JPS6185758A - 像拡大装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、物体像を電子光学的に拡大して観察する像拡
大装置に関する。

（先行技術の説明） 本願発明者等は特願昭５８−６６７６９号として、物体
像を電子光学的に拡大して観察する像拡大装置を提案し
ている。

この像拡大装置は基本的には、円筒気密容器、前記容器
の第１の底面に形成された光電面、前記第１の底面に対
向する第２の底面に形成された螢光面、前記光電面に被
写体の像を形成する光学レンズ、前記円筒気密容器の外
周に配置された第１および第２の集束コイル、前記光電
面の発生した電子を前記螢光面方向に加速する電界発生
手段、前記第１および第２の集束コイルからなる像拡大
管と、前記像拡大管の充電面に被写体像を形成する光学
手段と、拡大率入力手段と、第１および第２の集束コイ
ルの電流間に前記拡大率において結像位置を変更させな
い一定の関係を保って電流を供給する集束電流発生回路
から構成されている。

さらに拡大率によって変わる像の回転を考１εして、前
記光電面の発生した電子を偏向する偏向装置、および前
記像拡大管の拡大の中心を決定するために前記像拡大管
の外測に配置され前記拡大中心位置入力手段からの信号
および拡大率入力手段からの拡大率を示す信号とにより
前記像拡大管内の電子ビームを偏向する信号を前記偏向
装３に供給する偏向回路を設け、拡大率によって変わる
像の回転を考慮して、拡大した像の所望の部分を螢光面
の中心に形成する偏向信号を前記像拡大管の偏向装置に
供給するように構成されている。

前記装置によれば、光電面に形成された物体像を電子光
学的に拡大して観察することができる。

また前記光電面に物体像を光学的に拡大して投影すれば
、光学的な拡大率と電子光学的な拡大率との積で与えら
れる高い倍率の拡大が可能となる。

このように先に提案した装置は優れた特徴を持っている
が、充電面に物体像を形成するために用いられる光学系
の特性が問題になることがある。

大きい光学的な拡大倍率を得るために光学顕微鏡の対物
レンズのように高分解能のものが使用される。

非常に高分解能のものを要求する場合、限界分解崗は次
の式で表される。

λ／ＮＡ ここにおいて、 λ：測定光波長 ＮＡ：レンズの開口数 紫外線、！空紫外線等のλの小さい波長の光を使用すれ
ば、分解能も向上し、異なる物質での光の吸収差も大き
くなるのでコントラストも良くつくが、遠紫外になる程
、レンズの厚みで光が吸収され、映像を得るのが困難に
なる。

色収差をなくすため一般にレンズは２種類の屈折率の異
なる材料を組合わせるが、遠紫外域では良い材料の組合
わせがなく、これが困難となる。

また、一つの試料に紫外光、可視光、赤外光と異なる波
長の光を、リアルタイムで順次照射し、その情報を得よ
うとする場合、光学対物レンズの結像面が光の波長毎に
異なるので、その対物レンズと光電面の間隔を光軸に沿
って調節する必要がある。

（発明の目的） 本発明の主目的は、従来の対物レンズ、接眼レンズ等の
拡大光学レンズは全く使わずに物体の光像を電子像に変
換し、これを純粋に電子光学的に拡大し、出力螢光面上
にその拡大像を得ることができる像拡大装置を提供する
ことにある。

本発明のさらに他の目的は前記像拡大装置での像の拡大
に関連して発生する像の回転等の問題を解決した像拡大
装置を提供することにある。

（発明の詳細な説明） 前記主たる目的を達成するために、本発明による像拡大
装置は円筒気密容器、少なくともその一部が光透過性の
材料で薄く形成した窓からなる前記容器の第１の底面、
その底面の内側表面に形成された光電面、前記第１の底
面に対向する第２の底面に形成された螢光面、前記円筒
気密容器の外周に配置された第１および第２の集束コイ
ル、前記光電面の発生した電子を前記螢光面方向に加速
する電界発生手段からなる像拡大管と、前記窓に配置さ
れた試料を照明し前記光電面に試料像を形成する光源と
、拡大率入力手段と、第１および第２の集束コイルの電
流間に前記拡大率において結像位置を変更させない一定
の関係を保って電流を供給する集束電流発生回路から構
成されている。

また前記のさらに他の目的を達成するために、本発明に
よる像拡大装置は、前記発明の構成に加え、さらに拡大
中心位置入力手段と、拡大中心入力手段からの信号が接
続されており拡大率によって変わる像の回転を考慮して
拡大した像の所望の部分を螢光面の中心に形成する偏向
信号を前記像拡大管の偏向装置に供給する偏向信号発生
回路とを設けて構成されている。

（実施例の説明） 以下、図面等を参照して、本発明による像拡大装置をさ
らに詳しく説明する。

第１図は、本発明による像拡大装置の実施例を示すブロ
ック図である。

像拡大管の本体を形成するガラス容器は、直径５０ｍｍ
、長さ６００ｍｍの円筒状の容器である。

前記ガラス気密容器の第１の底面の中心部に、窓２が形
成されている。

観察試料３は窓２の表面に密着して配置され、光源１に
よって照射されて発生した透過光像が光電面７上に形成
される。

この窓２の部分を第２図に拡大して示しである。

まず直径約４０ｍｍのはうけい酸ガラス板の一方の表面
の中央に深さ０．５ｍｍ、表面側の径０．８　ｍｍ、奥
側の径０．５ｍｍのくぼみを作る。

その後、反対側の表面から研磨して、中央の穴の底面の
厚みが１００μｍのところでｆＦｉＩを中止することに
よって第１の底面を形成する板２００を製造する。この
第１の底面を形成する板２００は金属リング２０１に接
続されている。

このように窓２の部分のみを薄くするのは次の理由によ
る。

試料の透過像を充電面７上に形成するためには、試料と
光電面７までの距離が短いほうが良い。

この距離が大きいと光電面７に形成される像が、ボケる
可能性がある。

一方、薄くするとこのボケはおさえられるが真空気密が
保たれにくり、大気圧による破壊も生じ易い。

このため、本発明では、この第１の底面の一部分のみを
薄い窓とし、光像のボケを防ぐとともに、真空気密を保
つ構造としている。

この第１の底面を形成する板２００は金属リング２０１
に、薄窓の形成された側の面の端部を加熱溶融して、接
着する。

さらにこの金属リング２０１は管の側部容器を形成する
ガラスバルブ部の一方の端に接着された金属フランジと
溶接されることによって円筒気密容器の第一の底面が完
成される。

第３図に前記窓２の他の実施例を示す。

この実施例に示される第１の底面は直径約４０ｍｍ、厚
み０．５ｍｍの金属板の中央に管の外側の径が０．５ｍ
ｍ、内側の径がＱ、１ｍｍの孔を開けこの小径側の表面
に厚さ２０μｍのはうけい酸ガラスの薄１１１２０２を
接着して窓を形成する。

この薄１１！Ｊ２０２が形成された側が管の内側になる
ように管の側管部を形成するガラスバルブ部の一方の端
に接着された金属リング２０１と溶接されることによっ
て、円筒気密容器の第一の底面が完成される。

第４図は前記窓２のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。

この実施例は前記第２図に示した方法と同様にして、は
うけい酸ガラス板の一方の表面に複数のくぼみを作り、
反対側の表面から研磨し、穴の底面の厚みが１００μｍ
のところで研磨を中止することによって複数の窓を形成
したものである。

この第１の底面を形成する板２００は金属リング２０１
に接続されている。

前記方法によらず、第３図に示した方法によっても同様
に複数の窓を形成することができる。

本発明による像拡大装置は、後述するように拡大位置を
指定して当該部分を拡大することができるから、前記複
数の窓を順次選択してそれぞれの窓に配置された試料の
像を拡大することができる。

前述した各窓の材料としてサファイヤを使えば、紫外ｌ
ｉ！、可視像、赤外１象の伝達が可能となる。

石英やフッ化マグネシウム等の材料を使えば、真空紫外
像、紫外像、可視像、赤外像の伝達が可能となる。

各窓の実施例において薄窓の管の内側の表面には、光電
面７を形成する。

光電面７は測定の対象により種々選択される。

マルチアルカリ光電面を使用すれば、真空紫外、紫外、
可視領域の撮像が可能となる。

さらにＳ−２ＯＲ（ＥＩＡ：米国電子機械工業組合規格
）の光電面を使用するなら前記のものにさらに赤外を感
度域に加えることができる。

一方、金やＣｓｌ光電面なら、紫外域のみに感度を持た
せることができ、これら従来使用されている光電面を、
本発明の管に用途によって自由に選んで使用できる。

第１図に示されるように、この窓２の上に密着して五か
れた試料３が光源１によって照射され、発生した透過像
は、実用上問題となるボケを生じさせないで光電面７上
に伝達される。

前記容器内には、前記光電面７に対向するように網目状
電極９．容器内周面に円筒状電極１０が設けられている
。

網目状電極９は光電面７と間隔５ｍｍを保って平行に配
置されている。円筒電極１０は気密容器の円筒状の側面
の内壁で、網目状１１ｆｆｉ９と螢光面８の間の部分に
アルミニュウムの薄膜を形成して構成したものである。

螢光面８は、前記ガラス気密容器の第２の底面の内壁に
Ｐ−１１（ＥＩＡ：米国電子機械工業組合規格）と呼ば
れる螢光体を塗布して形成したものである。

また電界発生手段１６は各電極等に以下の電位を与えて
、前記光電面７の発生した電子を螢光面８方向に加速す
る。

光電面７には一７ＫＶ、螢光面８．網目状電極９゜円筒
電極１０にはＯ■が与えられている。

前記円筒気密容器の外周には、第１および第２の集束コ
イル１１．１２が配置されている。

第１集束コイル１１は光電面７から２０ｍｍだけ螢光面
８に寄った気密容器の外側に配置され、第２集束コイル
１２は光電面７から３００ｍｍだけ螢光面８に寄った気
密容器の外側に配置されている。

前記構成において各集束コイルに、集束電流発生回路１
３から、一定の関係を持つ電流を供給することにより、
結像面を移動させることなく、螢光面８に形成される像
の倍率を変更することができる。

例えば第１の集束コイル１１に電流を流さないで、第２
の集束コイルに３００ｍＡの電流を流すと像の倍率は１
倍である。同様に、第１の集束コイル１１に４１００ｍ
Ａ、第２の集束コイルに６ｏ。

ｍＡの電流を流すと像の倍率は１０００倍となる。

第１の集束コイルの電流を５０００ｍＡ、第２の集束コ
イルの電流をＯｍＡにすると像の拡大倍率は１００倍と
なる。

したがって、この場合には各コイルの電流を組み合わせ
ることによって、１，１００．１０００倍の３段階で電
子光学的に倍率を変化させることができる。

前記円筒気密容器の外周はさらに、前記電子を偏向する
２対の偏向コイル１４が設けられている。

前記２対のコイルにＯ〜５００ｍＡの電流を供給するこ
とにより光電面７の任官の点から放出した光電子を螢光
面８の任意の点に入射させることができる。

偏向電流電源１５は前記２対のコイルに所望の偏向が得
られる電流を供給する。

次に、第５図を参照して本発明による像拡大装置に使用
する操作装置の構成を説明する。

第５図において、第１図と同一の部分には、同一の番号
を付してそれらの説明は省略する。

手動入力装置１７は、希望する拡大率（Ｍ）と、拡大し
て螢光面上に形成される像の中心（Ｐ）（以下拡大の中
心という）を入力する入力装置である。

螢光面上の像の中心（Ｐ）は、あらかじめ所定の拡大率
Ｍ（通常１）で、光電面の中心に投影された像が螢光面
の中心にあるように像を形成しておき、前記像の螢光面
上での座標で指定する。前記拡大率と拡大の中心をキー
インすると出力端子１７１から拡大率（Ｍ）を表す信号
が出力され、出力端子１７２からは拡大の中心（Ｐ）を
表す信号が出力される。

拡大率信号変換回路１８には前記手動入力装置１７で入
力された拡大率に関するデータが接続されている。

この回路１８は指定された拡大率に対して、その拡大率
の拡大像が出力面に得られるような第１の集束コイルの
電流に相当する信号を出力端子１８１から、第２の集束
コイルの電流に相当する信号を出力端子１８２から送出
する。

集束コイルの電源１３は、拡大率信号変換回路１８の信
号に従って、第１集束コイル電流と、第２集束コイル電
流を各コイルに送出する。

この集束コイル電流によって光電面の電子像は螢光面で
指定された倍率ＣＭ）に拡大される。

偏向信号発生回路１９には拡大率信号と位置信号が接続
されている。

偏向信号発生回路１９は、前記Ｍ倍に拡大された像の拡
大の中心点Ｐが螢光面の中心になるように偏向するため
の偏向コイル電流を送出する。

第６図に偏向信号発生回路の実施例を示す。

希望する拡大率を得るために集束コイルに電流を流すと
、前記電流によって光電面上の電子像が螢光面上に拡大
されるが、その中心のまわりに回転させられる。

この角度を回転角ということにする。拡大率と回転角の
間には一定の関係がある。

拡大の中心を決定する場合にこの回転角が問題となる。

通常電子光学的拡大率１のときに螢光面上の任意の点を
指定しこれを拡大すると拡大像は、その拡大率に対応し
て回転し前の画面と角度がずれる。

１倍の拡大率の時を基準とすると１００倍の時は３０°
、１０００倍の時は８０°像が回転する。

偏向信号発生回路１９の関数変換回路１９２は拡大率を
回転角に変換する回路である。

偏向信号発生回路１９の演算回路１９３は拡大率Ｍ２回
転角θおよびＰ（螢光面中心を原点としたＰの座標を（
Ｘｏ、）’ｏ）とする）からＸｉ　＝Ｍ　（ＸＯｃｏｓ
θ−ｙｏｓｉｎθ））’　ｒ　＝Ｍ　（ＸＯｓｉｎθ＋
ｙｏＣｏｓθ）なる演算を行い、ｘｌおよびｙｌを出力
する演算回路である。

座標（Ｘｔ、）’＋）で表される点Ｑ　（ｘｔ　＋　　
７１）は拡大率Ｍを得るための集束コイルに電流を流し
たとき螢光面上でＰ点が移動した点である。

さらに偏向方向は、偏向磁界と集束磁界の管軸に垂直な
成分との合成磁界によって決る。また拡大率Ｍを変える
ために集束磁界を変化させている。

これらを考慮すると偏向磁界によって偏向しようとする
方向と結果として偏向される方向との間に方向のずれ（
差）が生じる。

そしてこの差は、拡大率Ｍに依ることが理解される。

かつ拡大率Ｍ−１のとき集束磁界の管軸に垂直な成分は
Ｏである。

この偏向方向のずれと拡大率との関係を第７図に示す。

１９４は拡大率を偏向方向のずれαの角度に変換する関
数変換回路である。

回路１９５は前記偏向方向のずれαと、前記Ｑ（ｘｌ、
）’＋）を入力して ｘ２ｘｘ１ｃｏｓα＋ｙ１ｓｉｎα ７２−−ＸＩ　ｓｉｎα＋３’１ｃＯ３αなる演算を行
い、Ｑ（Ｘｔ、）’＋）点を螢光面の中心である原点ま
での偏向をするときに考慮する補正した仮の点Ｑ′　（
Ｘ２．）’２）を出力する。

偏向感度の補正回路１９６は偏向感度の補正をする回路
である。偏向感度は拡大率Ｍによって第８図のように変
化する。

回路１９６は拡大率Ｍを入力して偏向感度りを出力する
。

演算回路１９７は前記偏向感度りと前記板の点Ｑ′（ｘ
２　＋　　７２　）の座標から １ｘ＝ｘ２／Ｄ ｊ＞’−ｙ２／Ｄ を演算してｉｘ、ｉｙを出力する演算回路である。

ｉｘ、ｉｙはＱ（ｘｌ、ｙｌ）点を螢光面の中心に移動
するのに必要な偏向電流である。

ｉｘはＸ方向に偏向する偏向コイルの駆動型５１５Ｘに
接続され、ｉｙはｙ方向に偏向するコイルの駆動電源１
５Ｙに接続されている。

これらの回路により偏向信号発生回路１９は前記Ｍ倍に
拡大された像の所望の部分が螢光面の中心になるように
偏向コイル電流を制御する。

本発明による装置は以上のように構成されているから、
まず物体の全体像を電子光学的な倍率ｌの状態で螢光面
に形成し、拡大率入力手段により拡大率を入力すれば、
所望の拡大像を得ることができる。

また偏向装置と、拡大中心入力手段からの信号と前記拡
大率入力手段からの拡大率を示す信号が接続されている
偏向信号発生回路とを有するから拡大率によって変わる
像の回転を考慮して、拡大像の所望の部分を螢光面の中
心に形成することができる。

前述したように、この例の場合には試料の所望の場所の
光学像を螢光面上に何ら光学対物レンズの拡大作用を用
いることなしに最大１０００倍で映すことができる。

１０００倍の拡大率においては試料の０．５μｍの微細
像まで観察でき、光学顕ｉ鏡と同等以上の分解能が得ら
れた。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明によれば物体の光学
像を光学レンズの拡大作用を用いること・なしに、純電
子光学的に拡大し、その微細像を観察することが可能と
なる。

また薄い面を通じての、近接転写であるので光学レンズ
を使用した場合の総ての問題は解決され、通常の光学レ
ンズの領域（可視光線）を越える種々の像拡大が可能に
なり、収差の問題も無くなった。

入射窓と光電面を選択することによって、真空紫外、紫
外、可視、赤外の広い範囲にわたる従来拡大観察が不可
能であった像を観察できる。

その場合試料の像を光電面に結像するのに光学レンズを
使っていないので、メカニカルなフォーカスの再調整は
不要である。

そのため動きのある試料の真空紫外、紫外、可視、赤外
の各像をリアルタイムで次々と拡大観察することが可能
となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による像拡大装置の実施例を示すブロッ
ク図である。 第２図は本発明による像拡大装置の窓の部分の第１の実
施例を示す正面図および断面図である。 第３図は本発明による像拡大装置の窓の部分の第２の実
施例を示す断面図である。 第４図は本発明による像拡大装置の窓の部分の第３の実
施例を示す断面図である。 第５図は本発明による像拡大装置による拡大観察システ
ムの実施例を示すブロック図である。 第６図は偏向信号発生回路の実施例を示すブロック図で
ある。 第７図は拡大率と偏向方向のずれの角度との関係を示す
グラフである。 第８図は拡大率と偏向感度の関係を示すグラフである。 １・・・光源　　　　　　　２・・・窓３・・・試料　
　　　　　　７・・・光電面８・・・螢光面　　　　　
　９・・・網目状電極１０・・・円筒電極　　　　１１
・・・第１の集束コイル１２・・・第２の集束コイル １３・・・集束コイルの電源 １６・・・電界発生手段　　１７・・・手動入力装置特
許出願人　浜松ホトニクス株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　壽 矛１図 才３図　　　　　才４図 オ６回 ｑ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒気密容器、少なくともその一部が光透過性の
   材料で薄く形成した窓からなる前記容器の第１の底面、
   その底面の内側表面に形成された光電面、前記第１の底
   面に対向する第２の底面に形成された螢光面、前記円筒
   気密容器の外周に配置された第１および第２の集束コイ
   ル、前記光電面の発生した電子を前記螢光面方向に加速
   する電界発生手段からなる像拡大管と、前記窓に配置さ
   れた試料を照明し前記光電面に試料像を形成する光源と
   、拡大率入力手段と、第１および第２の集束コイルの電
   流間に前記拡大率において結像位置を変更させない一定
   の関係を保って電流を供給する集束電流発生回路から構
   成した像拡大装置。
2. （２）前記第１の底面に形成された窓は単一の底面板の
   一部を薄くして形成されている特許請求の範囲第１項記
   載の像拡大装置。
3. （３）前記第１の底面に形成された窓は底面を形成する
   板に貫通孔を設けその孔に光透過性材料の薄板を気密に
   接合して形成されている特許請求の範囲第１項記載の像
   拡大装置。
4. （４）円筒気密容器、少なくともその一部が光透過性の
   材料で薄く形成した窓からなる前記容器の第１の底面、
   その底面の内側表面に形成された光電面、前記第１の底
   面に対向する第２の底面に形成された螢光面、前記円筒
   気密容器の外周に配置された第１および第２の集束コイ
   ル、前記光電面の発生した電子を前記螢光面方向に加速
   する電界発生手段からなる像拡大管と、前記窓に配置さ
   れた試料を照明し前記光電面に試料像を形成する光源と
   、拡大率入力手段と、前記第１および第２の集束コイル
   の電流間に前記拡大率において結像位置を変更させない
   一定の関係を保って電流を供給する集束電流発生回路と
   、拡大中心位置入力手段と、前記拡大中心位置入力手段
   からの信号が接続されており拡大率によって変わる像の
   回転を考慮して拡大した像の所望の部分を螢光面の中心
   に形成する偏向信号を前記像拡大管の偏向装置に供給す
   る偏向信号発生回路とから構成した像拡大装置。