JPH0558213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子顕微鏡に係り、特に高感度、高
画質で記録可能な透過型電子顕微鏡に関するもの
である。

〔従来の技術〕

一般に、透過型電子顕微鏡においては、集束レ
ンズにより集束させた電子線を試料に照射し、試
料を透過した電子線により対物レンズの後焦平面
に試料の回折パターンを形成し、回折電子線を再
び干渉させて試料の拡大像を形成するようになつ
ている。この拡大像を投影レンズにより螢光面に
投影すれば、試料の拡大透過像が観察され、対物
レンズ後焦平面を投影すれば拡大された試料の回
折パターンが観察される。また、対物レンズと投
影レンズとの間に中間レンズを配置しておけば、
中間レンズの焦点距離調節により、拡大透過像あ
るいは回折パターンを随意に得ることができる。
そして、このようにして形成された拡大透過像あ
るいは回折パターン（以下、透過電子線像と云
う）を観察するため、従来、投影レンズの結像面
に写真フイルムを配置して透過電子線像を露光さ
せたり、あるいはイメージインテンシフアイアを
配置して透過電子線像を増幅投影するようにして
いた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、写真フイルムは電子線に対して
感度が低い上、現像処理が面倒であるという欠点
を有し、一方イメージインテンシフアイアを用い
た場合、画像の鮮鋭度が低い上、画像に歪みが生
じ易いという問題がある。

ところで、最近、照射電子線エネルギーを蓄積
し、次いで光照射あるいは加熱を行なつたとき
に、蓄積された電子線エネルギーを光として放出
し得る極めて感度の高い２次元センサが提案され
ている。

第３図は、このような２次元センサとして好適
に用いられる光照射により励起される蓄積性螢光
体（輝尽性螢光体）シートの断面図を示す。図に
おいて、１は蓄積性螢光体シート、２は支持体、
３は支持体上に層設された蓄積性螢光体である。

支持体２としては、厚さ100〜200μ程度のポリ
エチレンシート、プラスチツクフイルム、0.5〜
１mmのアルミニウム板、１〜３mmのガラス板等が
用いられ、透明、不透明いずれであつてもよく、
不透明な場合は、励起光を当てる側から発光を検
出するが、透明な場合は、勃起光を当てる側ある
いはその反対側あるいは両側から発光を検出する
ことができる。

本発明において利用される２次元センサのうち
蓄積性螢光体シートに用いられる蓄積性螢光体と
しては、 特開昭55−12143号公報に記載されている
（Ba_1-x-y、Mg_x、Ca_y）FX：aEu²⁺（ただし、Ｘ
はClおよびBrのうちの少なくとも一つであり、
ｘおよびｙは、０＜ｘ＋ｙ≦0.6、かつxy≠０で
あり、ａは、10^-6≦ａ≦５×10^-2である）、 特開昭55−12144号公報に記載されている
LnOX：xA（ただし、LnはLa、Ｙ、Gd、および
Luのうちの少なくとも一つ、ＸはClおよびBrの
うちの少なくとも一つ、ＡはCeおよびTbのうち
の少なくとも一つ、そしてｘは、０＜ｘ＜0.1で
ある）、 特開昭55−160078号公報に記載されているM〓
FX・xA：yLn（ただしM〓はBa、Ca、Sr、Mg、
Zn、およびCdのうちの少なくとも一種、Ａは
BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Al₂O₃、
Y₂O₃、La₂O₃、In₂O₃、SiO₂、TlO₂、ZrO₂、
GeO₂、SnO₂、Nb₂O₃、Ta₂O₅、およびThO₂の
うちの少なくとも一種、LnはEu、Tb、Ce、
Tm、Dy、Pr、Ho、Nd、Yb、Er、Sm、およ
びGdのうちの少なくとも一種、ＸはCl、Br、お
よびのうちの少なくとも一種であり、ｘおよび
ｙはそれぞれ５×10^-6≦ｘ≦0.5、および０＜ｙ
≦0.2である）の組成式で表される螢光体、特開
昭59−56479号公報に記載されているBaFX・
xNaX′：aEu²⁺（ただし、ＸおよびX′は、それぞ
れCl、Br、およびのうちの少なくとも一種で
あり、ｘおよびａはそれぞれ０＜ｘ≦２、および
０＜ａ≦0.2である）の組成式で表される螢光体、 特開昭60−84381号公報に記載されているM〓
X₂・aM〓X′₂：xEu²⁺（ただし、M〓はBa、Srおよ
びCaからなる群より選ばれる少なくとも一種の
アルカリ土類金属であり：ＸおよびX′はCl、Br、
およびからなる群より選ばれる少なくとも一種
のハロゲンであつて、かつＸ≠X′であり、そし
てａは0.1≦ａ≦10.0の範囲の数値であり、ｘは
０＜ｘ≦0.2の範囲の数値である）の組成式で表
される螢光体（ここで該特開昭60−84381号公報
に記載されているM〓X₂・aM〓X′₂：xEu²⁺螢光体
には、特開昭60−166379号公報、特開昭60−
221483号公報に示されているような添加物が含ま
れていてもよい）。

その他、米国特許第3859527号明細書、特開昭
55−12142号公報、特開昭55−12145号公報、特開
昭56−116777号公報、特開昭57−23673号公報、
特開昭57−23675号公報、特開昭58−69281号公
報、特開昭58−206678号公報、特開昭59−27980
号公報、特開昭59−47289号公報、特開昭59−
56480号公報、特開昭59−75200号公報、特開昭60
−101173号公報などに記載されている蓄積性螢光
体を挙げることができる。そして、このような蓄
積性螢光体を適当な結合剤中に分散させて厚さ50
〜1000μ程度になるように支持体２上に塗布す
る。なお、蓄積性螢光体層が自己支持性である場
合、それ自体で蓄積性螢光体シートとなりうる。

こうして形成された蓄積性螢光体シートに電子
線等の放射線を照射すると、放射線のエネルギー
の一部の螢光体中に蓄積され、その後、螢光体に
可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネ
ルギーに応じて螢光体が螢光（輝尽発光光）を発
する。また、前述した光照射により励起される蓄
積性螢光体に代えて加熱により蓄積している放射
線エネルギーを熱螢光として放出する熱螢光体を
用いてもよい。この場合、例えばNa₂、SO₄、
MnSO₄、CaSO₄、SrSO₄、BaSO₄等の硫酸化合
物にMn、Dy、Tm等の微量の添加物を少なくと
も一種添加した化合物を用いればよく、熱螢光体
シートの製法は前述の蓄積性螢光体シートと同様
である。

そこで、電子顕微鏡の結像面に前述の蓄積性螢
光体シートあるいは熱螢光体シート等の２次元セ
ンサを配置し、該２次元センサに透過電子線像を
蓄積記録させ、該２次元センサを可視光等の励起
光で走査するか掃引加熱して螢光を生ぜしめ、こ
の螢光を光電的に読み取れば、透過電子線像に対
応する電気信号が得られる。こうして得られた電
気的画像信号を用いれば、CRT等のデイスプレ
イに電子顕微鏡像を表示させ、あるいは、ハード
コピーとして永久記録し、さらには、画像信号を
一旦磁気テープ、磁気デイスク等の記録媒体に記
憶させておくことも可能となる。

ところで、以上述べたような２次元センサを用
いると、記録された画像の中央に黒い点（以下セ
ンタースポツトと称す）が生じてしまう。この現
象は、従来の写真フイルムを用いた場合には発生
せず、前述の２次元センサの場合、従来の写真フ
イルムに比して、感度が飛躍的に高いために、電
子顕微鏡上部において電子線の主光軸上に設置さ
れている電子銃のフイラメントの像が記録されて
しまうか、あるいは、フイラメントから放射され
た電子線の光軸上に設けられたアパーチヤ、サン
プル等で電子が散乱された結果発生する電子線以
外のＸ線等の放射線により生ずるものと考えられ
る。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもの
で、電子線等に極めて感度の高い前述の２次元セ
ンサを記録媒体として用い、しかもセンタースポ
ツトを生じさせないようにした高感度記録可能な
電子顕微鏡を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の透過電子顕微鏡は、直立し
た鏡体内に設けられた電子銃から発射された電子
線を集束して試料に照射し、その透過電子線像を
拡大、投影するレンズ系の所定個所に電子線偏向
手段を設け、該偏向手段により、電子銃と試料と
の間の電子線主光軸の延長線から外された結像面
に配置され、照射電子線エネルギーを蓄積し、次
いで光照射あるいは加熱を行つた時に、蓄積され
た電子線エネルギーを光として放出しうる２次元
センサにより観察記録するよう偏向手段を駆動す
ることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の透過型電子顕微鏡は、電子銃から発射
された電子線を集束して試料に照射し、その透過
電子線像を拡大、投影するレンズ系の所定個所に
電子線偏向手段を設け、該偏向手段を駆動して電
子線を偏向させ、このときの結像面が偏向手段を
駆動しない場合の電子線主光軸から外されるよう
にし、この結像面に２次元センサを配して記録を
行うことによりセンタースポツトの発生を防止し
ている。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明による透過型電子顕微鏡の一実
施例を示す図である。電子顕微鏡１０は、鏡体部
１０ａ及び記録・読取部１０ｂからなり、鏡体部
１０ａは、記録・読取部１０ｂに対し直立して突
出するよう構成されている。図中、１１は電子
銃、１２は電子線、１３は集束レンズ、１４は試
料、１５は対物レンズ、１６は投影レンズ、１７
は偏向手段、１８は拡大透過像、１９，２０は結
像面、２１は主光軸、２２は蓄積性螢光体シー
ト、２３は駆動ローラ、２４は従動ローラ、２５
は励起光源、２６は光偏向器、２７は透光性壁部
材、２８はミラー、２９は集光体、３０は光電変
換器、３１は画像処理回路、３２は消去用光源、
３３は透光性壁部材である。

電子顕微鏡１０は、稼働中、周知の手段によつ
て真空状態に保持される。そして、電子銃１１か
ら発射され、加速された電子線は、集束レンズに
より集束されて試料１４に照射され、試料１４を
透過した電子線は、対物レンズ１５及び投影レン
ズ１６により屈折され、試料１４の拡大像１８を
形成する。

今、偏向手段１７が駆動されていないとする
と、拡大像１８は、点線に示すように、投影レン
ズ１６により電子銃１１と試料１４とを結ぶ直線
上の結像面１９に結像投影される。結像面１９に
は、通常の写真フイルムを置いておくので、主光
軸上の中央部Ｓにはセンタースポツトが可視像と
して記録されることはなく、従来の電子顕微鏡と
しての観察、撮像ができる。なお、結像面１９に
は、必ずしも写真フイルムを配する必要はなく、
２次元センサのみにより記録観察を行うようにし
てもよい。

次に、偏向手段１７を駆動すると、実線に示す
ように電子線１２は偏向され、結像面２０が、主
光軸２１から外れる。結像面２０には、駆動ロー
ラ２３と従動ローラ２４により移動するエンドレ
ス状の蓄積性螢光体シート２２が配置されてお
り、ここに拡大像１８が記録される。このとき、
結像面２０は主光軸２１から外れているのでセン
タースポツトが生ずることはない。記録が終わる
と、ローラ２３，２４により蓄積性螢光体シート
２２を移動させ、記録の読み取りを行う。そのた
めに、He−Neレーザ、半導体レーザ等の励起光
源２５からのレーザビームを、ガルバノメータミ
ラー等の光偏向器２６で偏向させ、鉛ガラスなど
の透光性壁部材２７、ミラー２８を介して蓄積性
螢光体シート上をその幅方向に主走査する一方、
シート２２を駆動ローラ２３によつて幅方向とは
直角の矢印Ａ方向へ移動させることにより副走査
する。この励起光照射によつて蓄積性螢光体シー
ト２２から発生する輝尽発光光は、シート２２に
向けられた集光体２９の入射端面から集光体内に
入射し、この中を全反射によつて進み、集光体２
９の射出端面から、図示しない励起光除去フイル
ターを介してフオトマルチプライヤー等の光電変
換器３０で受光され、輝尽発光光量が光電的に読
み取られる。

こうして光電変換器３０によつて読み取られた
画像電気信号は、画像処理回路３１に伝えられて
必要な画像処理がなされた上で、画像再生装置
（図示せず）へ送られる。再生装置は、CRT等の
デイスクプレイでもよいし、感光フイルムに光走
査記録を行う記録装置でもよい。このように前記
輝尽発光光量に対応した電気信号を用いて画像を
出力することにより、前記輝尽発光光が担持する
拡大透過像が再生される。

読み取りが終了した蓄積性螢光体シート２２の
画像記録部分は消去ゾーンに送られ、真空系外に
設けられた螢光灯等の消去用光源３２からの消去
光が、透光性の壁部材３３を通して照射される。
この消去用光源３２は蓄積性螢光体シート２２
に、該螢光体の励起波長領域に含まれる光を照射
することにより、この蓄積性螢光体シート２２の
螢光体層に蓄積されている残像や、シート２２の
原料中に含まれている放射性元素によるノイズを
放出させるものであり、タングステンランプ、ハ
ロゲンランプ、赤外線ランプ、キセノンフラツシ
ユランプ、レーザ光源等任意に選択使用すればよ
い。なお、蓄積性螢光体シートはエンドレスベル
ト状のものについて説明したが、これに限定する
必要はなく、エンドレスベルト支持体上に複数枚
の蓄積性螢光体シートを固定したものなど種々の
ものが採用し得ることは云うまでもない。また、
前記実施例では、偏向手段１７を投影レンズの前
段側に設けているが、投影レンズの後段側に設け
てもよい。

第２図は画像再生装置の一実施例を示す図で、
図中、３１は画像処理回路（第１図参照）、４０
は感光フイルム、４１はレーザ光源、４２は光変
調器、４３は光偏向器、４４はレーザビームであ
る。

今、感光フイルム４０を矢印Ｙの副走査方向へ
移動させると共に、レーザビーム４４を光偏向器
４３により偏向して感光フイルム上をＸ方向に主
走査させ、レーザビーム４４を光変調器４３によ
つて、前記画像処理回路３１からの画像信号に応
じて変調することにより、感光フイルム４０上に
拡大透過像の可視像が形成される。

ここで前記感光フイルム４０上に形成される可
視像の画像サイズは、前記結像面２０のサイズ、
すなわち蓄積記録面積よりも大きく設定され、再
生画像は結像面２０上におけるよりも拡大して再
生される。蓄積性螢光体シートの場合、高鮮鋭度
で再生されるので、このように拡大しても十分良
好な画質の再生画像が得られる。したがつて蓄積
性螢光体シート２２としては小サイズのものが使
用可能で、それに応じて光伝変換器３０も小型の
ものが使用可能となり、装置は全体として小型に
形成できる。

第２図に示すような画像走査記録装置により拡
大画像を出力するためには、走査線密度を、蓄積
性螢光体シート２２から画像情報を得る際の読み
取り走査線密度より粗にすればよい。そして、小
サイズの蓄積性螢光体シートから十分な画像情報
を得るには、読み取り走査線密度は10ピクセル／
mm以上、特に15ピクセル／mm／100ピクセル／mm
の範囲に設定するのが好ましいが、再生像記録の
ための走査線密度は、これよりも粗とし、好まし
くは５ピクセル／mm〜20ピクセル／mmの範囲にお
いて使用した読み取り走査線密度よりも粗い走査
線密度を選択すれば、画質の低下なく拡大再生像
を得ることができる。

以上透過電子線による試料の拡大透過像を記録
再生する例について説明したが、本発明は、前述
した試料の回折パターンを記録再生する場合にも
適用可能であることは云うまでもない。

更に、記録条件の変動による影響をなくし、あ
るいは観察性の優れた電子顕微鏡を得るために
は、蓄積性螢光体シートに蓄積記録した透過電子
線像の記録状態、試料の性状、あるいは記録方法
等によつて決定される記録パターンを試料観察の
ための可視像の出力に先立つて把握し、この把握
した蓄積記録情報に基づいて読み取りゲインを適
当な値に調節し、あるいは適当な信号処理を施す
ことが好ましい。また、記録パターンのコントラ
ストに応じて分解能が最適化されるように収録ス
ケールフアクターを決定することが、観察性のす
ぐれた再生画像を得るために要求される。

このように可視像の出力に先立つて蓄積性螢光
体シートの蓄積記録情報を把握するためには、試
料の観察のための可視像を得る読み取り操作（本
読み）の際に照射すべき励起光のエネルギーより
も低いエネルギーの励起光を用いて、前記本読み
に先立つて予め蓄積性螢光体シートに蓄積記録さ
れている蓄積記録情報を把握するための読み取り
操作（先読み）を行い、シートの蓄積記録情報を
把握し、しかる後に本読みを行つて、前記先読み
情報に基づいて読み取りゲインを適当に調節し、
収録スケールフアクターを決定し、あるいは適当
な信号処理を施すことができる また蓄積性螢光体シートから放出された輝尽発
光光を光電的に読み取る光電読み取り手段として
は、前述のようなフオトマルチプライヤーを用い
る他に、光導電体あるいはフオトダイオード等の
固体光電変換素子を用いることもできる。この場
合には、多数の固体光電変換素子をシートの全表
面を覆うように構成し、シートと一体化してもよ
いし、あるいはシートに近接した状態で配置して
もよい。また、光電読み取り手段は、複数の光電
変換素子を線状に連ねたラインセンサであつても
よいし、あるいは一画素に対応する一個の固体光
電変換素子が蓄積性螢光体シートの全表面に亘つ
て走査移動するように構成してもよい。

また、読み取り用励起光源としては、レーザ等
のような点光源の他に、発光ダイオードや半導体
レーザ等を列状に連ねたアレイ等の線光源を用い
てもよい。このような光源を用いて読み取りを行
うことにより、蓄積性螢光体シートから放出され
る輝尽発光光の損失を防ぐと同時に、受光立体角
を大きくしてＳ／Ｎを高めることができる。ま
た、得られる電気信号は励起光の時系列的な照射
によつてではなく、光検出器の電気的な処理によ
つて時系劣化されるために、読み取り速度を速く
することが可能となる。また、蓄積性螢光体シー
トを結像面・読取部・消去部の間を往復搬送する
ようにしてもよく、また、結像面に固定してお
き、この位置で読取・消去を行うようにすること
もできる。

さらに、２次元センサとして熱螢光体シートを
用い、光照社による励起に代えて加熱によつて該
シートから蓄積エネルギーを放出させるには、例
えばCO₂レーザ等の熱線を放出する加熱源を用
い、この熱線でシートを走査すればよい。

さらに蓄積性螢光体シート等の２次元センサ
を、真空状態内に置いたまま画像読み取りをおこ
なうことは必ずしも必要ではなく、電子顕微鏡像
蓄積記録後、真空状態を破壊して２次元センサを
取り出し、電子顕微鏡とは別個に設けた読み取り
装置を用いて画像読み取りを行つてもよい。しか
し、電子線像結像面と共通の真空系内で２次元セ
ンサを循環して使用すれば、従来のフイルム法の
ように、真空を破壊してフイルム交換等を行う必
要がなく、連続的に多数の撮像を行うことが可能
となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、電子銃から発射
された電線を集束して試料に照射し、その透過電
子線像を拡大・投影するレンズ系の所定個所に照
射電子線偏向手段を設け、該偏向手段により照射
電子線を偏向させ、２次元センサ上の結像面が、
電子銃と試料の間の電子線の主光軸から外される
ようにしたので、２次元センサ上にはセンタース
ポツトが生ずることがなくなり、高感度の２次元
センサを記録媒体として用いることが可能とな
る。その結果、電子顕微鏡像を高感度で記録でき
るため、電子顕微鏡の電子線露光量を低減化する
ことが可能になり、試料の損傷を少なくすること
ができる。また記録画像を、高感度で即時に再生
画像としてCRT等に表示することができるので、
この再生画像を電子顕微鏡のフオーカス調整用モ
ニタ画像として利用すれば明瞭なモニタ画像が得
られ、従来不可能であつた低遠視線露光量でのフ
オーカス調整が可能になる。また、電子顕微鏡像
が電気信号として読み取られるから、電子顕微鏡
像に階調処理、周波数強調処理等の画像処理を施
すことも極めて容易になるとともに、前述したよ
うな回折パターンの処理や、３次元像の再構成、
画像の２値化等の画像解析も、前記電気信号をコ
ンピユータに入力することにより、従来に比して
極めて簡単かつ容易に行えるようになる。さら
に、電子顕微鏡像を蓄積記録する２次元センサ
は、光照射、加熱等の処理を施すことにより再使
用可能であるから、銀塩写真フイルムを使用する
場合に比してより経済的に電子顕微鏡像を再生す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子顕微鏡の全体構成を
示す図、第２図は本発明に使用される蓄積性螢光
体シートの断面図、第３図は本発明による記録画
像読み取り装置の構成を示す図である。 １０……電子顕微鏡 １１……電子銃 １２…
…電子線 １３……集束レンズ １４……試料
１５……対物レンズ １６……投影レンズ １７
……偏向手段 １８……拡大透過像 １９，２０
……結像面 ２１……光軸 ２２，４０……蓄積
性螢光体シート ２３……駆動ローラ ２４……
従動ローラ ２５……励起光源 ２６……光偏向
器 ２７，３３……透光性壁部材 ２８……ミラ
ー ２９……集光体 ３０……光電変調器 ３１
……画像処理回路 ３２……消去用光源 ４１…
…レーザ光源 ４２……光変調器 ４３……光偏
向器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直立した鏡体内に設けられ、電子銃から発射
   された電子線を集束して試料に照射し、その透過
   電子線像を拡大、投影するレンズ系と、 前記レンズ系の所定個所に配置され、駆動時に
   電子線を偏向して結像面を電子銃と試料との間の
   電子線主光軸の延長線から外す電子線偏向手段
   と、 前記電子線主光軸の延長線から外れた結像面に
   配置され、照射電子線エネルギーを蓄積し、次い
   で光照射あるいは加熱を行つた時に、蓄積された
   電子線エネルギーを光として放出しうる２次元セ
   ンサと、 を備え、前記電子線偏向手段により電子線を偏向
   し、前記２次元センサにより試料像を記録するこ
   とを特徴とする透過型電子顕微鏡。 ２ 前記２次元センサは、蓄積性螢光体シートで
   ある特許請求の範囲第１項記載の透過型電子顕微
   鏡。 ３ 前記蓄積性螢光体シートは、透光性壁部材を
   介して外部からの励起光ビームにより走査される
   特許請求の範囲第２項記載の透過型電子顕微鏡。 ４ 前記蓄積性螢光体シートからの輝尽光光を、
   前記２次元センサに対向配置した光電変換器で読
   み取るようにした特許請求の範囲第２項または３
   項記載の透過型電子顕微鏡。 ５ 前記光電変換器は、励起光除去フイルタを介
   して受光するようにした特許請求の範囲第４項記
   載の透過型電子顕微鏡。 ６ 前記２次元センサは、透光性壁部材を介して
   外部消去用光源から光照射を受けるように構成さ
   れた特許請求の範囲第２項〜５項のうち何れか１
   項記載の透過型電子顕微鏡。