JPS6234193B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はラスタ表示装置特に走査型電子顕微鏡
装置の像を可変飛越率で表示できる表示装置に関
連する。 走査型電子顕微鏡を用いて多数の理論的及び実
験的研究が1930年代から始められた。この装置の
主要部は熱電子源（加熱フイラメント）を使用
し、この熱電子源は集束と加速が行われ更に試料
を照射する電子ビームを発生する。上記熱電子装
置の一固有特性は低電流ビームであることで、電
子顕微鏡に適した高倍率範囲で使用する場合には
反復走査と写真フイルム上の映像記録が必要であ
つた。これはTV型スクリーンのような“実時
間”観察が行われる適当な信号／検出器結合装置
を得る技術及びビーム電源が不十分なためであつ
た。 電子顕微鏡技術で電界放出源が1960年代末期に
出現したため、TV型テレビジヨン像信号の処理
に直接応用できるビーム輝度が得られることが判
明した。電界放出顕微鏡技術が商業的レベルで発
展したので、チラツキのない動的TV観察、高解
像度及び立体TV装置の要求が業界で起こるよう
になつた。 米国の標準テレビジヨン装置は飛越率２：１を
有する525本の走査線を使用する。これは262.5本
の走査線からなる２個のフイールドがスクリーン
上にあり、第２走査線が第１走査線の間に挾まれ
ることを意味する。通常の距離ではこの525本の
走査線でTV観察は十分であるが、TVスクリーン
及びスクリーン像の写真撮影には上記装置では不
十分であつた。走査型電子顕微鏡で得られる写真
像を引伸ばすと連続走査線間に間隙が現われ線を
引いた走査写真が得られることが判明した。 上記間隙の除去に対する論理的改良は陰極線管
上の走査線数を増加することである。しかしこの
改良法には本質的な欠点がある。走査線が多くな
ればなる程放送（及び表示）装置の所要帯域幅が
非常に拡がり、かつコストと複雑性が大幅に増加
することはTV技術者には容易に理解し得よう。 又当業者は帯域幅要求は飛越と呼ばれる交代線
走査法で減少できることも認識している。この原
理はこの技術分野では公知でミルマン及びタウブ
著“パルス及びデジタル回路”（Millman and
Taub，“Pulse and Digital Circuits”）515〜517
頁1956年マツクグローヒル社のような各種文献に
発表されている。例えば米国のTV工業では上記
のように２：１の飛越率を使用する。しかしこの
基本的な２：１の飛越率をこれ以上拡張する構想
には本質的な問題がある。これらの多くの問題は
本出願人の有する米国特許第3767926号（再発行
第28153号）明細書に発表されている発明で解決
された。この特許明細書に開示されている表示装
置は拡張飛越率の問題の解決を目的とするもので
ある。上記発明装置は２：１以上の飛越率を有し
又本発明の開発中に発見されたカスケード効果を
避けるため不連続飛越操作を行うものである。 本発明の主目的は、ラスタ表示装置の飛越率を
所定の選択範囲で変えられる可変飛越表示装置を
提供することを目的とする。 本発明の他の目的は高飛越率パターンを与える
ことにより走査型電子顕微鏡で走査線間に間隙の
ない顕微鏡写真を得るため解像度を改良できる可
変飛越表示装置を提供することである。本発明は
又顕微鏡写真及びその引伸ばし写真の要求に適応
できる飛越パターンを与えるため所定のパターン
内で飛越率の可変性が得られる可変飛越表示装置
を提供するものである。 しかし本発明は走査型電子顕微鏡の分野に限定
されないことに注意されたい。TV（陰極線管）
表示は種々の情報装置に通常使用され、又本発明
は多段飛越が必要かつ有利な場合には常に適用で
きる。 ラスタ表示装置の駆動に使用される本発明装置
は、異なるラスタ飛越率のラスタパターンから所
望の飛越率のラスタパターンを選択する装置を有
する。 本発明装置は走査線の倍数、即ちシステム入力
となる偏向周波数の倍数である主周波数を発生す
る位相保持回路を有する。位相保持回路は、２つ
の入力信号を受信し、これらの２つの入力信号の
位相差に応じた周波数である主周波数を有する出
力を発生する。位相保持回路の出力は、後段の水
平偏向回路及び垂直偏向制御回路を駆動する。後
段の装置は水平偏向制御回路を駆動するため最高
次飛越率の倍数に従つて位相保持回路の発振周波
数を分周する水平カウンタを有する。又、後段の
装置として設けられた垂直偏向制御回路は可変ル
ープ制御回路を有し、この可変ループ制御回路
は、位相保持回路の主周波数を分周して垂直偏向
周波数を与える分周比即ち除数を決定すると共に
所定の飛越率倍数を与えるため上記除数で除した
商を表す出力を位相保持回路の一方の入力信号と
して入力する。位相保持回路の他方の入力信号と
して、一定周波数の電源周波数が供給される。位
相保持回路は、これらの２つの入力信号の周波数
の位相差に応じた周波数である主周波数を有する
出力を発生する。 本発明は走査型電子顕微鏡TV型表示装置に関
連する米国特許第3767926号（再発行第28153号）
を引用して説明する。勿論、本発明はラスタパタ
ーンで走査される情報をCRTビーム強度の変調
で陰極線管スクリーン上に描くCRT（陰極線
管）を有する任意の装置に利用できる。 以下本発明の可変飛越表示装置を図面について
説明する。 添付図面の第１図は、試料室２０に連結された
電界放出銃１０を有する表示装置を示す。電子銃
１０の動作に必要な電圧は尖端電圧源１７と集束
―加速電圧源１６で供給される。表示装置は、更
に走査―同期制御装置３２、検出器３１及び陰極
線管型観察モニタ管３０を有する。 電界放出銃１０は現在使用されている代表的な
もので、米国特許第3678333号、第3766427号及び
第3784815号明細書に詳細に記載されている。図
示実施例の電界放出尖端１１は適当な金属で作ら
れかつ適当な形状の陰極で、十分な高電界に置か
れると荷電粒子ビームを発生する。放出尖端１１
と第１陽極１２との間に接続された尖端電圧源１
７は荷電粒子（電子）の発生に必要な電界を与え
る。尖端１１と第２陽極１３との間に接続された
集束―加速電圧源１６は第１陽極１２と共に必要
な電界を与えて荷電粒子を所望の大きさのビーム
に集束する。 本発明者が主目的とする装置は走査型顕微鏡の
解像度を改善できる陰極線管スクリーンを有する
から、検査試料を適当に走査するため荷電粒子ビ
ームを所定パターンに偏向する必要がある。偏向
コイル１５は走査―同期制御装置３２で駆動され
適当にビームを偏向する。本発明装置ではビーム
は試料を水平に横切つて走査され、初期出発点か
ら垂直方向に変位した出発点に急速に戻り、又後
続走査線は同様に走査される。水平ビームは試料
を横切つて走査する際、ビームは連続的に垂直に
偏位されるので最終的には試料全表面が走査され
る。この型式の走査パターンは当業者には公知で
テレビジヨン画像の送信に通常使用されるものと
同じである。 ビームは偏向後、電子銃１０と試料室２０とを
連結するオリフイス１８を通る。試料２１は電子
ビームの物理的通路内に配置され上記のように走
査される。ビームが試料２１に衝突すると二次粒
子を発生し、本実施例の場合には二次電子と反射
電子を発生し、これらの電子は感知装置２２で検
出される。感知装置２２は公知のシンチレーシヨ
ン型で、試料２１から得られた信号を増幅電気信
号に変換し、検出器３１はこの増幅信号で作動さ
れる。感知装置２２はシンチレータ検出器のほか
に通常光電子増倍管又は他の類似素子を有する。
検出器３１は更に上記信号を増幅し、又通常の
TVモニタ型観察管に対する作動のため信号を適
当に変更する。従つて表示装置のこの検出装置は
感知装置２２と検出器３１との結合体と考えるこ
とができる。 通常の観察管３０には観察面３５があり、これ
は電子ビームの衝突で発光する感光面を有する。
通常この感光面は燐又は他の適当な物質で被覆さ
れている。観察観のビームは熱電子型陰極で発生
され、観察管３０の静電板３３で偏向される。観
察管３０の感光面上の映像が試料２１から得られ
る信号と可干渉性を持つためには、電界放出電子
銃１０の電子ビームと観察管３０の電子ビームと
の間に時間と位相の固定かつ既知の関係が維持さ
れることが必要である。通常この両ビームは検出
器３１で得られた信号と正確に同期すればよく、
従つて検査試料の実時間像を発生する。上述のよ
うに、観察管３０の感光面の持続性と肉眼の持続
性が、観察装置の帯域幅要求を限定するのに利用
される。 試料面の完全な１回の垂直―水平掃引はフイー
ルドと呼ばれる。もしこのフイールドが所望解像
度を得るに必要な水平走査線を含んでいれば“フ
イールド”と“フレーム”は同義に使用される。
しかし飛越走査が行われる場合、即ち各フイール
ドがパターン内の全走査線の一部のみを含む場合
には完全な１フレームを作るには多数のフイール
ドが必要である。飛越率２：１の場合には１フレ
ーム毎に２フイールドあるが飛越率４：１の場合
には１フレーム毎に４フイールドある。本実施例
では種々の飛越パターンが選択できる。第２図に
示す回路は制御ノブによる選択操作で１：１，
２：１，４：１，８：１，及び16：１の飛越率が
得られる。適当な発振周波数、乗数及び除数を選
択することにより任意の飛越率が得られる。 作動の際、フイールドの各後続線の間に走査線
の数に相当する間隙を残して、感光面上に電子ビ
ームで通常第１フイールドが描かれる。次のフイ
ールドは２番目の線を描き、又残りのフイールド
はパターンの残りの間隙を走査線で充填するの
で、全フイールドの描画で観察管３０の感光面に
最大解像度の完全な映像が得られる。観察管３０
の垂直及び水平走査線、並びに偏向コイル１５の
走査線を正確な位相関係に保持するのに必要な同
期信号は走査―同期制御装置３２の出力信号に含
まれる。観察管３０の信号グリツド３４に印加さ
れる検出器３１の出力信号は観察管の電子ビーム
を変調し、このため映像の輝度とコントラストに
影響を与え試料２１の明瞭な映像を作る。 第２図には選択飛越率が得られる回路ブロツク
図を示す。前述のように図示の実施例では２の倍
数で１：１から16：１まで選択できる飛越率が得
られる。更に全装置の安定性（電子銃１０と観察
管３０の同期を含めて）のため走査―同期制御の
垂直偏向周波数は電源周波数（米国では60ヘル
ツ）に対して位相固定される。下記の表に見られ
るように全飛越位置に対して15750±１％ヘルツ
（米国テレビジヨンの標準）内の水平偏向周波数
を選択した。これらの数値的条件は本発明の可変
飛越表示装置に本質的条件ではないが、走査型電
子顕微鏡技術では、同期検出によつてAC電磁界
ひずみを最小にし、かつ標準テレビジヨン部品を
使用できるため望ましい。 可変飛越率を与える同期信号を発生する走査―
同期制御装置３２は、電圧制御発振器（VCO）
４２、位相比較器４４及び低域フイルタ４６を有
する位相保持回路４０を含む。電圧制御発振器４
２は水平カウンタ５０に接続され、最大16：１の
可変飛越率のため図示実施例では水平カウンタ５
０は発振器４２で生ずる主周波数を除数３２で分
周する（本実施例で必要な１：１，２：１，４：
１，８：１、及び16：１の飛越パターンのため予
め決められている）。水平カウンタ５０には水平
パルス発生―整形回路５２が接続され、この回路
５２は発振器４２で発生するカウンタ５０の水平
偏向周波数情報でトリガされる。この機能、例え
ば水平パルス発生―整形回路５２のパルス出力機
能は従来のTV装置に用いられているものと類似
である。又、上記電圧制御発振器４２には、可変
モジユロ演算デイジタルカウンタである垂直カウ
ンタ５４が接続される。このカウンタ５４は制御
ノブ又は多位置選択スイツチを有する可変モジユ
ロ演算制御装置５６で制御される。この制御装置
５６の作用で垂直カウンタ５４は垂直パルス発生
―整形回路５８の駆動に必要な周波数出力を与え
る。動作の際は垂直カウンタ５４は電圧制御発振
器４２からの主周波数出力を分周し、垂直パルス
発生―整形回路５８に垂直同期信号を与える。垂
直カウンタ５４は上記回路５８に同期信号を与え
るばかりでなく上記位相保持回路４０の位相比較
器４４に入力を与えて全装置を動作する発振器４
２の主周波数を決定する。 即ち可変モジユロ演算制御回路５６及び垂直カ
ウンタ５４と位相保持回路４０との接続線は、ル
ープ制御回路を構成する。垂直カウンタ５４の可
変除数は、制御ノブ等を有する可変モジユロ演算
制御装置５６で設定される。この可変除数によつ
て、垂直パルス発生―成形回路５８には一定の垂
直偏向周波数が与えられる。また、位相保持回路
４０の主周波数を垂直カウンタ５４の可変除数で
除した商を表す出力は、位相保持回路４０の位相
比較器４４に一方の入力信号として印加される。
位相比較器４４の他方の入力信号は、一定周波数
の電源周波数が与えられる。従つて位相保持回路
４０は、この乗数と電源周波数との積に相当する
出力周波数を発生する。 実際の動作では、上記実施例の１，２，４，８
及び16：１飛越率に関連して第表は第２図の回
路の周波数と１フイールドの走査線を示す。この
表に示されるように水平偏向周波数を垂直偏向周
波数で割つた商で表わされる帯分数の分数部分が
所望飛越率を決定する。

【表】 前記のように上記発振器（VCO）４２、垂直
カウンタ５４、位相比較器４４、低域フイルタ４
６は位相保持ループ回路を形成し、この回路は垂
直カウンタ５４でセツトされるAC電源周波数
（60Hz）の倍数（即ち60×垂直カウンタ５４の乗
数―例えば１：１では60×8384＝503040）に発振
器４２の主出力周波数を位相保持する。ループ制
御回路を構成する可変モジユロ演算制御装置５６
を調整し垂直カウンタ５４の乗数を調整する。１
〜16：１の飛越率に対しては水平カウンタ５０は
一定除数３２で分周するから、その出力は
（VCO／水平カウンタ＝503040／32）÷60Hz、即
ち、１フイールド当り262線、又は１垂直走査当
り水平線262本になる。上記装置に利用される飛
越率選択方法を考慮すれば第２図に示す回路の周
波数と機能は他の飛越パターンにも適用できるこ
とが理解できよう。 他の実施例、例えば１：１，２：１，３：１，
４：１，５：１……ｎ：１のような連続整数の飛
越率の選択が必要な場合がある。例示の目的で可
変飛越率１：１→５：１の装置について説明しよ
う。 上記“５から１”の装置に対しては、電圧制御
発振器４２は120で発振器４２の入力周波数を分
周する水平カウンタ５０に接続される。他の前記
部品（水平パルス発生―整形回路５２、垂直カウ
ンタ５４、可変モジユロ演算制御装置５６等）は
同様に使用されるが、下記第表に示す数値で作
動する。この表は第２図に示した回路の１：１な
いし５：１の飛越比に対する必要周波数と走査線
を表わす。

【表】 前記の実施例の通り、発振器４２、垂直カウン
タ５４、位相比較器４４、及び低域フイルタ４６
は簡単な位相保持ループ回路を形成し、この回路
は発振器４２の出力周波数を、垂直カウンタで決
定されるAC電源周波数（例えば60Hz）の倍数
（即ち60×垂直カウンタ５４の乗数―例えば可変
飛越率１〜５：１の装置の１：１の飛越率では60
×31440＝1886400）に位相保持する。前記のよう
に可変モジユロ演算制御装置５６を調整して垂直
カウンタ５４の可変除数を調整する。例えば１〜
５：１飛越率に対しては水平カウンタ５０は一定
除数120で分周するから、１：１の飛越率の出力
は（VCO／水平カウンタ＝1886400／120）÷60
Hz、即ち１フイールド当りの走査線は262、又は
１垂直走査は262本になる。この連続整数可変装
置は任意の所望飛越率パターンを１〜16：１まで
拡張できるが便宜上１〜５：１について説明し
た。 上記実施例から、本発明の概念及び基本回路は
基本周波数と除数を適当に選択して所定電源周波
数に位相保持できることは明白である。更に特定
飛越率に対して60Hz以外の電源周波数を位相保持
することが必要な場合がある。又上記可変飛越率
の装置は米国再発行特許第28153号に示されるよ
うな不連続走査型電子顕微鏡及び立体観察が行わ
れるような特殊テレビジヨン装置に有用なことが
理解できよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施形態の走査型電子顕微
鏡の表示要素を示す略示図で；第２図は本発明の
好適実施例を示す略示図である。 １６…集束―加速電圧源、１７…尖端電圧源、
３１…検出器、３２…走査―同期制御装置、４０
…位相保持回路、４２…電圧制御発振器、４４…
位相比較器、４６…低域フイルタ、５０…水平カ
ウンタ、５２…水平パルス発生―整形回路、５４
…垂直カウンタ、５６…可変モジユロ演算制御装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平駆動装置及び垂直駆動装置にそれぞれ接
   続された水平偏向制御回路及び垂直偏向制御回路
   を有し、陰極線管等におけるラスタ表示装置の飛
   越率を所定の選択範囲で変える可変飛越表示装置
   において、２つの入力信号を受信すると共に、該
   ２つの入力信号の位相差に応じた主周波数を有し
   かつ前記水平駆動装置及び垂直駆動装置を駆動す
   る出力を発生する位相保持回路と、前記水平偏向
   制御回路に設けられかつ前記位相保持回路の主周
   波数を分周して所定の飛越率を与える水平偏向周
   波数を有する水平同期信号を発生する水平カウン
   タと、前記垂直偏向制御回路に設けられかつ前記
   主周波数を可変除数で分周して一定の垂直偏向周
   波数を有する垂直同期信号を発生する垂直カウン
   タと、前記主周波数を前記可変除数で除した前記
   垂直カウンタの出力を前記位相保持回路にその一
   方の入力信号として供給するループ制御回路とを
   備え、前記位相保持回路の前記入力信号の他方と
   して一定周波数の電源周波数が供給されることを
   特徴とする可変飛越表示装置。 ２ 前記位相保持回路は、前記水平カウンタ及び
   前記垂直カウンタに接続された電圧制御発振器
   と、該電圧制御発振器に接続された低域フイルタ
   と、該低域フイルタに接続された位相比較器とを
   有する特許請求の範囲第１項記載の可変飛越表示
   装置。 ３ 前記ループ制御回路は、前記垂直カウンタの
   可変除数を調整する可変モジユロ演算制御回路及
   び前記可変除数で除した商を表す前記垂直カウン
   タの出力を前記位相保持回路に供給する接続線を
   有する特許請求の範囲第１項記載の可変飛越表示
   装置。 ４ 前記比較器は、前記垂直カウンタ及びAC電
   源周波数に接続され、前記位相保持回路はAC電
   源周波数の倍数で前記主周波数を位相保持する特
   許請求の範囲第２項記載の可変飛越表示装置。 ５ 前記可変モジユロ演算制御回路は、制御ノブ
   を有する特許請求の範囲第３項記載の可変飛越表
   示装置。 ６ 前記水平偏向周波数は、商業用テレビジヨン
   装置の水平偏向周波数に等しい特許請求の範囲第
   １項記載の可変飛越表示装置。