JPH07307137A - 形態像観察装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は試料に荷電粒子や放射線を照射し
た時に発生する蛍光からカラ−像とスペクトルとを同時
に得ることができる形態観察装置を提供することにあ
る。 【構成】 試料に荷電粒子や放射線を照射する照射系１
１と、荷電粒子や放射線の照射によって上記試料から発
生する光を分光する分光器２１と、この分光手段によっ
て分光された光をそれぞれ所定の波長単位で検出する波
長検出器２７と、この波長検出器からの検出信号をカラ
−画像とし上記試料の形態像と重ね合わせる加算器３４
と、上記波長検出器２７からの検出信号によって試料で
発生した光のスペクトルを測定するカラ−モニタ３２と
を具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は試料に荷電粒子や放射
線を照射することでその試料の形態像を観察する形態像
観察装置およびその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】形態観察装置としては走査型電子顕微鏡
や透過型顕微鏡などが知られている。走査型電子顕微鏡
においては、試料に対して電子線を照射し、この試料で
反射する電子線と、試料から発生する二次電子とを検出
し、この検出信号に基づき濃淡の形態画像信号を形成し
て試料の形態画像を形成するようにしている。

【０００３】また、試料によってはその試料の特定部位
が電子線の照射によって蛍光発光（カソ−ドルミネッセ
ンス）することがあるが、その電子線照射による蛍光発
光を受光してその試料の発光部位をカラ−表示し、上記
形態像とともに蛍光像を観察するようにしている。

【０００４】上記形態像に上記蛍光像を重ね合わせるこ
とで、試料上における発光部位を認識することが可能と
なる。さらに、上記蛍光像を形成する光を分光分析すれ
ば、１μｍ以下の微小領域の化学結合の状態分析が可能
となる。すなわち、試料の形態像、蛍光像および蛍光像
の発光スペクトルを知ることで、試料の微小領域におけ
る情報分析を精密に行うことが可能となる。

【０００５】従来、試料からの蛍光発光によって蛍光像
とスペクトルとを検出する場合、図５に示すような方法
が採用されていた。すなわち、同図中１は楕円ミラ−で
ある。この楕円ミラ−１は実線で示す第１のモ−ドと破
線で示す第２のモ−ドとに回転位置決めできるようにな
っている。

【０００６】上記楕円ミラ−１には上記第１のモ−ドお
よび第２のモ−ドにおいて、それぞれ電子線によって照
射された試料から発生する蛍光が入射する。第１のモ−
ドにおいて上記楕円ミラ−１に入射した蛍光は、その反
射方向に配置されたダイクロイックミラ−２で分光さ
れ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色分解信号を倍増して出力する３つ
の光電子倍増管３ａ〜３ｃにそれぞれ入射する。したが
って、楕円ミラ−１が第１のモ−ドにあれば、上記光電
子倍増管３ａ〜３ｃからの検出信号によって図示しない
カラ−モニタに試料の蛍光像を表示することができるよ
うになっている。

【０００７】上記楕円ミラ−１が破線で示す第２のモ−
ドにあるときには、この楕円ミラ−１からの蛍光の反射
方向には分光器のスリット４（または光ファイバ−受光
面）が配置されている。したがって、上記分光器で蛍光
が分光されることで、そのスペクトルを図示しないカラ
−モニタに表示することができるようになっている。

【０００８】ところで、このような従来の構成による
と、第１のモ−ドと第２のモ−ドとを切り替えるために
は、楕円ミラ−を回転操作しなければならないから、操
作性の低下を招くということがあるばかりか、各モ−ド
位置において楕円ミラ−１をそれぞれ検出光軸に精密に
一致させなければならないということもある。

【０００９】さらに、第１のモ−ドでは蛍光像を得るた
めに３つの光電子倍増管３ａ〜３ｃが必要となり、第２
のモ−ドでは分光器が必要となる。そのため、光電子倍
増管や分光器を設置しなければならないことによって装
置の大型化を招いたり、コストアップを招くなどのこと
がある。すなわち、蛍光像の観察と、スペクトルの測定
とを同時に行うことができないため、上述したような問
題があった。

【００１０】また、上記試料からの蛍光が微弱な場合、
ダイクロイックミラ−２でＲ、Ｇ、Ｂの波長に分光する
際、４００nmと４３０nm、６２０nmと６５０nmなどの微
妙な波長の違いを検出できない場合があり、蛍光像の表
示が鮮明でないということもある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は蛍
光像を得る場合と、スペクトルを得る場合とでは楕円ミ
ラ−を回転操作しなければならなかったので、操作性が
悪いということがあり、また分光器とＲ、Ｇ、Ｂの光電
管とを設置しなければならなかったので、装置の大型化
やコストアップを招くなどのことがあった。

【００１２】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、蛍光像の観察と発光スペ
クトルの測定とを同時に行うことができるようにした形
態像観察装置およびその方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載されたこ
の発明は、試料に荷電粒子や放射線を照射してこの試料
の形態像を観察する形態像観察装置において、上記試料
に荷電粒子や放射線を照射する照射手段と、荷電粒子や
放射線の照射によって上記試料から発生する光を分光す
る分光手段と、この分光手段によって分光された光をそ
れぞれ所定の波長単位で検出する検出手段と、この検出
手段からの検出信号をカラ−画像とし上記形態像と重ね
合わせる画像形成手段と、上記検出手段からの検出信号
によって上記試料で発生した光のスペクトルを測定する
測定手段とを具備したことを特徴とする。

【００１４】請求項５に記載されたこの発明は、試料に
荷電粒子や放射線を照射してこの試料の形態像を観察す
る形態像観察方法において、上記試料に荷電粒子や放射
線を照射する工程と、荷電粒子や放射線の照射によって
上記試料から発生する光を分光する工程と、分光された
光を波長ごとに検出する工程と、各波長ごとの光をカラ
−画像とし上記形態像と重ね合せる工程と、検出された
上記光の波長からそのスペクトルを測定する工程とを具
備したことを特徴とする。

【００１５】

【作用】上記構成の装置および方法においては、試料か
ら発生して分光された光は波長ごとに検出されるから、
その検出信号によって蛍光像を得ることができると同時
に、発光スペクトルを測定することができる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１乃至図３を
参照して説明する。図１は形態像観察装置を示し、図中
１１は操作型電子顕微鏡の照射系である。この照射系１
１は光、電子線、イオンなどの荷電粒子Ｒを出射するよ
うになっている。なお、荷電粒子Ｒに代わり放射線を出
射する構成の照射系１１であってもよい。

【００１７】照射系１１から出射した荷電粒子Ｒは試料
ステ−ジ１２に載置された試料１３を照射するようにな
っている。試料１３としては生体細胞である、ミトコン
ドリアなどが載置される。

【００１８】上記試料１３と照射系１１との間には楕円
ミラ−１４が配置されている。この楕円ミラ−１４には
上記照射系１１からの荷電粒子Ｒを細く絞って上記試料
１３上で走査させるための貫通孔１４ａが形成されてい
る。試料１３に荷電粒子Ｒを照射すると二次電子が放出
される。この二次電子は光電子倍増管からなる二次電子
検出部１５で検出されて倍増される。

【００１９】上記試料１３からの二次電子は、その試料
１３の各部位に対応して発生量が変化するもので、その
二次電子はいったん光に変換されてから上記二次電子検
出部１５で倍増されて再び電子に変換されるようになっ
ている。

【００２０】上記二次電子検出部１５からの検出信号は
増幅器１６で増幅されて信号変換器１７へ出力する。信
号変換器１７は検出部１５からの検出信号に基づき白黒
の濃淡を表わす信号としての形態画像信号（テレビジョ
ンの輝度信号に相当するもの）を形成する。したがっ
て、上記信号変換器１７からの形態画像信号によって試
料１３の形態を表わす画像が得られる。

【００２１】一方、上記試料１３からは、荷電粒子Ｒの
照射によって発光する部位があり、その発光部位からは
カソ−ドルミネッセンス（ＣＬ）が放射される。上記楕
円ミラ−１４の反射面１４ｂは上記カソ−ドルミネッセ
ンスを集光するようになっており、上記試料１３は楕円
ミラ−１４の一方の焦点に位置決めされている。

【００２２】上記試料１３から発光して楕円ミラ−１４
の反射面１４ｂで反射したカソ−ドルミネッセンスはス
リット１８で成形され、分光器２１の窓２３からその内
部に配置された反射ミラ−２４へ入射する。この反射ミ
ラ−２４で反射したカソ−ドルミネッセンスはグレ−テ
イング２５に入射してそれぞれの波長ごとに分光されて
出射する。この実施例では、上記グレ−テイング２５は
カソ−ドルミネッセンスに含まれる２００nm〜９００nm
の波長帯域の光をそれぞれの波長ごとに分光できるよう
になっている。

【００２３】カソ−ドルミネッセンスがグレ−テイング
２５で分光されることで、マルチチャンネル検出器２２
の光電面２２ａ上に分光スペクトルが得られる。この分
光スペクトルはマイクロチャンネルプレ−ト２６で増幅
されて波長検出器２７で検出される。この波長検出器２
７の入射面側には蛍光面２８ａをもった光ファイバ２８
が配置されており、マイクロチャンネルプレ−ト２６で
増幅された電子が加速されて蛍光面２８ａに衝突し光に
変換され、光ファイバ２８に入射し波長検出器２７で増
幅され検出される。

【００２４】なお、波長検出器２７の入射面側には光フ
ァイバ２８に代わりレンズを配置するようにしてもよ
い。上記波長検出器２７はＰＤＡ（photo diode array
）やＣＣＤ（charged cou-pled device ）から構成さ
れている。ＰＤＡの場合、図２（ａ）に示すように５１
２乃至１０２４チャンネルのフォトダイオ−ド２７ａが
２００〜９００nmの波長の分散方向に沿って配列されて
なる。

【００２５】上記波長検出器２７によれば、チャンネル
の数が多い分だけ波長（色）の分離を細かく行うことが
できる。そのチャンネルの分割は、電気的に任意に制御
することができ、その分割を任意の色に対応させて行う
ことが可能である。たとえば、２５０nmの信号と３５０
nmの信号は、ダイクロイックミラ−の場合は両方とも青
で表示されるが、上記波長検出器２７によれば、別々の
色で表示することができる。

【００２６】上記波長検出器２７をＣＣＤを用いて構成
した場合には、図２（ｂ）に示すようにその素子２７ｂ
が行列状に配置されているから、図中鎖線で囲んだ各列
を１つのチャンネルに対応させればよい。

【００２７】上記波長検出器２７からの出力は増幅器２
９で増幅されて２つに分割される。分割された出力の一
方は第１のフレ−ムメモリ３１に入力され、上記照射系
１１の走査信号に基づいて一画面分のスペクトル情報と
して記憶される。そして、その一画面分のスペクトル情
報はカラ−モニタ３２に入力される。これにより、カラ
−モニタ３２には試料１３の発光部位のスペクトルが測
定表示される。

【００２８】上記波長検出器２７からの他方の出力はピ
クセルサイズを変える可変回路３３に入力される。この
可変回路３３は、所定の波長の画素Ｐを図３（ａ）に示
すサイズから図３（ｂ）や図３（ｃ）に示すように上記
画素Ｐの周辺にもその波長の画素があるように画素Ｐ1
や画素Ｐ２のごとく加算表示することができる。それに
よって目立たない色を視認し易くすることができる。

【００２９】上記可変回路３３からの出力は加算回路３
４に入力される。この加算回路３４には上記信号変換器
１７からの出力も入力される。それによって、加算回路
３４は信号変換器１７からの形態画像信号に、波長検出
器２７からの色分解信号を重ね合わせ、画像信号を形成
する。

【００３０】上記試料１３の各部位における上記信号変
換器１７からの形態画像信号と、波長検出器２７からの
色分解信号とは、上記照射系１１の走査信号に基づいて
第２のフレ−ムメモリ３５に一走査分を一画面分の画像
情報として記憶する。その一画面分の画像情報は、上記
カラ−モニタ３２に入力される。

【００３１】それによって、カラ−モニタ３２には、上
記試料１３の形態像と、その形態像の発光部の蛍光像が
有色彩で、その形態像の対応する部位に重ね合わされて
表示されるから、試料１３のどの部位のどの箇所が発光
しているかを明確に知ることができる。しかも、試料１
３からのカソ−ドルミネッセンスのスペクトルを測定で
きることで、上記試料１３の微小領域の化学結合の状態
分析の情報も、上記試料１３の形態像の発光部位の情報
と同時に得ることができる。

【００３２】発光部位が重ねられた上記形態像と、その
発光のスペクトルとは、上記カラ−モニタ３２に設けら
れた図示しない切り替え部によって選択的に表示するこ
とができる。なお、上記カラ−モニタ３２に図示しない
が記録装置を接続しておけば、このモニタ３２に写し出
されるスペクトルや蛍光像が重ねられた形態像を記録す
ることができる。

【００３３】このように、この発明によれば、楕円反射
ミラ−１４を回転させることなく、試料１３の発光部の
蛍光像が得られるとともに、その発光部のスペクトルを
測定することができるため、スペクトル測定を行うため
の操作に手間が掛かるということがない。

【００３４】また、波長検出器２７からの出力信号を分
け、その信号の一方でスペクトルを測定し、他方で蛍光
像を得る構成であるから、従来のように色分解装置と分
光器とを用いて行っていた場合に比べ、構成の簡略化を
計ることができる。

【００３５】この発明の波長検出器２７はＰＤＡやＣＣ
Ｄを用いているから、上記試料１３で発生する蛍光の波
長の違いを確実に検出することができる。つまり、波長
検出器２７はチャンネルの数に対応した分解能を持つこ
とになる。そのため、たとえば４００nmと４３０nmある
いは６２０nmと６５０nmなどのような微妙な色の違いを
確実に表示することが可能となる。

【００３６】この発明は上記一実施例に限定されるもの
でなく、種々変形可能である。たとえば、上記一実施例
では分光器２１に入射した蛍光を分光するためにグレ−
テイング２５を用いたが、図４に示すようにミラ−５１
からの蛍光を一対のプリズム５２で分光し、各波長成分
の光をレンズ５３でそれぞれ集光して分散面に集光させ
る構成であってもよい。その場合、上記ミラ−５１は反
射面５１ａが放物面に形成されたものが用いられる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、試料に荷
電粒子や放射線を照射することで発生する光を分光し、
分光された光をそれぞれ所定の波長単位で検出し、この
検出信号を分割してカラ−画像信号とスペクトル信号に
した。

【００３８】そのため、上記発光部位のカラ−像の形成
と、その発光のスペクトルの測定とを同時に行えるか
ら、観察時の操作性を向上させることができるばかり
か、装置の構成を簡略化できる。また、試料からの蛍光
を所定の波長単位で検出するため、その検出信号による
カラ−像を鮮明に表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の形態観察装置の全体構成
図。

【図２】（ａ）は波長検出器にフォトアレイダイオ−ド
を用いた場合の説明図、（ｂ）は同じくチャ−ジドカッ
プルデバイスを用いた場合の説明図。

【図３】同じく波長検出器で検出された各波長の画素の
ピクセルサイズを変更する説明図。

【図４】この発明の分光器の変形例を示す構成図。

【図５】従来の装置の説明図。

【符号の説明】 １１…照射系、２１…分光器、２７…波長検出器、３２
…カラ−モニタ、３４…加算器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に荷電粒子や放射線を照射してこの
   試料の形態像を観察する形態像観察装置において、 上記試料に荷電粒子や放射線を照射する照射手段と、荷
   電粒子や放射線の照射によって上記試料から発生する光
   を分光する分光手段と、この分光手段によって分光され
   た光をそれぞれ所定の波長単位で検出する検出手段と、
   この検出手段からの検出信号をカラ−画像とし上記形態
   像と重ね合わせる画像形成手段と、上記検出手段からの
   検出信号によって上記試料で発生した光のスペクトルを
   測定する測定手段とを具備したことを特徴とする形態観
   察装置。
2. 【請求項２】 上記検出手段は、上記分光手段によって
   分光された光をそれぞれの波長ごとに検出する複数の検
   出素子からなることを特徴とする請求項１記載の形態像
   観察装置。
3. 【請求項３】 上記検出手段と画像形成手段との間に
   は、上記検出手段からの検出信号のピクセルサイズを調
   整するサイズ可変手段が設けられていることを特徴とす
   る請求項１記載の形態観察装置。
4. 【請求項４】 上記画像形成手段によってカラ−画像が
   重ね合わされた形態像と、上記試料で発生した光のスペ
   クトルとを表示する表示手段を有することを特徴とする
   請求項１記載の形態像観察装置。
5. 【請求項５】 試料に荷電粒子や放射線を照射してこの
   試料の形態像を観察する形態像観察方法において、 上記試料に荷電粒子や放射線を照射する工程と、荷電粒
   子や放射線の照射によって上記試料から発生する光を分
   光する工程と、分光された光を波長ごとに検出する工程
   と、各波長ごとの光をカラ−画像とし上記形態像と重ね
   合せる工程と、検出された上記光の波長からそのスペク
   トルを測定する工程とを具備したことを特徴とする形態
   像観察方法。