JP7008598B2 - 電子銃および電子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子銃および電子線装置に関する。

電子顕微鏡に使用される電子銃では、高電圧を安定的に印加するために、通常の使用時よりも高い電圧を印加して意図的に放電を引き起こし、電子銃内部の電極表面の突起物を除去する。これをコンディショニングという。

コンディショニングには、電極にＡＣ電圧を印加して行うＡＣコンディショニングと、ＤＣ電圧を印加して行うＤＣコンディショニングと、がある。

ＡＣコンディショニングは、電極にＡＣ電圧を印加するため、常時、放電が起きず、比較的安全にコンディショニングを行うことができる。ＡＣコンディショニングは、電子銃の製造工程で行うものであり、ユーザーが行うことはできない。ＡＣコンディショニングでは、電子銃のエミッタが取り付けられていない状態で行われる碍子コンディショニングと、エミッタを取り付けた状態で行われる電極コンディショニングの２つのコンディショニングが行われる。

電子銃の製造工程では、ＡＣコンディショニングを行った後に、ＤＣコンディショニングを行う。

ＤＣコンディショニングは、ユーザーが行うこともできる。ＤＣコンディショニングは、電子銃を長時間使用しなかった場合や、ベーキング後の立ち上げ時、電子銃の動作が不安定な場合などに行われる。

ＤＣコンディショニングの際には、エミッタが取り付けられているため、放電によるエミッタの破損を防ぐために、エミッタ近傍の電極をショートさせて、それぞれの電極間で電位差を生じさせないようにしている。

例えば、特許文献１には、電子顕微鏡の内部に設けられている電極スイッチを電子顕微鏡の外部から操作する際に使用される操作部材が開示されている。特許文献１では、コンディショニングを行う際には、ユーザーが操作部材を用いて電極スイッチを操作して、エミッタと、エミッタと電位の異なる電子銃電極と、をショートさせている。

特開平９－１６１６８２号公報

しかしながら、電極スイッチが電子顕微鏡の内部の高電圧部分に設けられると、特許文献１のように電子顕微鏡の内部の電極スイッチを電子顕微鏡の外部から操作部材を用いて操作する場合、ユーザーは、操作部材を介しているものの、高電圧部分にアクセスしなければならない。これには危険が伴うため、操作部材で電極スイッチを操作する際には、電子銃に印加されている高電圧をＯＦＦする必要がある。しかしながら、このような高電圧のＯＮ／ＯＦＦには、数時間かかる場合もあり、時間のロスが大きい。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高電圧が印加された状態で、エミッタと電子銃電極とをショートさせることができる電子銃を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記電子銃を含む電子線装置を提供することにある。

（１）本発明に係る電子銃は、
電子を所定電圧で加速させて放出する電子銃であって、
エミッタと、
電子銃電極と、
前記エミッタと前記電子銃電極とを同電位にするためのショート機構部と、
を含み、
前記ショート機構部は、
前記エミッタに接続された第１スイッチ電極および前記電子銃電極に接続された第２スイッチ電極が設けられた第１スイッチ部材と、
第３スイッチ電極が設けられた第２スイッチ部材と、
前記第１スイッチ部材および前記第２スイッチ部材の少なくとも一方を動作させて、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが接触している第１状態と、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが離間している第２状態と、を切り替える駆動部と、
を有し、
前記駆動部は、前記第１状態および前記第２状態の両方において、前記所定電圧と同電位である。

このような電子銃では、ショート機構部が所定電圧（高電圧）と同電位であるため、電子銃に所定電圧が印加された状態で、エミッタと電子銃電極とをショートさせることができる。

（２）本発明に係る電子銃において、
前記エミッタに電気的に接続された端子、および前記電子銃電極に電気的に接続された端子が設けられたターミナルプレートを含み、
前記ショート機構部は、前記ターミナルプレートに設けられていてもよい。

このような電子銃では、ショート機構部を簡易な構成で設けることができる。

（３）本発明に係る電子銃は、
エミッタと、
電子銃電極と、
前記エミッタと前記電子銃電極とを同電位にするためのショート機構部と、
前記エミッタに電気的に接続された端子、および前記電子銃電極に電気的に接続された端子が設けられたターミナルプレートと、
を含み、
前記ショート機構部は、
前記エミッタに接続された第１スイッチ電極および前記電子銃電極に接続された第２スイッチ電極が設けられた第１スイッチ部材と、
第３スイッチ電極が設けられた第２スイッチ部材と、
前記第１スイッチ部材および前記第２スイッチ部材の少なくとも一方を動作させて、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが接触している状態と、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが離間している状態と、を切り替える駆動部と、
を有し、
前記ショート機構部は、前記ターミナルプレートに設けられている。

このような電子銃では、ショート機構部がターミナルプレートに設けられているため、ショート機構部を所定電圧（高電圧）と同電位にすることができ、電子銃に所定電圧が印加された状態で、エミッタと電子銃電極とをショートさせることができる。

（４）本発明に係る電子銃において、
前記電子銃電極は、複数設けられ、
前記第１スイッチ部材には、複数の前記第２スイッチ電極が設けられていてもよい。

このような電子銃では、簡易な構成で、エミッタと複数の電子銃電極とをショートさせることができる。

（５）本発明に係る電子銃において、
前記駆動部は、モーターの動作により、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極を前記第３スイッチ電極に接触させてもよい。

（６）本発明に係る電子銃において、
前記駆動部は、ナット部と、前記ナット部に螺合されているネジ軸と、前記ネジ軸を回転させるモーターと、を有し、
前記モーターで前記ネジ軸を回転させることで、前記第１スイッチ部材を移動させてもよい。

（７）本発明に係る電子銃において、
前記ナット部は、前記第１スイッチ部材に設けられた切欠き部に挿入されていてもよい。

このような電子銃では、ナット部を切欠き部に挿入することで、ナット部を回転しないように固定することができる。

（８）本発明に係る電子銃において、
前記第１スイッチ部材の前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極が設けられた面は、凸面であり、
前記第２スイッチ部材の前記第３スイッチ電極が設けられた面は、凹面であってもよい。

このような電子銃では、第１スイッチ電極および第２スイッチ電極と、第３スイッチ電極と、をより確実に接触させることができる。

（９）本発明に係る電子銃において、
前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが離間しているか否かを検出する検出部を含んでいてもよい。

このような電子銃では、電子銃を使用できるか否かを判断できる。

（１０）本発明に係る電子銃において、
前記第１スイッチ部材は、回転可能に構成され、
前記第１スイッチ部材には、ミラーが設けられ、
前記検出部は、
前記ミラーに光を照射する発光素子と、
前記ミラーで反射された光を検出する受光素子と、
を有していてもよい。

このような電子銃では、電子銃のモードを検出するための検出部を電子銃チャンバーの外に配置することができる。

（１１）本発明に係る電子線装置は、
本発明に係る電子銃を含む。

このような電子線装置では、本発明に係る電子銃を含むため、短時間で電子銃のコンディショニングを行うことができる。

本実施形態に係る電子銃の構成を示す図。 本実施形態に係る電子銃の構成を示す図。 本実施形態に係る電子銃のショート機構部を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る電子銃のショート機構部を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る電子銃のショート機構部を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る電子銃のショート機構部を模式的に示す断面図。 第１スイッチ部材および第２スイッチ部材を模式的に示す斜視図。 第１スイッチ部材および第２スイッチ部材を模式的に示す断面図。 第１スイッチ部材および第２スイッチ部材を模式的に示す断面図。 第１変形例に係る電子銃のショート機構部を模式的に示す図。 第１変形例に係る電子銃のショート機構部を模式的に示す図。 第２変形例に係る電子銃の検出部を模式的に示す図。 第２変形例に係る電子銃の検出部を模式的に示す図。 第２変形例に係る電子銃の検出部を模式的に示す図。 本実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 本実施形態に係る電子顕微鏡の機能ブロック図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 電子銃
１．１． 電子銃の構成
まず、本実施形態に係る電子銃について図面を参照しながら説明する。図１および図２は、本実施形態に係る電子銃１００の構成を示す図である。なお、図１では、電子銃１００のオペレーションモードを図示しており、図２では、電子銃１００のコンディショニングモードを図示している。

電子銃１００は、例えば、ショットキー型電子銃である。なお、電子銃の種類は、特に限定されず、電界放出型電子銃などであってもよい。電子銃１００は、図１に示すように、エミッタ２と、サプレッサ電極４と、第１アノード電極６と、第２アノード電極８と、加速電極９と、ショート機構部１０と、ターミナルプレート２０と、加速管３０と、を含む。

エミッタ２は、電子の放出源、すなわち陰極である。エミッタ２では、第１アノード電極６がつくる強電界によって電子が放出される。エミッタ２は、加熱電源１から供給され
る電流によって加熱される。

サプレッサ電極４は、エミッタ２と第１アノード電極６との間に配置されている。サプレッサ電極４には、エミッタ２に対して負の電位が与えられており、エミッタ２から放出された電子を集束させるために用いられる。

第１アノード電極６は、エミッタ２から電子を引き出すために用いられる。

第２アノード電極８は、エミッタ２から放出された電子に対する静電レンズとして機能する。

加速管３０は、複数段の加速電極９，９ａ，９ｂと、加速電極９，９ａ，９ｂの間に配置された碍子３１ａ，３１ｂと、分圧回路３２と、を有している。加速電極９，９ａ，９ｂは、図示の例では、３段であるが、その段数は特に限定されない。加速管３０には、加速電源２ａが接続されている。加速電源２ａから印加された加速電圧は、分圧回路３２によって分圧され、各加速電極に印加される。加速管３０は、エミッタ２から放出された電子を与えられた加速電位で加速する。

サプレッサ電極４には、サプレッサ電源４ａから必要な電圧が供給される。第１アノード電極６には、第１アノード電源６ａから必要な電圧が供給され、第２アノード電極８には、第２アノード電源８ａから必要な電圧が供給される。加速電極９は加速電位に保たれ、エミッタ２には加速電源２ａから接地電位に対して負の高電圧が印加される。加速電源２ａは、加速管３０に加速電圧（エミッタ２から放出された電子を加速させるための電圧）を供給する。

ショート機構部１０は、エミッタ２と、サプレッサ電極４と、第１アノード電極６と、第２アノード電極８と、加速電極９と、をすべてショート（短絡）させる。ショート機構部１０は、例えば、エミッタ２と、サプレッサ電極４と、第１アノード電極６と、第２アノード電極８を、加速電位に接続する。図示の例では、ショート機構部１０は、例えば、エミッタ２と、サプレッサ電極４と、第１アノード電極６と、第２アノード電極８を、加速電極９に電気的に接続している。

サプレッサ電極４、第１アノード電極６、第２アノード電極８、および加速電極９は、電子銃１００を構成している電子銃電極である。すなわち、電子銃１００は、複数の電子銃電極を有している。

ショート機構部１０は、複数のスイッチ（スイッチ１１、スイッチ１２、スイッチ１３、スイッチ１４、スイッチ１５）と、複数のスイッチのＯＮ、ＯＦＦを行う駆動部１３０と、を有している。ショート機構部１０は、図示の例では、５つのスイッチ１１～１５を有している。

スイッチ１１は、エミッタ２の一方の電極と加速電極９（加速電位）との間に設けられている。スイッチ１１は、エミッタ２の一方の電極と加速電極９とが電気的に接続されている状態（スイッチＯＮ）と、これらの電極が電気的に接続されていない状態（スイッチＯＦＦ）と、を切り替える。

スイッチ１２は、エミッタ２の他方の電極と加速電極９との間に設けられている。スイッチ１２は、エミッタ２の他方の電極と加速電極９とが電気的に接続されている状態（スイッチＯＮ）と、これらの電極が電気的に接続されていない状態（スイッチＯＦＦ）と、を切り替える。

スイッチ１３は、サプレッサ電極４と加速電極９との間に設けられている。スイッチ１３は、サプレッサ電極４と加速電極９とが電気的に接続されている状態（スイッチＯＮ）と、これらの電極が電気的に接続されていない状態（スイッチＯＦＦ）と、を切り替える。

スイッチ１４は、第１アノード電極６と加速電極９との間に設けられている。スイッチ１４は、第１アノード電極６と加速電極９とが電気的に接続されている状態（スイッチＯＮ）と、これらの電極が電気的に接続されていない状態（スイッチＯＦＦ）と、を切り替える。

スイッチ１５は、第２アノード電極８と加速電極９との間に設けられている。スイッチ１５は、第２アノード電極８と加速電極９とが電気的に接続された状態（スイッチＯＮ）と、これらの電極が電気的に接続されていない状態（スイッチＯＦＦ）と、を切り替える。

電子銃１００では、駆動部１３０によって、図１に示す５つのスイッチ１１～１５をＯＦＦにした状態（オペレーションモード）と、図２に示す５つのスイッチ１１～１５をＯＮにした状態（コンディショニングモード）と、を切り替えることができる。

オペレーションモードは、電子銃１００から電子ビームを発生させて電子顕微鏡を通常使用する状態にしたときに用いるモードである。コンディショニングモードは、ＤＣコンディショニングを行うときに用いるモードである。ＤＣコンディショニングとは、電子銃１００を安定して使用できるように、加速管３０に、通常使用時よりも高い電圧（例えば加速電圧が－２００ｋＶの場合には、－２２０ｋＶ程度）を印加して意図的に放電を引き起こし、加速管３０の碍子３１ａ，３１ｂや加速電極９，９ａ，９ｂ表面の突起物を除去することをいう。

ＤＣコンディショニングの際に、電子銃１００をコンディショニングモードにすることで、エミッタ２、サプレッサ電極４、第１アノード電極６、および第２アノード電極８と、加速電極９と、が接続される。これにより、各電極（エミッタ２、サプレッサ電極４、第１アノード電極６、第２アノード電極８、および加速電極９）の間で電位差を生じさせないことができる。この結果、ＤＣコンディショニング時に、放電によるエミッタ２の破損を防ぐことができる。

ターミナルプレート２０は、各電極に電源を供給するためのターミナルとして機能する。ターミナルプレート２０には、エミッタ２、サプレッサ電極４、第１アノード電極６、第２アノード電極８、および加速電極９の各々に電気的に接続された端子が設けられている。ターミナルプレート２０には、例えば、エミッタ２、サプレッサ電極４、第１アノード電極６、第２アノード電極８、および加速電極９の各々に接続された配線と、各電源１，４ａ，６ａ，８ａ，２ａに接続された配線と、を接続するための端子が設けられている。

電子銃１００では、エミッタ２、サプレッサ電極４、第１アノード電極６、第２アノード電極８、加速電極９、ショート機構部１０、ターミナルプレート２０、および加速管３０は、電子銃チャンバー（図示せず）内に設けられている。

１．２． ショート機構部の構成
図３および図４は、本実施形態に係る電子銃１００のショート機構部１０を模式的に示す斜視図である。図３および図４では、ショート機構部１０を見る方向が異なっている。

ショート機構部１０は、図３および図４に示すように、第１スイッチ部材１１０と、第２スイッチ部材１２０と、駆動部１３０と、検出部１４０と、を含んで構成されている。

ショート機構部１０は、ターミナルプレート２０に設けられている。

第２スイッチ部材１２０は、ターミナルプレート２０上に配置されている。第１スイッチ部材１１０は、第２スイッチ部材１２０に設けられた回転軸に、回転可能に支持されている。駆動部１３０は、ターミナルプレート２０上に支持部材２２で支持されたプレート２４によって支持されている。すなわち、駆動部１３０は、支持部材２２およびプレート２４を介して、ターミナルプレート２０に設けられている。検出部１４０は、プレート２４上に設けられている。

ターミナルプレート２０の上方には、支持部材２２で支持された絶縁性プレート２６が配置されている。

ショート機構部１０およびターミナルプレート２０は、電子銃チャンバー内の高電圧部分（高電圧空間）に配置されており、加速電源２ａから供給される高電圧（接地電位に対して負の高電圧）と同電位（またはほぼ同電位）となる。例えば、加速電圧が－２００ｋＶの場合、ショート機構部１０およびターミナルプレート２０は、－２００ｋＶとなる。

図５および図６は、本実施形態に係る電子銃１００のショート機構部１０を模式的に示す断面図である。図７は、第１スイッチ部材１１０および第２スイッチ部材１２０を模式的に示す斜視図である。図８および図９は、第１スイッチ部材１１０および第２スイッチ部材１２０を模式的に示す断面図である。

なお、図５および図８では、電子銃１００のオペレーションモードを図示し、図６および図９では、電子銃１００のコンディショニングモードを図示している。また、図７～図９では、便宜上、ショート機構部１０を簡略化して図示している。

第１スイッチ部材１１０は、絶縁性の部材で構成されている。第１スイッチ部材１１０の第１面１１２には、スイッチ電極１５１（第１スイッチ電極）、スイッチ電極１５２（第１スイッチ電極）、スイッチ電極１５３（第２スイッチ電極）、スイッチ電極１５４（第２スイッチ電極）、スイッチ電極１５５（第２スイッチ電極）が設けられている。第１スイッチ部材１１０の第１面１１２は、円筒面の一部を円筒面の中心軸に沿って切り出した凹面である。

スイッチ電極１５１は、エミッタ２の一方の電極に電気的に接続されている電極である。スイッチ電極１５２は、エミッタ２の他方の電極に電気的に接続されている電極である。スイッチ電極１５３は、サプレッサ電極４に電気的に接続されている電極である。スイッチ電極１５４は、第１アノード電極６に電気的に接続されている電極である。スイッチ電極１５５は、第２アノード電極８に電気的に接続されている電極である。

第２スイッチ部材１２０は、例えば、絶縁性の部材で構成されている。第２スイッチ部材１２０の第２面１２２には、スイッチ電極１６０（第３スイッチ電極）が設けられている。第２スイッチ部材１２０の第２面１２２は、円筒面の一部を円筒面の中心軸に沿って切り出した凸面である。第２スイッチ部材１２０の第２面１２２は、第１スイッチ部材１１０の第１面１１２に接触したときに、第１面１１２に沿うように形成されている。

スイッチ電極１６０は、加速電位に接続されている。スイッチ電極１６０は、例えば、
加速電極９に電気的に接続されている。スイッチ電極１６０は、スイッチ電極１５１～１５５と対向するように配置されている。

スイッチ電極１５１とスイッチ電極１６０とは、スイッチ１１（図１および図２参照）を構成している。スイッチ電極１５２とスイッチ電極１６０とは、スイッチ１２を構成している。スイッチ電極１５３とスイッチ電極１６０とは、スイッチ１３を構成している。スイッチ電極１５４とスイッチ電極１６０とは、スイッチ１４を構成している。スイッチ電極１５５とスイッチ電極１６０とは、スイッチ１５を構成している。

なお、第２スイッチ部材１２０を導電性の部材として、第２スイッチ部材１２０の表面をスイッチ電極１６０としてもよい。この場合、第２スイッチ部材１２０は、絶縁部材を介してターミナルプレート２０上に配置される。

第１スイッチ部材１１０は、第２スイッチ部材１２０に設けられた回転軸１２４によって支持されている。第１スイッチ部材１１０は、駆動部１３０の動作によって、回転軸１２４を軸として回転する。これにより、図５および図８に示すオペレーションモードと、図６および図９に示すコンディショニングモードと、を切り替えることができる。

オペレーションモードでは、図５および図８に示すように、スイッチ電極１５１～１５５と、スイッチ電極１６０と、が離間している（接触していない）。コンディショニングモードでは、図６および図９に示すように、スイッチ電極１５１～１５５と、スイッチ電極１６０と、が接触している。

駆動部１３０は、ナット部１３２と、ネジ軸１３４と、モーター１３６と、を含んで構成されている。

第１スイッチ部材１１０には、切欠き部１１４が設けられており、切欠き部１１４の中にナット部１３２が挿入されている。ナット部１３２は、回転しないように固定されている。ナット部１３２は、切欠き部１１４に挿入されることにより、ナット部１３２の外周部が切欠き部１１４の内面で拘束されて、回転しないように固定される。

ナット部１３２の先端には、ボール１３３が固定されている。ボール１３３は、第１スイッチ部材１１０に接触する部分である。ボール１３３は、切欠き部１１４の底面に接触する。ナット部１３２の先端部にボール１３３を設けることにより、第１スイッチ部材１１０が回転しても第１スイッチ部材１１０に力を安定して加えることができる。

ネジ軸１３４は、ナット部１３２に螺合されている。ネジ軸１３４は、モーター１３６によって回転する。ナット部１３２は回転しないように固定されているため、ネジ軸１３４を回転させることにより、ネジ軸１３４のナット部１３２から露出している部分の長さが変わる。

ターミナルプレート２０には、第１スイッチ部材１１０に反時計回りに回転する力を加えるバネ１２６が設けられている。第１スイッチ部材１１０の第１面１１２が第２スイッチ部材１２０の第２面１２２に近づくと、第１スイッチ部材１１０には、バネ１２６によって反時計回りに回転する力が加わる。

図５に示すオペレーションモードから図６に示すコンディショニングモードに切り替える際には、モーター１３６によってネジ軸１３４を緩める方向に回転させて、ネジ軸１３４のナット部１３２から露出している部分の長さを長くする。これにより、第１スイッチ部材１１０は下方に押されて、時計回り回転する。この結果、スイッチ電極１５１～１５
５とスイッチ電極１６０とが接触して、コンディショニングモードとなる。

図６に示すコンディショニングモードから図５に示すオペレーションモードに切り替える際には、モーター１３６によってネジ軸１３４をねじ込む方向に回転させて、ネジ軸１３４のナット部１３２から露出している部分の長さを短くする。これにより、第１スイッチ部材１１０は、バネ１２６の力により反時計回りに回転する。この結果、スイッチ電極１５１～１５５とスイッチ電極１６０とが離間し、オペレーションモードとなる。

検出部１４０は、電子銃１００の現在のモードを検出する。検出部１４０は、例えば、スイッチ電極１５１～１５５とスイッチ電極１６０とが離間しているか否かを検出する。すなわち、検出部１４０は、オペレーションモードであるか否かを検出する。

検出部１４０は、例えば、リミットスイッチである。検出部１４０は、接触子１４２を有している。検出部１４０は、例えば、第１スイッチ部材１１０が接触子１４２に触れている場合にはオペレーションモードであることを通知するための検出信号を出力する。また、検出部１４０は、例えば、第１スイッチ部材１１０が接触子１４２に触れていない場合にはコンディショニングモードであることを通知するための検出信号を出力する。

なお、図示はしないが、さらに、スイッチ電極１５１～１５５とスイッチ電極１６０とが接触しているか否かを検出する検出部を設けてもよい。この場合、２つの検出部によって、駆動部１３０を制御してもよい。

電子銃１００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子銃１００では、ショート機構部１０は、電子を加速させるための高電圧と同電位である。したがって、電子銃１００では、電子銃１００に高電圧が印加された状態で電子銃１００の各電極をショートさせることができる。

また、電子銃１００では、ショート機構部１０は、ターミナルプレート２０に設けられている。ターミナルプレート２０には、電子銃１００の各電極に電気的に接続されている端子が設けられているため、ショート機構部１０と各電極とを接続するための配線（図示せず）の配線長を短くできるなど、簡易な構成でショート機構部１０を設けることができる。

電子銃１００では、第１スイッチ部材１１０には、複数のスイッチ電極（スイッチ電極１５１～１５５）が設けられている。そのため、電子銃１００では、例えば電子銃１００の各電極ごとに第１スイッチ部材１１０を設ける場合と比べて、部品点数を減らすことができ、簡易な構成で電子銃１００の各電極をショートさせることができる。

電子銃１００では、第１スイッチ部材１１０のスイッチ電極１５１～１５５が設けられた第１面１１２は凸面であり、第２スイッチ部材１２０のスイッチ電極１６０が設けられた第２面１２２は凹面である。そのため、電子銃１００では、例えば、第１スイッチ部材１１０の第１面１１２と第２スイッチ部材１２０の第２面１２２とが平坦な面である場合と比べて、スイッチ電極１５１～１５５とスイッチ電極１６０とをより確実に接触させることができる。

電子銃１００では、スイッチ電極１５１～１５５とスイッチ電極１６０とが離間しているか否かを検出する検出部１４０を含む。そのため、電子銃１００では、電子銃１００を使用できるのか否かを判断できる。

１．３． 電子銃の変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

（１）第１変形例
図１０および図１１は、第１変形例に係る電子銃のショート機構部１０を模式的に示す図である。なお、図１０は電子銃のオペレーションモードを図示しており、図１１は電子銃のコンディショニングモードを図示している。以下、本変形例に係る電子銃において、上述した電子銃１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述した電子銃１００では、図５および図６に示すように、駆動部１３０は、モーター１３６でナット部１３２に螺合されているネジ軸１３４を回転させることで、第１スイッチ部材１１０を移動させて、コンディショニングモードと、オペレーションモードと、を切り替えていた。

これに対して、本変形例では、駆動部１３０は、電磁石２１０によって第２スイッチ部材１２０を移動させて、コンディショニングモードと、オペレーションモードと、を切り替えている。

駆動部１３０は、図１０および図１１に示すように、電磁石２１０と、バネ２２０と、を含んで構成されている。

電磁石２１０は、第１スイッチ部材１１０に固定されている。電磁石２１０は、磁性材料からなる芯のまわりにコイルを巻いたものであり、コイルに電流を流すことで磁力を発生させる。

バネ２２０は、ターミナルプレート２０と第２スイッチ部材１２０とを接続している。

本変形例では、第１スイッチ部材１１０および第２スイッチ部材１２０は、平板状である。第１スイッチ部材１１０の第１面１１２および第２スイッチ部材１２０の第２面１２２は、平坦な面である。第２スイッチ部材１２０は、電磁石２１０が発生させる磁力が作用するように少なくとも一部が鉄などの強磁性体で構成されている。

第１スイッチ部材１１０は、第２スイッチ部材１２０の上方に配置されている。第１スイッチ部材１１０および第２スイッチ部材１２０は、鉛直方向に対向するように配置されている。

図１０に示すオペレーションモードから図１１に示すコンディショニングモードに切り替える際には、電磁石２１０のコイルに電流を供給して磁力を発生させ、第２スイッチ部材１２０を引き寄せて上方に移動させる。これにより、第１スイッチ部材１１０に設けられたスイッチ電極１５１（および図示はしないがスイッチ電極１５２，１５３，１５４，１５５）と、第２スイッチ部材１２０に設けられたスイッチ電極１６０と、が接触して、コンディショニングモードとなる。

図１１に示すコンディショニングモードから図１０に示すオペレーションモードに切り替える際には、コイルへの電流の供給を停止する。これにより、第２スイッチ部材１２０は下方に移動し、第２スイッチ部材１２０に設けられたスイッチ電極１５１（および図示はしないがスイッチ電極１５２，１５３，１５４，１５５）と、第２スイッチ部材１２０に設けられたスイッチ電極１６０と、が離間して、オペレーションモードとなる。

本変形例によれば、上述した電子銃１００と同様の作用効果を奏することができる。

（２）第２変形例
図１２および図１３は、第２変形例に係る電子銃の検出部１４０を模式的に示す図である。なお、図１２は電子銃のオペレーションモードを図示しており、図１３は電子銃のコンディショニングモードを図示している。以下、本変形例に係る電子銃において、上述した電子銃１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述した電子銃１００では、検出部１４０は、リミットスイッチで構成されていた。これに対して、本変形例では、検出部１４０は、発光素子３１０と、受光素子（光検出素子）３２０と、を含んで構成されている。

発光素子３１０は、第１スイッチ部材１１０に設けられたミラー３０２に向けて光を照射する。発光素子３１０は、例えば、レーザー、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ
ｄｉｏｄｅ）などである。

受光素子３２０は、ミラー３０２で反射された光を受光する。受光素子３２０は、入射した光を、電気信号に変換する。

ミラー３０２は、第１スイッチ部材１１０の側面に設けられている。ミラー３０２は、発光素子３１０から出射された光を反射させることができれば特に限定されず、例えば金属ミラーである。

発光素子３１０および受光素子３２０は、電子銃チャンバー（図示せず）の外に配置されている。発光素子３１０から出射された光は、電子銃チャンバーに設けられた窓部３０４を通過し、ミラー３０２に照射される。また、発光素子３１０から出射されてミラー３０２で反射された光は、窓部３０４を通過し、受光素子３２０に入射する。窓部３０４は、発光素子３１０から出射される光に対して透明な部材で構成されている。

発光素子３１０および受光素子３２０は、図１２および図１３に示すように、電子銃１００がオペレーションモードの場合には、発光素子３１０から出射されてミラー３０２で反射された光が受光素子３２０に入射し、電子銃１００がコンディショニングモードの場合には、発光素子３１０から出射されてミラー３０２で反射された光が受光素子３２０に入射しないように構成されている。

したがって、本変形例では、受光素子３２０の出力信号に基づいて、電子銃１００の現在のモードを判断することができる。

本変形例によれば、上述した電子銃１００と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、本変形例によれば、検出部１４０を電子銃チャンバーの外に配置することができる。

なお、上記では、図１２および図１３に示すように、ミラー３０２を第１スイッチ部材１１０の側面に設ける場合について説明したが、ミラー３０２が設けられる場所は特に限定されず、図１４に示すように、ミラー３０２を第１スイッチ部材１１０の上面に設けてもよい。

また、上記では、電子銃１００がオペレーションモードの場合にはミラー３０２で反射された光が受光素子３２０に入射し、電子銃１００がコンディショニングモードの場合には、ミラー３０２で反射された光が受光素子３２０に入射しないように構成されているが、その逆であってもよい。すなわち、電子銃１００がオペレーションモードの場合にはミラー３０２で反射された光が受光素子３２０に入射せず、電子銃１００がコンディショニングモードの場合には、ミラー３０２で反射された光が受光素子３２０に入射するように構成されていてもよい。

（３）第３変形例
上述した電子銃１００では、図５および図６に示すように、駆動部１３０が第１スイッチ部材１１０を移動させてモードを切り替えていたが、図示はしないが駆動部１３０が第２スイッチ部材１２０を移動させてモードを切り替えてもよい。また、図示はしないが駆動部１３０が第１スイッチ部材１１０および第２スイッチ部材１２０の両方を移動させてモードを切り替えてもよい。

（４）第４変形例
上述した電子銃１００では、図７に示すように、１つの第１スイッチ部材１１０に複数のスイッチ電極１５１～１５５が設けて、１組のスイッチ部材１１０，１２０で５つのスイッチ１１～１５を構成していたが、図示はしないが、１つの第１スイッチ部材１１０に１つのスイッチ電極を設けて、５組のスイッチ部材１１０，１２０で５つのスイッチ１１～１５を構成してもよい。

（５）第５変形例
上述した電子銃１００では、駆動部１３０が第１スイッチ部材１１０を移動させることで、モードの切り替えを行っていたが、図示はしないが、手動で操作部材を操作して、第１スイッチ部材１１０を移動させることで、モードの切り替えを行ってもよい。すなわち、本変形例では、電子銃が、２つのモード切り替え手段（駆動部１３０による切り替え、手動による切り替え）をそなえていてもよい。操作部材は、例えば、第１スイッチ部材１１０にアクセス可能なロッドである。ユーザーが電子銃チャンバーの外からロッドを操作することで、第１スイッチ部材１１０を回転させてモードを切り替えることができる。

２． 電子顕微鏡
次に、本実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態に係る電子顕微鏡１０００を模式的に示す図である。

電子顕微鏡１０００は、本発明に係る電子銃を含んで構成されている。ここでは、電子顕微鏡１０００が本発明に係る電子銃として、電子銃１００を含む例について説明する。なお、図１５では、便宜上、電子銃１００を簡略化して図示している。

電子顕微鏡１０００は、図１５に示すように、電子銃１００と、照射レンズ１００４と、試料ステージ１００６と、試料ホルダー１００８と、対物レンズ１０１０と、中間レンズ１０１２と、投影レンズ１０１４と、撮像装置１０１６と、を含んで構成されている。電子顕微鏡１０００は、試料Ｓを透過した電子線で結像する透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）である。

電子銃１００は、電子線を放出する。

照射レンズ１００４は、電子銃１００から放出された電子線を集束して試料Ｓに照射する。照射レンズ１００４は、図示はしないが、複数の電子レンズで構成されていてもよい。

試料ステージ１００６は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１００６は、試料ホルダー１００８を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１００６によって、試料Ｓの位置決めを行うことができる。試料ステージ１００６は、例えば、試料Ｓを傾斜させることができるゴニオメータステージである。

対物レンズ１０１０は、試料Ｓを透過した電子線で透過電子顕微鏡像を結像するための初段のレンズである。

中間レンズ１０１２および投影レンズ１０１４は、対物レンズ１０１０によって結像された像を拡大し、撮像装置１０１６上に結像させる。対物レンズ１０１０、中間レンズ１０１２、投影レンズ１０１４は、電子顕微鏡１０００の結像系を構成している。

撮像装置１０１６は、結像系によって結像された透過電子顕微鏡像を撮影する。撮像装置１０１６は、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラである。

電子顕微鏡１０００では、電子銃１００から放出された電子線は、照射レンズ１００４によって集束されて試料Ｓに照射される。試料Ｓに照射された電子線は、試料Ｓを透過して対物レンズ１０１０によって結像される。対物レンズ１０１０によって結像された透過電子顕微鏡像は、中間レンズ１０１２および投影レンズ１０１４によってさらに拡大されて、撮像装置１０１６で撮影される。

電子顕微鏡１０００では、電子銃１００のＤＣコンディショニングを行うことができる。具体的には、電子銃１００をコンディショニングモードに切り替えて、加速管３０に通常使用時の電圧よりも高い電圧を印加する。これにより、ＤＣコンディショニングを行うことができる。

図１６は、電子顕微鏡１０００の機能ブロック図である。

電子顕微鏡１０００は、図１６に示すように、操作部１１１０と、処理部１１２０と、送信器１１３０と、受信器１１４０と、送信器１１５０と、受信器１１６０と、を含んで構成されている。

操作部１１１０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部１１２０に送る処理を行う。操作部１１１０の機能は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイなどにより実現できる。

処理部１１２０は、操作部１１１０からの操作信号に基づき制御信号を生成する処理や、検出部１４０からの検出信号に基づき電子銃の現在のモードを判断する処理などの処理を行う。処理部１１２０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）でプログラムを実行することにより実現することができる。なお、処理部１１２０の機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。

送信器１１３０は、処理部１１２０で生成された制御信号を光信号に変換して、受信器１１４０に送る。送信器１１３０は、電子銃チャンバー１００１の外に配置されている。送信器１１３０は、電子銃チャンバー１００１に設けられた窓部１００２を介して、光信号を受信器１１４０に送る。

受信器１１４０は、送信器１１３０からの光信号を受け付けて、電気信号（制御信号）に変換する。受信器１１４０は、変換した電気信号（制御信号）を駆動部１３０（モータ
ー１３６）に送り、駆動部１３０を動作させる。受信器１１４０は、電子銃チャンバー１００１内に配置されている。

送信器１１５０は、検出部１４０からの検出信号を受け付けて、光信号に変換し、受信器１１６０に送る。送信器１１５０は、電子銃チャンバー１００１内に配置されている。送信器１１５０は、電子銃チャンバー１００１に設けられた窓部１００２を介して、光信号を受信器１１６０に送る。

受信器１１６０は、送信器１１５０からの光信号を受け付けて、電気信号（検出信号）に変換する。受信器１１６０は、変換した電気信号（検出信号）を処理部１１２０に送る。処理部１１２０は、検出信号に基づき電子銃１００のモードを判断する処理を行う。

なお、上記では、電子銃チャンバー１００１の内と外との通信を、窓部１００２を透過する光信号で行う場合について説明したが、この光信号で通信する部分を光ファイバーなどに置き換えてもよい。

電子顕微鏡１０００で、電子銃１００をＤＣコンディショニングする方法について説明する。

まず、ユーザーが操作部１１１０を操作して、コンディショニングモードに切り替える指示を行うと、処理部１１２０が操作信号に基づき制御信号を生成する。送信器１１３０はこの制御信号を光信号に変換して受信器１１４０に送る。受信器１１４０は、光信号を電気信号（制御信号）に変換して駆動部１３０（モーター１３６）に送る。これにより、図６に示すように、モーター１３６がネジ軸１３４を回転させて、コンディショニングモードとなる。

このとき、検出部１４０の接触子１４２が第１スイッチ部材１１０から離れるため、検出部１４０は、コンディショニングモードであることを通知するための検出信号を出力する。送信器１１５０は、検出部１４０から出力された検出信号を光信号に変換し、受信器１１６０に送る。受信器１１６０は、光信号を電気信号（検出信号）に変換して処理部１１２０に送る。処理部１１２０は、検出信号に基づき、コンディショニングモードであると判定する。処理部１１２０は、電子銃１００がコンディショニングモードであることを表示部（図示せず）などに表示して、ユーザーに通知する。

ユーザーは、電子銃１００がコンディショニングモードに切り替わったことを確認すると、操作部１１１０を操作して、ＤＣコンディショニングの開始を指示する。これにより、加速管３０に、通常の使用時よりも高い電圧が印加される。

所定時間、ＤＣコンディショニングが行われた後、ユーザーは、操作部１１１０を操作して、ＤＣコンディショニングの終了を指示する。これにより、加速管３０に印加される電圧が通常の使用時の電圧に戻る。

次に、ユーザーが操作部１１１０を操作して、オペレーションモードに切り替える指示を行うと、処理部１１２０が操作信号に基づき制御信号を生成する。上述したコンディショニングモードに切り替える際と同様に、この制御信号は駆動部１３０（モーター１３６）に送られる。これにより、図５に示すように、モーター１３６がネジ軸１３４を回転させて、コンディショニングモードとなる。

このとき、検出部１４０の接触子１４２が第１スイッチ部材１１０に接触するため、検出部１４０は、オペレーションモードであることを通知するための検出信号を出力する。
そして、上述したコンディショニングモードに切り替える際と同様に、処理部１１２０は、電子銃１００がオペレーションモードであることを表示部（図示せず）などに表示して、ユーザーに通知する。

このように、電子顕微鏡１０００では、モードを切り替える際に、高電圧のＯＮ、ＯＦＦを行わなくてもよい。

電子顕微鏡１０００は、高電圧が印加された状態で、電子銃の各電極をショートさせることができる電子銃１００を含むため、短時間でＤＣコンディショニングを行うことができる。

なお、上記では、電子銃１００を電子顕微鏡１０００に組み込んだ例について説明したが、本発明に係る電子銃を、その他の電子線装置（電子銃が搭載された装置）に組み込むことも可能である。このような電子線装置としては、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）などの分析装置、電子ビーム蒸着装置などの加工装置などが挙げられる。また、このような電子線装置として、さらに、電子銃とＸ線ターゲットとを含んで構成されているＸ線源が搭載された分析装置（例えばＸ線光電子分光装置（ＸＰＳ））などが挙げられる。

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…加熱電源、２…エミッタ、２ａ…加速電源、４…サプレッサ電極、４ａ…サプレッサ電源、６…第１アノード電極、６ａ…第１アノード電源、８…第２アノード電極、８ａ…第２アノード電源、９…加速電極、９ａ…加速電極、９ｂ…加速電極、１０…ショート機構部、１１…スイッチ、１２…スイッチ、１３…スイッチ、１４…スイッチ、１５…スイッチ、２０…ターミナルプレート、２２…支持部材、２４…プレート、２６…絶縁性プレート、３０…加速管、３１ａ…碍子、３１ｂ…碍子、３２…分圧回路、１００…電子銃、１１０…第１スイッチ部材、１１２…第１面、１１４…切欠き部、１２０…第２スイッチ部材、１２２…第２面、１２４…回転軸、１２６…バネ、１３０…駆動部、１３２…ナット部、１３３…ボール、１３４…ネジ軸、１３６…モーター、１４０…検出部、１４２…接触子、１５１…スイッチ電極、１５２…スイッチ電極、１５３…スイッチ電極、１５４…スイッチ電極、１５５…スイッチ電極、１６０…スイッチ電極、２１０…電磁石、２２０…バネ、３０２…ミラー、３０４…窓部、３１０…発光素子、３２０…受光素子、１０００…電子顕微鏡、１００１…電子銃チャンバー、１００２…窓部、１００４…照射レンズ、１００６…試料ステージ、１００８…試料ホルダー、１０１０…対物レンズ、１０１２…中間レンズ、１０１４…投影レンズ、１０１６…撮像装置、１１１０…操作部、１１２０…処理部、１１３０…送信器、１１４０…受信器、１１５０…送信器、１１６０…受信器

Claims (11)

1. 電子を所定電圧で加速させて放出する電子銃であって、
   エミッタと、
   電子銃電極と、
   前記エミッタと前記電子銃電極とを同電位にするためのショート機構部と、
   を含み、
   前記ショート機構部は、
   前記エミッタに接続された第１スイッチ電極および前記電子銃電極に接続された第２スイッチ電極が設けられた第１スイッチ部材と、
   第３スイッチ電極が設けられた第２スイッチ部材と、
   前記第１スイッチ部材および前記第２スイッチ部材の少なくとも一方を動作させて、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが接触している第１状態と、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが離間している第２状態と、を切り替える駆動部と、
   を有し、
   前記駆動部は、前記第１状態および前記第２状態の両方において、前記所定電圧と同電位である、電子銃。
2. 請求項１において、
   前記エミッタに電気的に接続された端子、および前記電子銃電極に電気的に接続された端子が設けられたターミナルプレートを含み、
   前記ショート機構部は、前記ターミナルプレートに設けられている、電子銃。
3. エミッタと、
   電子銃電極と、
   前記エミッタと前記電子銃電極とを同電位にするためのショート機構部と、
   前記エミッタに電気的に接続された端子、および前記電子銃電極に電気的に接続された端子が設けられたターミナルプレートと、
   を含み、
   前記ショート機構部は、
   前記エミッタに接続された第１スイッチ電極および前記電子銃電極に接続された第２スイッチ電極が設けられた第１スイッチ部材と、
   第３スイッチ電極が設けられた第２スイッチ部材と、
   前記第１スイッチ部材および前記第２スイッチ部材の少なくとも一方を動作させて、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが接触している状態と、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが離間している状態と、を切り替える駆動部と、
   を有し、
   前記ショート機構部は、前記ターミナルプレートに設けられている、電子銃。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記電子銃電極は、複数設けられ、
   前記第１スイッチ部材には、複数の前記第２スイッチ電極が設けられている、電子銃。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記駆動部は、モーターの動作により、前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極を前記第３スイッチ電極に接触させる、電子銃。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   前記駆動部は、ナット部と、前記ナット部に螺合されているネジ軸と、前記ネジ軸を回転させるモーターと、を有し、
   前記モーターで前記ネジ軸を回転させることで、前記第１スイッチ部材を移動させる、電子銃。
7. 請求項６において、
   前記ナット部は、前記第１スイッチ部材に設けられた切欠き部に挿入されている、電子銃。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、
   前記第１スイッチ部材の前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極が設けられた面は、凸面であり、
   前記第２スイッチ部材の前記第３スイッチ電極が設けられた面は、凹面である、電子銃。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項において、
   前記第１スイッチ電極および前記第２スイッチ電極と前記第３スイッチ電極とが離間しているか否かを検出する検出部を含む、電子銃。
10. 請求項９において、
    前記第１スイッチ部材は、回転可能に構成され、
    前記第１スイッチ部材には、ミラーが設けられ、
    前記検出部は、
    前記ミラーに光を照射する発光素子と、
    前記ミラーで反射された光を検出する受光素子と、
    を有している、電子銃。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電子銃を含む、電子線装置。

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