの電子カラム１０３（図２Ａ乃至２Ｃに示されるカラムの下方の対物レンズ部のみを示す）の下に サンプルを移動させることができるか、または観察中にサンプルの位置を調節することができる。

ベース・プレート６１１は、真空ポンプに接続された約１Ｌの容積を有する好ましくは少なくとも２つの真空バッファ６０４および６０６と連続している予備真空排気穴６１２も備える。真空バッファ６０４および６０６は典型的にはサンプルが挿入される前に真空排気される。図２Ｂでは、サンプルホルダ１１２が電子撮像のために電子カラム１０３の方に移動されると、サンプルホルダはサンプルホルダ内の空気の大半を除去する予備真空排気された真空バッファ６０４および６０６を通過することによって部分的に真空排気される。圧力はサンプルホルダの容積および真空バッファの容積の比にほぼ調和してサンプルホルダ内で低減される。予備真空排気チャンバの容積はサンプルホルダの容積よりも非常に大きいので、圧力はサンプルホルダ内で大きく低減され、これによりサンプルホルダをその最終圧まで下げて電子ビーム画像を形成するのに必要な時間は非常に短縮される。

図２Ｃでは、撮像のためにサンプルホルダがＳＥＭの電子カラム１０３の下に位置決めされると、取外し可能なサンプルホルダの壁は真空チャンバ壁の一部を形成する。すなわち、取外し可能なサンプルホルダ１１２の壁はＳＥＭの下の真空容積の一部を画定する。典型的なＳＥＭのように、ステージが置かれると共にサンプルが装填されるサンプル真空チャンバの容積がない。このことが真空排気を必要とする容積を低減し、これにより撮像を開始できる前に必要な時間が大幅に低減される。好適な実施形態では、サンプルホルダが電子カラムの下に位置決めされた後に撮像を直ちに開始するために、サンプルホルダは真空バッファによって十分に真空排気される。

図３は摺動真空シールの好適な実施形態における各コンポーネント間の位置関係を示す。サンプル容器１１２周囲の溝７０４内の可撓性シール７０２は、剛性摺動プレート６０５に取り付けられ剛性摺動プレート６０５に対してＯリング７１６によってシールされたフランジ付きシリンダ７１２の円筒部分７１０の内部をシールする。可撓性ステンレス鋼プレート６０３は（クリップ７２２を用いて）摺動プレート６０５にクリップ止めされており、摺動プレート６０５と一緒に移動する。また図２Ａ乃至２Ｃを参照すると、ＳＥＭの電子カラム１０３の軸７４０の下の適所にサンプル容器１１２を移動するために、摺動プレート６０５は電子ビーム・カラム１０２のベース・プレート６１１に取り付けられたグレーシャー（ｇｌａｃｉｅｒ）層６１０に沿って摺動する。ばね（図示せず）を剛性摺動プレート６０５の止まり穴７２６に挿入し、可撓性シート６０３をグレーシャー層６１０に対して押圧して、グレーシャー層周囲の穴（例えば、サンプル容器１１２を真空バッファ６０４および６０６に接続する穴６１２および電子ビームが通過する穴（グレーシャープレート貫通穴６０１、摺動プレート貫通穴６０９、および可撓性プレート貫通穴７３０））周囲により良い真空シールを保証することができる。可撓性シール７２０は剛性摺動プレート６０５に対して可撓性プレート６０３をシールする。剛性プレートと顕微鏡ベースとの間に可撓性プレートを用いれば、剛性プレートを摺動させるのに必要な摺動摩擦力が低減され、摺動力はより安定する。プレート６１１の底部上のグレーシャー層６１０を用いれば、摩擦が低減され、粒子の発生が抑えられる。

本願に参照により援用するＰｅｒｓｏｏｎらの２００７年４月２７日出願の「Ｓｌｉｄｅｒ Ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒ ｕｓｅ ｗｉｔｈ ａｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ａ Ｖａｃｕｕｍ Ｃｈａｍｂｅｒ」に対するＰＣＴ国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１０００６号明細書に記載されているように、剛性摺動プレート６０５の穴の端部は摩擦を低減するように曲線状になっている。この湾曲は可動部品間のヘルツ接触圧が粒子発生を最小化するようなものであることが好ましい。

いくつかの実施形態では、このシステムはサンプルホルダ１１２内のサンプルの高さを光学カメラの焦点に基づいて自動的に決定し、次いで、それに応じて電子ビームの焦点を調節することができる。光学カメラ６０２は既知の焦点距離を有しているので、サンプルの焦点が合っているとき、サンプルとカメラとの間の距離を決定することができる。この距離を用いて、ＳＥＭの焦点を調節するためにサンプルの高さが決定される。サンプルホルダ１１２の高さ設定は、ＳＥＭを自動的に調節することのできるシステム・コントローラへ自動的に通信されてもよい。次いで、ＳＥＭは任意の作動距離または倍率のための連続的な範囲にわたって自動的に調節される。実際のサンプル位置の設定は、高いサンプル位置と低いサンプル位置との設定の間で補間することによって決定される。焦点はサンプルホルダ内のサンプル設置高さに基づいて大まかに設定した後、自動または手動で「高精度調整」することができる。別の実施形態は、サンプルホルダ内の予備設定された２つの高さ調節値（広い視野と狭い視野の調整値）を用いる。対物レンズの作動距離のための調節は、予備設定された２つの作動距離のどちらが選択されるかに応じて行われる。

主画像スクリーン
サンプルをＳＥＭの高倍率で撮像するとき、経験の少ないオペレータにとって、画像が取得されているサンプル上の場所を判断し、その画像とサンプルの残りとの関係を理解することは困難な場合がある。図４〜８に示すように、ユーザ・インタフェースのグラフィック部分の好適な主画像スクリーン１３は、ユーザが拡大された画像を関連付けるのを支援するためにディスプレイ上に残っている３つの「画像ウィンドウ」を含む。アクティブ画像ウィンドウ１４と呼ぶ１つのウィンドウは現在のイメージを示す。以下で説明するように、現在の画像は実行中の現在の操作に応じて、サンプルが光学ナビゲーション・カメラ６０２の下にあるときに撮られた画像、サンプルがＳＥＭの電子カラム１０３の下にあるときにＳＥＭによって形成された画像、または記憶媒体から呼び出された画像であり得る。

光学オーバービュー・ウィンドウ１５と呼ぶ別の画像ウィンドウは、光学ナビゲーション・カメラ６０２からの画像を示す。この画像は典型的には、サンプルホルダが真空排気される前およびサンプルがＳＥＭの下に移動される前に取得され、格納されるが、必要に応じて、電子ビームからナビゲーション・カメラへサンプルを戻してもよい。上記のように、光学オーバービュー・ウィンドウ１５内の画像は単一画像を形成するために並置された光学ナビゲーション・カメラの複数の視野から形成されてもよいし、この画像は光学ナビゲーション・カメラの単一の視野からのものでもよい。

電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６と呼ぶ残りの画像ウィンドウは、比較的に低倍率の電子ビーム画像を示す。電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６内の画像は、特定の作動距離のために、使用可能な最低倍率で取得されることが好ましい。最初に電子ビームを用いてサンプルを撮像するとき、ライブ・ウィンドウ内の画像と電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウとは同じになる。アクティブ画像の倍率を上げると、比較的低倍率の元の画像は電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ内に残って、オペレータに追加の基準を提供する。次いで、電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウを更新すると、ＳＥＭシステムは使用可能な最低倍率になり、サンプルを再度撮像し、次いで、アクティブ画像のための増大された元の倍率に戻る。

主ビューイング・スクリーン１３は、例えば現在の画像のデータ、時間、倍率、および縮尺を示す主ビューイング・ウィンドウ１３の下方部分にデータバー３３を含んでもよい。データバー３３は電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６上に含まれてもよい。アクティブ・ビューイング・ウィンドウ１４の４つの辺にあるナビゲーション矢印２９は、ユーザが画像を移動させてサンプルの異なる部分を示すことを可能にする。当業者には理解されるように、ユーザは現在の画像の任意の部分に触れて、触れた位置の画像を再度中央に移動させることができるし、あるいはマウスまたは類似の入力デバイスが採用されている場合には、「クリックまたはドラッグ」することによってそうすることも可能である。上記のように、タッチ・スクリーン１０６は、ユーザが表示モニタ１０４に触れるだけで所望の機能を起動することを可能にする。この場合、ユーザは光学オーバービュー・ウィンドウ１５内に表示中の画像を押し下げ、それを所望の位置までドラッグし、最後に、ドラッグを止めてウィンドウ１４内の所望の場所にその画像を設定してもよい。この程度までスタイラスを用いてもよいし、ユーザは指を用いるだけでもよい。

光学ナビゲーション・カメラ６０２または走査型電子顕微鏡から画像を取得するためのスイッチ・アイコン２３（図５）、サンプルホルダをＳＥＭアセンブリ１０２の装填ベイに装填し、取り外すための排出アイコン２６、サンプル全体の光学オーバービューを取得するためのオーバービュー・アイコン２２、および画像をリムーバブル（取外し可能）な媒体に保存するための種々のデジタル画像アイコン３４など、種々の選択可能アイコン１９（図４）がウィンドウの端に沿って位置決めされている。図４に示したアイコンの多くは、そのアイコンが選択的に表す命令または特徴を表現するテキストを含む。しかし、図５〜９に示すように、そういったアイコンは、代替として、例えば「デジタル・ファイルへの保存」機能を表すカメラ・アイコンなどのそれらの各機能を表すために、画像またはグラフィック表示を使用し得る。サンプルを装填／取り外すための選択可能アイコンは、例えば、ナビゲーション・カメラの領域内またはＳＥＭの領域内にサンプルホルダを装填／取り外すためにＣＤプレイヤーで用いられるものと同様のアイコンによって提供されてもよい。排出アイコン２６を押せば、システムからサンプルホルダが取り出され、他の選択可能アイコンも同様に働く。

選択可能アイコン１９は回転式入力デバイス１０８または他の機械式入力デバイスと一緒に用いることができる。例えば、ユーザが倍率アイコン２７を押すとき、例えば、回転式入力デバイス１０８のコントロールを回すと、倍率が大きくなったり、小さくなったりする。回転式入力デバイス１０８を押すと、粗い倍率から微細な倍率コントロールへとコントロールが変えられる。コントロールが「微細」の場合、「Ｆ」（図示せず）が倍率アイコン２７に現れて微細コントロールが作動中であることを示す。粗いものから微細なものおよび反対方向への切り替えは、回転式入力デバイス・コントロール１０８を押すか、スクリーン１３上の倍率アイコン２７に触れることによって行うことができる。コントロールはコントラスト／輝度ボタン３１、焦点ボタン２８、および回転ボタン２５について同様である。コントラスト／輝度アイコン３１に関し、回転式入力デバイス１０８を１回押すと、回転式入力デバイス１０８上の回転コントロールが輝度コントロールと関連付けられ、次に回転式入力デバイス１０８を押せば、回転コントロールはコントラスト・コントロールと関連付けられる。以下でさらに詳細に説明するように、ユーザが自動制御のためのこれらの機能を（図１０に示すような）設定スクリーンの下で設定しいている場合、コントラストおよび輝度は自動的に制御することもできる。

デジタル画像アイコン３４は対応するウィンドウに表示された画像を格納するように機能する。この画像は典型的には本システムに差し込んだＵＳＢメモリ・スティックに保存される。好適な一実施形態では、本システムはユーザがアクセス可能なメモリを有さず、画像はすべてリムーバブルな可能媒体に保存される。別の実施形態では、本システムはインターネットに接続され、画像をウェブ・アドレスに保存することもできるし、電子メールを介して送信することもできる。リムーバブル可能メモリを使用すれば、学生が本システムを使用し、それらの画像を保存し、それらの画像を運んだり、インターネットで送信することができる学術的環境において特に有用になる。

経験の少ないユーザがＳＥＭを簡単に操作できるようにこれらの異なる画像ウィンドウを使用することについて、図５乃至９を参照してここで説明する。好適な実施形態では、サンプルがＳＥＭに装填されると、サンプルは光学撮像位置（図２Ａに示す）まで自動的に運ばれる。次いで、光学ナビゲーション・カメラが起動され、図５に示すように、サンプル（この例ではボールペンの先端）の光学画像が光学オーバービュー・ウィンドウ１５に表示される。さらに拡大された光学画像が主ビューイング・ウィンドウ１４に表示される。

図５は２つの矩形の周囲インジケータ（大きな周囲インジケータ４３およびこの大きなインジケータ内側の小さな周囲インジケータ４４）の使用を示す。周囲インジケータ４３を実線で示し、小さなインジケータ４４を点線で示している。撮像されるべきサンプルの領域を示すために、両インジケータは光学画像の上に重ねて表示されている。大きいインジケータ４３は主ビューイング・ウィンドウ１４に見られる拡大された画像全体の大まかな周囲を示すように働く。小さいインジケータ４４は電子ビームによって撮像されるサンプルの領域を示す。カラー・ディスプレイ・モニタを用いる場合、周囲インジケータは画像に対して強調されたように容易に目立つ色付であることが好ましい。ユーザが光学オーバービュー・ウィンドウ１５から画像上に強調された周囲インジケータを参照することによって、画像のどの領域が実際には拡大された主ビューイング・ウィンドウ１４内にあるのかを特定できるように、周囲インジケータも基準インジケータとして機能することを当業者であれば容易に理解する。周囲インジケータは例えば、十字形または円形など、他の形状であってもよい。

２つの画像が表示されると、ＳＥＭで検査されるべきサンプルの部分を光学視野の中央に移動することができる。これは、例えば、タッチ・スクリーン・ディスプレイ上のいずれかの画像の特定の点に触れて、その点を自動的に中央に位置させるか、あるいは、例えば、スクリーン上にある方向矢印２９を用いるか、キーボード（図示せず）を用いることにより、サンプルを移動させるための命令を入力することによって、実現することができる。図６はボールペンの先端を中央に移動した後のユーザ・インタフェース・スクリーンを示す。

観察されるべきサンプルの部分が中央に移動された後、ＳＥＭを用いてサンプルを撮像することができる。電子撮像は、例えば、図６に示す「スイッチ」アイコン２３を用いて光学撮像から電子撮像に切り替えることによって選択可能である。スイッチ・ボタン２３は、例えば、テキストによって示すか、または大小の形状を示すアイコンによって示すことが可能であり、その中に十字を有する各アイコンが利用可能であってもよい。この例では、小さい形状は光学カメラ６０２を表し、大きな形状は電子顕微鏡を表す。このボタンを押すと、サンプルが光学カメラ位置（図２Ａに示す）と電子顕微鏡位置（図２Ｂに示す）との間で移動する。このボタン上の矢印を用いれば、ボタンを押したときにサンプルがどこに移動するかを示すことができる。

図７では、ＳＥＭ９３によって生成された画像が主ビューイング・ウィンドウ１４および電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６に示されている。図７の例では、この画像はまず、可能な最低倍率で表示される。次いで、主ビューイング・ウィンドウ１４に表示された画像は、例えば、倍率ボタン２７を選択し、次いで、スクリーン上の倍率スライダを操作し（図示せず）、回転式入力デバイス１０８を回すか、所望の倍率を直接することによって、必要に応じて拡大することができる。

次いで、拡大された画像が図８に示すように主ビューイング・ウィンドウ１４に示される。光学オーバービュー・ウィンドウ１５内の画像は典型的には、サンプルが光学カメラを出てＳＥＭの下に移動した後、変わらない。電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６内の画像は典型的には、大き過ぎてサンプル全体を示すことができない倍率である。サンプルをＳＥＭの下に移動すると、主ビューイング・ウィンドウ１４は電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６内の画像の外にあるサンプルの一部を示すことがある。その場合、電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６内の画像を自動または手動で変えて、主ビューイング・ウィンドウ１４内に示された部分の拡張集合であるサンプルの一部分のオーバービューを示すことができる。例えば、ユーザが主スクリーン１４上の電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６近傍の更新アイコン２９を押すと、主ビューイング・ウィンドウ１４と同じスポットに中心がある新しい低倍率の電子ビーム画像が得られる。例えば、主ビューイング・ウィンドウ１４内の画像が電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６内の画像の外部のサンプル上のある点に相当するように、主ビューイング・ウィンドウ１４内の画像が移動されている場合には、新しい画像が取得され得る。この低倍率画像はビーム偏向を増大させることによって得ることができる。この低倍率画像は、例えば４００μｍの視野を有してもよく、サンプルを１ｍｍ移動する場合、別の低倍率画像を取得する必要がある。

上記のように、色付きの矩形または十字など、光学オーバービュー・ウィンドウ１５上の周囲インジケータは、電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６内の画像の場所を示す。同様に、電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ画像上の周囲インジケータ４５は、電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ画像上の主ビューイング・ウィンドウ１４内の画像の位置および好ましくは相対サイズを示す。例えば、主ビューイング・ウィンドウ１４の倍率を大きくすると、電子ビーム・オーバービュー・ウィンドウ１６上の周囲インジケータは主ビューイング・ウィンドウ１４内の高倍率画像に示される小さな領域に相当するように小さくなる。

上記のような周囲インジケータを用いれば、ユーザは、主ビューイング・ウィンドウ１４内のサンプルのどの場所を高倍率で見ているかを容易に判断することができ、これにより、高倍率画像に慣れていないユーザにも状況が把握できる。

主画像スクリーンに加えて、図４〜９に示すユーザ・インタフェースの好適な実施形態は、ユーザが他の２つのスクリーン、つまりアーカイブ・スクリーン１７および設定スクリーン１８にアクセスできるようにする（あるいは、この２つの追加のスクリーンのいずれかから主画像スクリーンに戻ることでできるようにする）タブ１２も含む。

アーカイブ・スクリーン
図９に示すように、アーカイブ・スクリーン１７はリムーバブルな記憶媒体に格納された画像をユーザに閲覧および操作させる。アーカイブ・スクリーン１７は主スクリーン１３に類似するものであり、アクティブ画像ウィンドウ１３６と比較および操作のための保存された画像のサムネイル・ギャラリ１３１とを含む。主スクリーン１３で用いられるのと同様に、データバー３３がアーカイブ・スクリーン１７上に含まれ得る。コントロールすなわち選択可能アイコン１９はデジタル・カメラ・メモリのものと同様であり、ヘルプ・ファイル３５にアクセスし、サンプル２６を排出し、画像３６を削除し、選択された画像を他の画像３７と比較するために画像を保持し、ズーミング１３４、画像ギャラリの閲覧１３３のためのアイコンを含む。サムネイル・ギャラリ１３１をスクロールするためのスクロール・バー１３２も含まれる。ユーザはデジタル・カメラまたは写真編集ソフトウェアで使用可能な他の画像操作を実行することができる。

設定スクリーン
図１０に示すように、設定スクリーン１８はユーザが設定可能なある種の機能を提供する。例えば、ユーザはどの検出器構成を使用するかを選択して、電子ビーム画像を形成することができる。「高速（ｆａｓｔ）」走査設定は画像更新時間を高速にするが、画像の分解能は低くなる。「品質（ｑｕａｌｉｔｙ）」走査設定は画像の更新時間は遅くなるが、分解能は高品質になる。設定スクリーンを使用すれば、ユーザは生の画像を「高速」モードで観察する一方で「品質」モードでその画像を保存することを選択し、ＵＳＢメモリ・スティックまたは他のリムーバブルな記憶媒体を削除およびフォーマットすることができる。データおよび時間を設定することができ、画像のためにラベルを生成することができる。ユーザはどの形式で画像ファイルを保存するか、つまりＴＩＦＦか、ＪＰＥＧか、またはＢＭＰ形式かを選択することができる。ユーザは輝度およびコントラストを自動的に調節するかどうか、およびどれぐらいの頻度で調節するかも設定することができる。例えば、輝度およびコントラストは画像が移動されるときはいつでも調節されてもよいし、定期的に調節されてもよい。非点収差補正はユーザ設定において一旦調節されるとその後、典型的には安定し、追加の調節を必要としない。少なくとも１つのユーザ・プロファイルを選択して、処理時間および操作時間を速くするために特定のユーザの設定を格納することができる。

単純なユーザ・インタフェースを維持するために、典型的にはビームのエネルギーおよび電流は工場で予備設定されており、ユーザが調節することができない。組み立て中、ウェーネルト・キャップおよびフィラメントがアノード上の中央に位置するように機械的に整列させるなど、標準的なセット・アップ機能が実行される。

好適な実施形態では、本ＳＥＭシステムを制御および最適化するためのより進歩した選択肢が使用可能であるが、経験の少ないオペレータがアクセスするのを防止するためにパスワードによって保護されている。例えば、ソースの傾きを調節して電子ビーム照明強度を最適化することができる。非点収差補正制御により、電子画像の輪郭のシャープネスの調節が可能となる。また、ステージの位置および回転を較正して、観察中のサンプルの部分が光学撮像モードおよび電子撮像モードの両方で同じになることを保証することができる。

本発明の好適な実施形態は、サンプルを保持するサンプルホルダと、サンプルの第１の領域の第１の倍率の光学画像を記録する光学カメラであって、光学画像が記録されている間に、サンプルが真空領域の外部のサンプルホルダ内に位置決めされる光学カメラと、サンプルがサンプルホルダ内に位置決めされている間に、サンプルの第２の領域の第２の倍率で電子画像を形成する電子顕微鏡であって、第２の倍率が第１の倍率よりも大きく、第２の領域が第１の領域の一部である電子顕微鏡と、ユーザが電子画像のサンプル上の位置を判断できるように、電子画像の位置と第１の領域の光学画像上に示されている第２の領域とを（好ましくは同時に）表示するディスプレイとを備える電子顕微鏡システムを有している。

また、本発明の好適な別の実施形態は、ディスプレイが第３の領域の電子オーバービュー画像をさらに表示し、電子オーバービュー画像が第２の倍率未満で第１の倍率より大きい倍率を有し、第３の領域が前記第１の領域の一部であって第２の領域よりも大きく、第２の領域が第３の領域の表示上で示された電子顕微鏡システムを有している。

また、本発明の好適な別の実施形態は、電子顕微鏡を操作する方法であって、サンプルホルダ内のサンプルを光学カメラの視野内に移動するステップと、真空外部のサンプルの一部の光学画像を取得し、格納するステップと、サンプルを電子顕微鏡内に移動するステップと、光学画像の倍率よりも大きい倍率を有する、サンプルの電子画像を取得するステップと、サンプルの電子画像および格納された光学画像をディスプレイ・スクリーン上に表示するステップであって、格納された光学画像の表示がサンプルの電子画像の格納された光学画像の位置を示すインジケータを含んでいる、ステップと、電子画像の視野を変えてサンプルの異なる画像を取得するステップと、電子画像の新しい視野を反映させるように光学画像上のインジケータを自動的に調節するステップであって、これによりサンプル上の電子画像の位置をユーザに表示する、ステップとを含む方法を提供する。

上記の本発明には幅広い用途があり、上記実施形態に記載し、示した多数の利点を提供することができる。実施形態は特定の用途に応じて大きく変わるものであり、全ての実施の形態は全ての利点を必ずしも提供するものではなく、本発明によって達成される全ての目的に合致するものでもない。例えば、上記説明の多くは卓上型ＳＥＭと一緒にユーザ・インタフェースを用いることに向けられたものであるが、あらゆる適した電子顕微鏡または他の高倍率撮像装置にも本発明を適用することが考えられる。

本発明の好適な方法または装置は多くの新規な態様を有しており、異なる目的のために本発明を異なる方法または異なる装置で実現することができるので、全ての態様が全ての実施形態に存在している必要があるというわけではない。また、上記実施形態の態様の多くは個別に特許可能でありうる。

本発明およびその利点を詳細に示してきたが、特許請求の範囲に定めた本発明の精神および範囲から逸脱しないで、本明細書に記載された実施形態に種々の変更、置換および代替を加えることが可能であることを理解されたい。また、本願の範囲は、明細書に記載の処理、機械、製造、材料組成、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されるものではない。当業者には本発明の開示から容易に理解されるように、既存のまたは将来開発される、実質的に同じ機能を果たすか、あるいは本願明細書に示された対応する実施形態と実質的に同様の結果が得られるプロセス、機械、製造、材料組成、手段および方法またはステップは、本発明に従って使用することができる。したがって、そのような処理、機械、製造、材料組成、手段、方法、またはステップは、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。

１００ ＳＥＭシステム
１０２ ＳＥＭアセンブリ
１０４ ビデオ・ディスプレイ・モニタ
１０６ タッチ・スクリーン
１０８ 回転式入力デバイス

Claims (16)

1. サンプルを保持するサンプルホルダ（１１２）と、
   前記サンプルの第１の領域の第１の倍率の光学画像を記録する光学カメラであって、前記光学画像が記録されている間に、前記サンプルが真空領域の外部の前記サンプルホルダ内に位置決めされる、光学カメラ（６０２）と、
   前記サンプルが前記サンプルホルダ内に位置決めされている間に、前記サンプルの第２の領域の第２の倍率で電子画像を形成する電子顕微鏡であって、前記第２の倍率が前記第１の倍率よりも大きく、前記第２の領域が前記第１の領域の一部である、電子顕微鏡（１０２）と、
   タッチ・スクリーン（１０６）を備え、ユーザが前記サンプル上の前記第２の領域の位置を判断できるように、前記電子画像、前記光学画像、およびインジケータを表示し、前記インジケータは前記光学画像の上に重ねて表示されて前記サンプル上の前記第２の領域の位置を示すディスプレイ（１０４）とを備え、
   前記電子画像のある位置に触れると、この触れた位置の前記電子画像が中心にくることによって前記電子画像の視野を変え、
   前記第１の領域の光学画像および前記第１の領域の光学画像上に表示される前記第２の領域の前記電子画像の位置が同時に表示され、
   前記視野の変更を反映させるため、前記インジケータが自動的に調節され、これにより、前記視野が変更された後の前記サンプル上の前記電子画像の位置をユーザに表示する、電子顕微鏡システム。
2. 前記第１の領域に対応する前記光学画像は、並べられた複数の光学画像を組み合わせて生成される、請求項１に記載の電子顕微鏡システム。
3. 画像を格納する取外し可能な記憶媒体をさらに備える、請求項１に記載の電子顕微鏡システム。
4. 前記画像を格納する前記取外し可能な記憶媒体が、ＵＳＢフラッシュ・ドライブまたはＣＤ、またはＤＶＤを備える、請求項３に記載の電子顕微鏡システム。
5. 前記画像は、全て前記取り外し可能な記憶媒体に格納される、請求項３に記載の電子顕微鏡システム。
6. ユーザ入力のために、回転式入力デバイス（１０８）をさらに含む、請求項５に記載の電
   子顕微鏡システム。
7. 対物レンズと、撮像のために前記サンプルが前記対物レンズの下に位置決めされる前に、前記サンプル周囲から空気を除去するための少なくとも１つの真空バッファ領域をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の電子顕微鏡システム。
8. 前記電子ビーム・エネルギがユーザによって調節不可能である、請求項１〜７のいずれかに記載の電子顕微鏡システム。
9. 前記サンプルに焦点を合わせるために、前記電子顕微鏡が、前記光学カメラの焦点調節によって決定された焦点面に自動的に合焦される、請求項１〜８のいずれかに記載の電子顕微鏡システム。
10. 電子顕微鏡（１０２）を操作する方法であって、
    サンプルホルダ（１１２）内のサンプルを光学カメラ（６０２）の視野内に移動するステップと、
    真空外部の前記サンプルの一部の光学画像を取得し、格納するステップと、
    前記サンプルを電子顕微鏡（１０２）内に移動するステップと、
    前記光学画像の倍率よりも大きい倍率を有する、前記サンプルの電子画像を取得するステップと、
    前記サンプルの前記電子画像および前記格納された光学画像をディスプレイ・スクリーン（１０４）上に表示するステップであって、前記格納された光学画像の表示が前記サンプルの前記格納された光学画像における前記電子画像の位置を示すインジケータ（４３、４４）を含んでいる、ステップと、
    タッチ・スクリーンを介してユーザが指示を入力することにより前記電子画像の視野を変えて前記サンプルの異なる画像を取得するステップと、
    前記電子画像の新しい視野を反映させるように前記光学画像上のインジケータを自動的に調節するステップであって、これにより前記視野が変更された後の前記サンプル上の電子画像の位置をユーザに表示する、ステップとを含む方法。
11. 前記電子顕微鏡によって形成され、前記光学画像の倍率よりも大きくかつ前記電子画像の倍率よりも小さい倍率を有する、前記サンプルの電子オーバービュー画像を表示するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記電子顕微鏡の視野を変えるステップが、前記倍率を変えるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記サンプルの一部の光学画像を取得および格納するステップが、前記サンプルの隣接する領域の多数の画像を取得し、並べられたこれら多数の画像を組み合わせて、前記光学カメラの視野よりも大きい前記サンプルのある領域の画像を提供するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記サンプルの電子画像を取得するステップが、前記サンプルが撮像のために対物レンズの下に位置決めされる前に前記サンプルの周囲から空気を除去するために、前記サンプルを真空領域と接触させるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記サンプルの電子画像を取得するステップが、前記サンプルを大気環境から前記電子顕微鏡内へと移動して３０秒以内に行われる、請求項１０に記載の方法。
16. 前記サンプルに焦点を合わせるために、前記電子顕微鏡を前記光学カメラの焦点調節によって決定された焦点面に自動的に合焦するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

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