WO2016151809A1 - 荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置における試料観察方法 - Google Patents

荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置における試料観察方法 Download PDF

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    • H01J2237/28—Scanning microscopes
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Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus that observes the structure of an object from charged particles that have passed through a sample, and a sample observation method in the apparatus.
  • observation at a low magnification and bird's-eye observation are frequently used to select a visual field region to be observed at a high magnification.
  • a method of displaying the visual field region selected by the observation with the low magnification at a high magnification and observing the fine structure is frequently used.
  • Non-Patent Document 1 In general, observation at low magnification and observation at high magnification, as shown in Non-Patent Document 1, (1) by using an imaging lens system and changing the magnification of the observation object, or (2) By preparing a plurality of detectors having different distances between the image lens system and the detector and switching the detectors used for observation, observation with low magnification and observation with high magnification are switched.
  • Patent Document 1 by periodically changing the magnification ratio of the imaging lens system and synchronizing the change and the signal output cycle of the display device, observation at low magnification and observation at high magnification A method of performing the above simultaneously has also been proposed.
  • a general method is to first determine a rough observation field by observation at a low magnification, and then observe the fine structure in the observation field determined by switching to observation at a high magnification.
  • Switching between observation at a low magnification and observation at a high magnification is generally performed several tens of times for one observation object (sample).
  • the observation has been performed by changing the magnification of the observation object or by switching the detector used for observation without changing the magnification of the imaging lens system.
  • Both methods for switching the observation magnification require a switching operation, which is a burden on the observer.
  • the detector at a position where the distance from the imaging lens system is short is arranged at a position where the detection signal is cut off with respect to the other detectors. An operation to eliminate from the route is necessary, and a certain switching time has occurred. Further, in the switching method, since either one of the low magnification image and the high magnification image is observed, it is impossible to observe the low magnification image and the high magnification image at the same time at the same time.
  • Patent Document 1 a low-magnification image and a high-magnification image are simultaneously observed by synchronizing the magnification lens switching timing of the imaging lens system with the observation image update timing in the display device.
  • the image update speed is limited by the switching time of the magnification ratio of the imaging lens system.
  • a magnifying lens system of a transmission electron microscope generally uses a magnetic lens, there is a technical problem that switching of the magnifying power is accompanied by an axial deviation or a focal deviation.
  • a charged particle beam apparatus is provided.
  • an electron gun that generates an electron beam, an imaging lens system that forms an image of the electron beam that has passed through a sample, and the imaging lens system
  • a branching unit for branching the electron beam passing through the first and second image components; a first image detecting unit for detecting the first image component and outputting a first image; , A second image detection unit that detects the second image component and outputs a second image, a processing unit, and a display unit, and the magnification of the second image is the first image
  • the processing unit generates the third image by combining the first image and the second image, and the display unit generates the second image and the third image.
  • a charged particle beam device that displays the image of
  • the present invention it is possible to simultaneously observe transmitted images having different magnifications without changing the magnification ratio of the imaging lens system, and the effort required for switching the observation conditions (changing the magnification ratio and switching the detector) Number of times) can be greatly reduced.
  • the present invention can greatly improve the operability of the transmission electron microscope.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic device configuration of a transmission electron microscope according to Embodiment 1.
  • FIG. The figure explaining the cross-sectional shape of the 1st projection surface, and its upper surface shape.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a concept of image processing in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining another concept of image processing in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic device configuration of a transmission electron microscope according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a concept of image processing in a second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining another concept of image processing in the second embodiment.
  • Example 1 an image of a first camera that detects an image projected on the first projection plane and an image projected on a second projection plane located below the first projection plane are displayed.
  • a transmission electron microscope capable of simultaneously performing observation at a low magnification and observation at a high magnification by simultaneously displaying an image of a second camera to be detected will be described. Note that this embodiment does not limit the scope of rights.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a transmission electron microscope used in this embodiment.
  • An electron beam generated from the electron gun 1 is irradiated onto the observation object 2 through the irradiation lens system 3.
  • the focus of the electron beam is adjusted to the observation object 2 by the objective lens system 4.
  • the electron beam transmitted through the observation object 2 is enlarged or reduced by the imaging lens system 5 and imaged on the first projection surface 6.
  • the scintillator used as the first projection surface 6 has a configuration in which a fluorescent material is applied to the surface of an opaque substrate. For this reason, the fluorescent image generated by the incidence of the electron beam is reflected above the first projection surface 6 and detected by the first image detector 7.
  • the scintillator used as the second projection surface 8 has a configuration in which a fluorescent material is applied to the surface of a transparent substrate. For this reason, an image due to the fluorescence generated by the incidence of the electron beam is acquired by the second image detection unit 9 disposed below the second projection plane 8.
  • the signals output from the first image detection unit 7 and the second image detection unit 9 are input to the computer 11 through the signal transmission unit 10.
  • the computer 11 is provided with an arithmetic device 12 that executes various arithmetic control processes and a storage device 13 that stores various data. Specific processing operations of the arithmetic device 12 will be described later.
  • the image acquired by the first image detection unit 7 is output to the first output unit (display unit) 14, and the image acquired by the second image detection unit 9 is the second output unit. (Display unit) 15
  • the image acquired by the first image detection unit 7 and the image acquired by the second image detection unit 9 may be combined as one display screen and output to one output unit (display unit).
  • An input device 16 is used to input operation information to the computer 11.
  • FIG. 2 shows the shape of the first projection surface 6.
  • the upper part of FIG. 2 represents the cross-sectional shape of the first projection surface 6, and the lower part represents the upper surface shape of the first projection surface 6 as viewed from the incident direction of the electron beam.
  • an opening 21 is formed in the vicinity of a region intersecting the optical axis of the electron beam on the first projection surface 6.
  • the size of the opening 21 is determined so that the electron beam transmitted through the opening 21 matches the detection range of the second image detection unit 9.
  • the opening side surface 22 that defines the outer edge of the opening 21 is inclined by an angle 23 ( ⁇ ) with respect to the optical axis of the electron beam.
  • the opening diameter on the upper surface side is smaller than the opening diameter on the lower surface side (second projection surface 8 side) of the scintillator.
  • the extension line of the opening side surface 22 is formed so as to intersect the optical axis of the electron beam above the first projection surface 6.
  • the angle ⁇ is a distance 25 (L) from the focal position of the lens 24 located at the lowest stage of the imaging lens system 5 to the second projection plane 8 and a detection range of the second image detection unit 9 from the optical axis 26. It can be derived using the distance 27 (X) to the end face of Here, it is assumed that the distance from the optical axis 26 to the end face of the second projection surface 8 and the distance 27 (X) from the optical axis 26 to the end face of the detection range of the second image detection unit 9 are the same. .
  • the electron beam incident on the opening 21 is not excessive or insufficient, and the second projection. It can be projected onto the surface 8.
  • an unnecessary signal fluorescence
  • the first image detection unit 7 and the second image detection unit 9 by using a material that is not sensitive to electron beams on the side surface 22 of the opening. Can be prevented.
  • the first projection surface 6 used in the present embodiment is formed with the opening 21 having a size corresponding to the detection range of the second image detection unit 9. For this reason, fluorescence does not enter the pixel region 31 corresponding to the opening 21 in the first image detection unit 7. For this reason, the density value of the portion corresponding to the pixel region 31 in the first image 32 output from the first image detection unit 7 is extremely low. In the present specification, a portion where the concentration value is extremely low is also referred to as a “resection portion”. Since the first image 32 is an image obtained by observing the first projection plane 6 from obliquely above, there is actually distortion in the image. The first image 32 represents an image after the distortion is removed by the arithmetic unit 12. Incidentally, the first image 32 corresponds to an image obtained by low magnification observation.
  • the electron beam incident on the opening 21 of the first projection surface 6 is projected as it is onto the second projection surface 8 and converted into an image corresponding to the fluorescence intensity value.
  • the focal length of the image formed on the second projection plane 8 is longer than the focal length of the image formed on the first projection plane 6 as shown in FIG.
  • the second image detection unit 9 outputs the second image 33 having a higher magnification than the first image 32 at the same time as the first image 32. That is, the first image 32 and the second image 33 having different observation magnifications are obtained simultaneously.
  • the computing device 12 duplicates the second image 33 on the storage device 13 and creates a duplicate image 34. Subsequently, the arithmetic device 12 reduces the image size of the duplicate image 34 according to the calculated magnification. The size of the image 35 obtained by reducing the duplicate image 34 matches the size of the pixel region 31 corresponding to the opening 21. The arithmetic device 12 embeds the reduced image 35 in the excision portion (pixel region 31 corresponding to the opening) of the first image 32 to create a composite image 36.
  • the arithmetic unit 12 displays the composite image 36 (the composite image of the image 35 obtained by reducing the second image 33 and the first image 32) on the first output unit 14, and displays the second image 33 as the first image 33. 2 on the output unit 15.
  • the parameters of the first and second projection surfaces 6 and 8 and the first and second image detection units 7 and 9 are defined as shown in Table 1.
  • magnification ratio of the images displayed on the first output unit 14 and the second output unit 15 can be expressed by the following equation.
  • magnification calculated in the arithmetic unit 12 can be expressed by the following equation.
  • the composite image 36 is generated by embedding the image 35 obtained by duplicating the second image 33 after duplicating the first image 32, but the first image 32 is output to the first output unit. 14 is output as it is, and the image 35 obtained by reducing the second image 33 corresponding to the high-magnification image is output to the second output unit 15, it is possible to realize simultaneous observation of images having different observation magnifications.
  • the composite image 36 is created without performing contrast adjustment.
  • the image 35 obtained by reducing the second image 33 after duplication and the first image 32 are created. Even if the average value of the difference or ratio of the density values of the pixels located at the boundary is calculated and the contrast of the first image 33 and / or the image 35 is adjusted using the average value, the composite image 36 may be created. good. By mounting such a processing function, it is possible to reduce the uncomfortable feeling of the composite image 36 that occurs when the contrast of the boundary portion is large.
  • the composite image 36 is created without processing the boundary portion between the first image 32 and the image 35 reduced after duplication of the second image 33.
  • a composite image 36 may be created in which the boundary between one image 32 and image 35 is clearly indicated by a frame.
  • the second image 33 is acquired from the lower surface side of the second projection surface 8, but a scintillator used as the second projection surface 8 is coated with a fluorescent material on the surface of an opaque substrate.
  • a projection image may be acquired from the upper side of the second projection plane.
  • Modification 6 In the present embodiment, an image 35 obtained by reducing the second image 33 is embedded in the first image 32. However, as shown in FIG. 4, a duplicate image 37 of the first image 32 is enlarged to an image 38. The second image 33 may be embedded.
  • Example 2 In the present embodiment, another method for simultaneously acquiring two images having different observation magnifications will be described.
  • an embodiment using only one projection plane will be described. Specifically, an image of the first camera that detects the entire image projected on the projection plane and an image of the second camera that detects an enlarged portion of the image projected on the projection plane are simultaneously displayed.
  • a description will be given of a transmission electron microscope that can display and simultaneously execute observation at a low magnification and observation at a high magnification. This embodiment does not limit the scope of rights.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of a transmission electron microscope used in this embodiment.
  • parts corresponding to those in FIG. The description of the parts denoted by the same reference numerals is omitted.
  • the difference from the first embodiment is a projection surface 41 that converts an electron beam into fluorescence, a mirror 42, a first image detection unit 43, a magnifying lens 44, and a second image detection unit 45.
  • a scintillator in which a fluorescent material is applied to the entire surface of the transparent substrate is used for the projection surface 41. Since the projection surface 41 is transparent, the fluorescent image generated by the incidence of the electron beam passes through the projection surface 41 and reaches the mirror 42. The image is separated into one part and the other part by the mirror 42. As will be described later, an opening is formed in the mirror 42 of the present embodiment, and the image is separated into a fluorescent image passing through the opening and other fluorescent images.
  • the fluorescent image reflected by the mirror 42 is detected by the first image detection unit 43 and output as a first image.
  • the fluorescence image that has passed through the opening of the mirror 42 is magnified by the magnifying lens 44 and formed on the imaging surface of the second image detection unit 45.
  • the second image detection unit 45 outputs the detected image as a second image.
  • the mirror 42 used in this embodiment has an opening 51 in a portion corresponding to the detection range of the second image detection unit 9.
  • the size of the opening is determined in the same manner as the opening 21 in the first embodiment.
  • the image reflected by the mirror 42 is displayed on the first image detection unit 43.
  • the image that has passed through the opening 51 is magnified by the magnifying lens 44 and then displayed on the second image detection unit 45.
  • the contents of the image processing for the signals output from the first and second image detection units 43 and 45 are the same as those in the first embodiment.
  • the parameters of the magnifying lens 44 and the first and second image detection units 43 and 45 are defined as shown in Table 2.
  • magnification ratio of the images displayed on the first output unit 14 and the second output unit 15 can be expressed by the following equation.
  • magnification calculated in the arithmetic unit 12 can be expressed by the following equation.
  • the composite image 36 is generated by embedding the reduced image 35 after duplicating the second image 33 in the first image 32, but the first image 32 is the first image 32. Even if an image 35 obtained by reducing the second image 33 corresponding to the high-magnification image is output to the output unit 14 as it is and output to the second output unit 15, simultaneous observation of images having different observation magnifications can be realized. it can.
  • the composite image 36 is created without performing contrast adjustment.
  • the image 35 and the first image 32 that are reduced after duplication of the second image 33 are created.
  • the average value of the difference or ratio of the density values of the pixels located at the boundary between the first image 33 and / or the image 35 is adjusted using the average value, and then the composite image 36 is created. May be.
  • the composite image 36 is created without processing the boundary portion between the first image 32 and the image 35 reduced after the second image 33 is copied.
  • a composite image 36 may be created in which the boundary between the first image 32 and the image 35 is clearly indicated by a frame.
  • an image 35 obtained by reducing the second image 33 is embedded in the first image 32.
  • a duplicate image 37 of the first image 32 is enlarged to an image 38.
  • the second image 33 may be embedded.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and it is not necessary to provide all the configurations described.
  • the transmission electron microscope is described, but the present invention can also be applied to a microscope apparatus using charged particles (for example, ions) other than electrons.
  • a part of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment.
  • the structure of another Example can also be added to the structure of a certain Example.
  • a part of the configuration of another embodiment can be added, deleted, or replaced.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by the processor interpreting and executing a program that realizes each function (that is, in software).
  • Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a storage device such as a memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive), or a storage medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • Control lines and information lines indicate what is considered necessary for the description, and do not represent all control lines and information lines necessary for the product. In practice, it can be considered that almost all components are connected to each other.

Abstract

　荷電粒子線装置は、電子線を発生させる電子銃と、試料を透過した前記電子線を結像させる結像レンズ系と、前記結像レンズ系を経由した前記電子線を第１の像成分と第２の像成分とに分岐させる分岐部（６）と、前記第１の像成分を検出し、第１の画像（３２）を出力する第１の画像検出部（７）と、前記第２の像成分を検出し、第２の画像（３３）を出力する第２の画像検出部（９）と、処理部と、表示部（１４，１５）とを有し、前記第２の画像（３３）の倍率は前記第１の画像（３２）の倍率よりも大きく、前記処理部は、前記第１の画像（３２）と前記第２の画像（３３）とを合成して第３の画像（３６）を生成し、前記表示部（１４，１５）は、前記第２の画像（３３）、及び前記第３の画像（３６）を表示する。

Description

荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置における試料観察方法
　本発明は、試料を透過した荷電粒子から対象物の構造を観察する荷電粒子線装置及び当該装置における試料観察方法に関する。
　透過型電子顕微鏡においては、高倍率で観察する視野領域を選定するために低倍率による観察及び鳥瞰観察が頻繁に用いられる。また、上記低倍率による観察で選定された視野領域を高倍率で表示し、微細構造を観察する方法も頻繁に用いられる。
　一般に、低倍率による観察と高倍率による観察は、非特許文献１に示すように、（１）結像レンズ系を用い、観察対象物の拡大率を変化させることにより、または、（２）結像レンズ系と検出器の距離が異なる複数の検出器を用意し、観察に用いる検出器を切替えることにより、低倍率による観察と高倍率による観察とを切替えている。
　この他、特許文献１に示すように、結像レンズ系の拡大率を周期的に変化させ、該変化と表示装置の信号出力周期を同期させることで、低倍率による観察と高倍率による観察とを同時に行う方法も提案されている。
特開平０４－２６９４３８号公報
高分解能電子顕微鏡-原理と利用法-, 堀内 繁雄 著, 共立出版株式会社(1988), pp11-12.
　透過電子顕微鏡による観察では、まず、低倍率による観察によって大まかな観察視野を決定し、その後、高倍率による観察に切替えて決定された観察視野内の微細構造を観察する手法が一般的である。低倍率による観察と高倍率による観察の切替えは、１つの観察対象物（サンプル）につき数十回行われるのが一般的である。従来は、前記観察を、観察対象物の拡大率を変化させて行うか、結像レンズ系の拡大率は変化せずに、観察に用いる検出器を切替えることで行っていた。
　上記観察倍率の切替え方法は、共に切替え操作が必要であり、観察者にとって負担となっている。特に検出器の切替えに関しては、結像レンズ系からの距離が短い位置にある検出器が、他の検出器に対して、検出信号を遮断する位置に配置されるため、当該検出器を検出信号経路から排除する動作が必要であり、一定の切替え時間が発生していた。また、上記切替え方法では、低倍率又は高倍率のどちらか一方の像を観察しているため、同時刻の低倍率像と高倍率像とを同時に観察することは不可能であった。
　なお、特許文献１に示す方法においては、結像レンズ系の拡大率の切替えタイミングと、表示装置における観察像の更新タイミングとを同期させることで、低倍率像及び高倍率像を同時に観察することが一応可能であるものの、像の更新速度が、結像レンズ系の拡大率の切替え時間で制限を受けるという技術上の課題を有している。また、一般的に透過電子顕微鏡の拡大レンズ系は磁気レンズを用いているため、上記拡大率の切替えは、軸ずれや焦点ずれを伴うという技術上の課題もある。
　そこで、発明者は、観察者による観察倍率の切替え操作だけでなく、結像レンズ系の拡大率の変化も不要で、しかも同時刻の低倍率像と高倍率像とを同時に観察することができる荷電粒子線装置を提供する。
　上記解題を解決する代表的な発明の一つとして、発明者は、「電子線を発生させる電子銃と、試料を透過した前記電子線を結像させる結像レンズ系と、前記結像レンズ系を経由した前記電子線を第１の像成分と第２の像成分とに分岐させる分岐部と、前記第１の像成分を検出し、第１の画像を出力する第１の画像検出部と、前記第２の像成分を検出し、第２の画像を出力する第２の画像検出部と、処理部と、表示部とを有し、前記第２の画像の倍率は前記第１の画像の倍率よりも大きく、前記処理部は、前記第１の画像と前記第２の画像とを合成して第３の画像を生成し、前記表示部は、前記第２の画像、及び前記第３の画像を表示する、荷電粒子線装置」を提案する。
　本発明によれば、結像レンズ系の拡大率を変化させることなく、異なる倍率の透過像を同時に観察することができ、観察条件の切替えに要する手間（拡大率の変更や検出器の切替え操作回数）を大幅に低減することができる。これにより、本発明は、透過電子顕微鏡の操作性を大きく向上させることができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
実施例１に係る透過電子顕微鏡の概略装置構成を示す図。 第１の投影面の断面形状とその上面形状を説明する図。 実施例１における画像処理の概念を説明する図。 実施例１における画像処理の他の概念を説明する図。 実施例２に係る透過電子顕微鏡の概略装置構成を示す図。 実施例２における画像処理の概念を説明する図。 実施例２における画像処理の他の概念を説明する図。
　以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の形態は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
（１）実施例１
　本実施例では、第１の投影面上に映し出された像を検出する第１のカメラの画像と、前記第１の投影面より下方に位置する第２の投影面上に映し出された像を検出する第２のカメラの画像とを同時に表示することで、低倍率による観察と高倍率による観察の同時実行が可能な透過電子顕微鏡について説明する。なお、本実施例は、権利の範囲を限定するものではない。
（１－１）装置構成
　図１に、本実施例で使用する透過電子顕微鏡の概略構成を示す。なお、図１では、鏡筒等、本発明の説明と直接関係のない構成部材についての記載を省略している。電子銃１から発生された電子線は、照射レンズ系３を通じて観察対象物２に照射される。このとき、対物レンズ系４により、電子線の焦点は観察対象物２に合わせられる。観察対象物２を透過した電子線は、結像レンズ系５によって拡大又は縮小され、第１の投影面６に結像される。本実施例の場合、第１の投影面６として用いられるシンチレータは、不透明な基板の表面に蛍光物質を塗布した構成を有している。このため、電子線の入射で発生した蛍光による像は、第１の投影面６の上方に反射し、第１の画像検出部７によって検出される。
　第１の投影面６には不図示の開口が形成されており、当該開口を通過した電子線は、第１の投影面６よりも下方に位置する第２の投影面８に到達する。第２の投影面８として用いられるシンチレータは、透明基板の表面に蛍光物質を塗布した構成を有している。このため、電子線の入射で発生した蛍光による像は、第２の投影面８の下方に配置された第２の画像検出部９において取得される。
　第１の画像検出部７及び第２の画像検出部９から出力された信号は、信号伝達部１０を通じてコンピュータ１１に入力される。コンピュータ１１には、種々の演算制御処理を実行する演算装置１２と、各種のデータを記憶する記憶装置１３とが設けられている。演算装置１２の具体的な処理動作については後述する。図１の場合、第１の画像検出部７で取得された画像は第１の出力部（表示部）１４に出力され、第２の画像検出部９で取得された画像は第２の出力部（表示部）１５に出力される。もっとも、第１の画像検出部７で取得された画像と第２の画像検出部９で取得された画像は１つの表示画面として合成され、１つの出力部（表示部）に出力されても良い。コンピュータ１１に対する操作情報の入力には入力装置１６が用いられる。
　図２に、第１の投影面６の形状を示す。図２の上段は、第１の投影面６の断面形状を表しており、下段は電子線の入射方向から第１の投影面６を見た第１の投影面６の上面形状を表している。図２に示すように、第１の投影面６のうち電子線の光軸と交差する領域付近には開口２１が形成されている。この開口２１の大きさは、開口２１を透過した電子線が第２の画像検出部９の検出範囲と一致するように定められている。開口２１の外縁を規定する開口部側面２２は、電子線の光軸に対して角度２３（θ）だけ傾斜されている。具体的には、シンチレータの下面側（第２の投影面８側）の開口径よりも上面側（電子線の入射側）の方の開口径の方が小さいテーパー形状に加工されている。換言すると、開口部側面２２の延長線が第１の投影面６の上方で電子線の光軸と交差するように形成されている。
　角度θは、結像レンズ系５の最下段に位置するレンズ２４の焦点位置から第２の投影面８までの距離２５（Ｌ）と、光軸２６から第２の画像検出部９の検出範囲の端面までの距離２７（Ｘ）及び次式を用いて導出することができる。ここでは、光軸２６から第２の投影面８の端面までの距離と光軸２６から第２の画像検出部９の検出範囲の端面までの距離２７（Ｘ）とが同じであるものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　第１の投影面６として用いられるシンチレータに設けられた開口２１の開口部側面２２に、角度θの傾斜を設けたことにより、開口２１に入射する電子線は、過不足なく、第２の投影面８に投影することができる。ここで、開口部側面２２には、電子線に対して不感光な物質を使用することで、第１の画像検出部７及び第２の画像検出部９への不要な信号（蛍光）の伝達を防ぐことができる。
（１－２）処理動作
　図３を用いて、図１に示す構成を有する透過電子顕微鏡で実行される処理動作について説明する。
　前述したように、本実施例で使用する第１の投影面６には、第２の画像検出部９の検出範囲に相当する大きさの開口２１が形成されている。このため、第１の画像検出部７のうち、開口２１に対応するピクセル領域３１には蛍光が入射することはない。このため、第１の画像検出部７から出力される第１の画像３２のうちピクセル領域３１に対応する部分の濃度値は極めて低くなる。本明細書では、この濃度値が極めて低くなる部分を「切除部分」ともいう。なお、第１の画像３２は、第１の投影面６を斜め上方から観察した画像であるので、実際には画像に歪が存在する。第１の画像３２は、演算装置１２において歪を除去した後の画像を表している。因みに、この第１の画像３２は、低倍率観察による画像に相当する。
　一方、第１の投影面６の開口２１に入射した電子線は、そのまま第２の投影面８に投影され、蛍光の強度値に応じた像へと変換される。この際、第２の投影面８に結像される像の焦点距離は、図３に示すように、第１の投影面６に結像される像の焦点距離よりも長くなる。このため、第２の画像検出部９からは、第１の画像３２よりも高倍率の第２の画像３３が、第１の画像３２と同時に出力される。すなわち、観察倍率の異なる第１の画像３２と第２の画像３３が同時に得られる。
　演算装置１２は、第２の画像３３を記憶装置１３上で複製し、複製画像３４を作成する。続いて、演算装置１２は、複製画像３４の画像サイズを、算出された倍率に応じて縮小する。複製画像３４を縮小した画像３５のサイズは、開口２１に対応するピクセル領域３１のサイズと一致する。演算装置１２は、縮小後の画像３５を第１の画像３２の切除部分（開口に対応するピクセル領域３１）に埋め込み、合成画像３６を作成する。
　この後、演算装置１２は、合成画像３６（第２の画像３３を縮小した画像３５と第１の画像３２の合成画像）を第１の出力部１４に表示し、第２の画像３３を第２の出力部１５に表示する。これらの処理を、第１の画像検出部７及び第２の画像検出部９の信号出力周期に同期して実行することで、第１の投影面６に投影された低倍率像と、第２の投影面８に投影された高倍率像とを、観察者は同時に観察することができる。
　なお、本実施例では、第１及び第２の投影面６及び８と第１及び第２の画像検出部７及び９の各パラメータを表１に示すように定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　このとき、第１の出力部１４と第２の出力部１５に表示された画像の倍率比は次式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　また、演算装置１２において算出される倍率は、次式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
（１－３）まとめ
　以上の通り、本実施例に係る透過電子顕微鏡を用いれば、低倍率観察と高倍率観察を同時に行うことができる。また、本実施例の場合には、観察条件の切替えが不要であるため、拡大率の変更や検出器の切替え操作の回数を大幅に低減することができ、透過電子顕微鏡の操作性を大きく向上させることができる。特に、鳥瞰観察と微小構造の観察を繰り返し行う細胞の形態観察分野への適用において高い効果が期待できる。また、前述したように、本実施例では、倍率の異なる画像を同時に取得できるため、時間的に形状や状態が変化する観察対象物２の観察への適用に適している。
（１－４）変形例１
　本実施例では、第１の画像３２に対して、第２の画像３３を複製後に縮小した画像３５を埋め込んで合成画像３６を生成しているが、第１の画像３２を第１の出力部１４にそのまま出力し、高倍率像に相当する第２の画像３３を縮小した画像３５を第２の出力部１５に出力しても、観察倍率の異なる画像の同時観察を実現することができる。
（１－５）変形例２
　本実施例では、第１の投影面６に投影された像を第１の画像検出部７で直接検出しているが、ミラーを介して第１の投影面６に投影された像を第１の画像検出部７に導き検出しても良い。
（１－６）変形例３
　本実施例では、合成画像３６を作成する際、コントラスト調整を行わずに作成しているが、演算装置１２において、第２の画像３３を複製後に縮小した画像３５と第１の画像３２との境界に位置する画素の濃度値の差又は比の平均値を算出し、該平均値を用いて、第１の画像３３及び／又は画像３５のコントラストを調整した後に合成画像３６を作成しても良い。このような処理機能の搭載により、境界部分のコントラストが大きい場合に生じる合成画像３６の違和感を低減することができる。
（１－７）変形例４
　本実施例では、第１の画像３２と、第２の画像３３を複製後に縮小した画像３５との境界部分に加工を施すことなく合成画像３６を作成しているが、演算装置１２において、第１の画像３２と画像３５の境界を枠で明示する合成画像３６を作成しても良い。
（１－８）変形例５
　本実施例では、第２の画像３３を第２の投影面８の下面側から取得しているが、第２の投影面８として用いられるシンチレータを、不透明な基板の表面に蛍光物質を塗布した構成とすることで、第２の投影面の上方側から投影像を取得しても良い。
（１－９）変形例６
　本実施例では、第２の画像３３を縮小した画像３５を第１の画像３２に埋め込んでいるが、図４に示すように、第１の画像３２の複製画像３７を拡大した画像３８に、第２の画像３３を埋め込んでも構わない。
（２）実施例２
　本実施例においては、観察倍率の異なる２つの画像を同時に取得するための別の手法について説明する。ここでは、投影面を１つのみ用いる実施例について説明する。具体的には、投影面上に映し出された像の全体を検出する第１のカメラの画像と、投影面上に映し出された像の一部分を拡大して検出する第２のカメラの画像を同時に表示することで、低倍率による観察と高倍率による観察の同時実行が可能な透過電子顕微鏡について説明する。本実施例は権利の範囲を限定するものではない。
（２－１）装置構成
　図５に、本実施例で使用する透過電子顕微鏡の概略構成を示す。図５では、図１との対応部分に同一符号を付して示している。同一の符号を付した部分の説明は省略する。実施例１との相違点は、電子線を蛍光に変換する投影面４１、ミラー４２、第１の画像検出部４３、拡大レンズ４４、第２の画像検出部４５である。
　本実施例の場合、投影面４１には、透明基板の表面全体に蛍光物質を塗布したシンチレータを使用する。投影面４１は透明であるので、電子線の入射で発生した蛍光による像は、投影面４１を透過し、ミラー４２に到達する。ミラー４２によって、像は、一部分とその他の部分とに分離される。後述するように本実施例のミラー４２には開口が形成されており、開口を通過する蛍光の像とその他の蛍光の像とに分離される。
　ミラー４２で反射された蛍光の像は、第１の画像検出部４３によって検出され、第１の画像として出力される。ミラー４２の開口を通過した蛍光の像は拡大レンズ４４によって拡大され、第２の画像検出部４５の撮像面に結像される。第２の画像検出部４５は、検出された像を第２の画像として出力する。
（２－２）処理動作
　図６を用いて、図５に示す構成を有する透過電子顕微鏡で実行される処理動作について説明する。図６には、図３及び図５と対応する部分に同一の符号を付して示している。
　前述したように、本実施例で使用するミラー４２には、第２の画像検出部９の検出範囲に相当する部分に開口５１が形成されている。この開口のサイズは、実施例１の開口２１と同様に定められている。ミラー４２で反射された像は、第１の画像検出部４３に映し出される。また、開口５１を通過した像は、拡大レンズ４４で拡大された後、第２の画像検出部４５に映し出される。第１及び第２の画像検出部４３及び４５から出力された信号に対する画像処理の内容は実施例１と同様である。
　なお、本実施例では、拡大レンズ４４と、第１及び第２の画像検出部４３及び４５の各パラメータを表２に示すように定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　このとき、第１の出力部１４と第２の出力部１５に表示された画像の倍率比は次式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　また、演算装置１２において算出される倍率は、次式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
（２－３）まとめ
　本実施例に係る透過電子顕微鏡によっても、実施例１に係る透過電子顕微鏡と同様の効果を実現することができる。
（２－４）変形例１
　本実施例の場合も、第１の画像３２に対して、第２の画像３３を複製後に縮小した画像３５を埋め込んで合成画像３６を生成しているが、第１の画像３２を第１の出力部１４にそのまま出力し、高倍率像に相当する第２の画像３３を縮小した画像３５を第２の出力部１５に出力しても、観察倍率の異なる画像の同時観察を実現することができる。
（２－５）変形例２
　本実施例の場合も、合成画像３６を作成する際、コントラスト調整を行わずに作成しているが、演算装置１２において、第２の画像３３を複製後に縮小した画像３５と第１の画像３２との境界に位置する画素の濃度値の差又は比の平均値を算出し、該平均値を用いて、第１の画像３３及び／又は画像３５のコントラストを調整した後に合成画像３６を作成しても良い。このような処理機能の搭載により、境界部分のコントラストが大きい場合に生じる合成画像３６の違和感を低減することができる。
（２－６）変形例３
　本実施例の場合も、第１の画像３２と、第２の画像３３を複製後に縮小した画像３５との境界部分に加工を施すことなく合成画像３６を作成しているが、演算装置１２において、第１の画像３２と画像３５の境界を枠で明示する合成画像３６を作成しても良い。
（２－７）変形例４
　本実施例では、開口５１付きのミラー４２を用いているが、ミラー４２に代えてハーフミラー又はビームスプリッターを用いても、前述の効果を得ることができる。
（２－８）変形例５
　本実施例では、第２の画像３３を縮小した画像３５を第１の画像３２に埋め込んでいるが、図７に示すように、第１の画像３２の複製画像３７を拡大した画像３８に、第２の画像３３を埋め込んでも構わない。
（３）他の実施例
　本発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。例えば前述の実施例では、透過電子顕微鏡について説明しているが、電子以外の荷電粒子（例えばイオン）を使用する顕微鏡装置にも適用することができる。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることができる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。
　また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより（すなわちソフトウェア的に）実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
１：電子銃
２：観察対象物
３：照射レンズ系
４：対物レンズ系
５：結像レンズ系
６：第１の投影面
７：第１の画像検出部
８：第２の投影面
９：第２の画像検出部
１０：信号伝達部
１１：コンピュータ
１２：演算装置
１３：記憶装置
１４：第１の出力部（表示部）
１５：第２の出力部（表示部）
１６：入力装置
２１：開口
２２：開口部側面
２３：角度θ
２４：結像レンズ系の最下段に位置するレンズ
２５：距離Ｌ
２６：光軸
２７：距離Ｘ
３１：開口に対応するピクセル領域
３２：第１の画像
３３：第２の画像
３４：第２の画像の複製画像
３５：縮小後の画像
３６：合成画像
３７：複製画像
３８：拡大後の画像
３９：合成画像
４１：投影面
４２：ミラー
４３：第１の画像検出部
４４：拡大レンズ
４５：第２の画像検出部
５１：開口

Claims (18)

  1. 　電子線を発生させる電子銃と、
    　試料を透過した前記電子線を結像させる結像レンズ系と、
    　前記結像レンズ系を経由した前記電子線を第１の像成分と第２の像成分とに分岐させる分岐部と、
    　前記第１の像成分を検出し、第１の画像を出力する第１の画像検出部と、
    　前記第２の像成分を検出し、第２の画像を出力する第２の画像検出部と、
    　処理部と、
    　表示部と、を有し、
    　前記第２の画像の倍率は前記第１の画像の倍率よりも大きく、
    　前記処理部は、前記第１の画像と前記第２の画像とを合成して第３の画像を生成し、
    　前記表示部は、前記第２の画像及び前記第３の画像を表示する
    　荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記処理部は、前記第２の画像を縮小し、縮小後の画像を前記第１の画像へ埋め込むことで前記第３の画像を生成する、荷電粒子線装置。
  3. 　請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記表示部は、縮小後の前記画像と前記第１の画像との境界に枠を付して表示する、荷電粒子線装置。
  4. 　請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記処理部は、縮小後の前記画像と前記第１の画像との境界周辺のコントラストを所定の値へ変更する、荷電粒子線装置。
  5. 　請求項４に記載の荷電粒子線装置において
    　前記分岐部は、開口が形成された第１のシンチレータであり、
    　前記第１の像成分は、前記第１のシンチレータからの光であり、
    　さらに、前記開口を通過した前記電子線を検出する第２のシンチレータを有し、
    　前記第２の像成分は、前記第２のシンチレータからの光である、荷電粒子線装置。
  6. 　請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第１のシンチレータの断面において、前記開口を規定する端面は、前記端面の延長線が前記シンチレータより上方で前記電子線の光軸と交差するよう傾斜している、荷電粒子線装置。
  7. 　請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記端面は、前記電子線に対して不感光である、荷電粒子線装置。
  8. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記処理部は、前記第１の画像と前記第２の画像との境界周辺のコントラストを所定の値へ変更して前記第３の画像を生成する、荷電粒子線装置。
  9. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において
    　前記分岐部は、開口が形成された第１のシンチレータであり、
    　前記第１の像成分は、前記第１のシンチレータからの光であり、
    　さらに、前記開口を通過した前記電子線を検出する第２のシンチレータを有し、
    　前記第２の像成分は、前記第２のシンチレータからの光である、荷電粒子線装置。
  10. 　請求項９に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第１のシンチレータの断面において、前記開口を規定する端面は、前記端面の延長線が前記シンチレータより上で前記電子線の光軸と交差するよう傾斜している、荷電粒子線装置。
  11. 　請求項９に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第１のシンチレータの断面において、前記開口を規定する端面は、前記電子線に対して不感光である、荷電粒子線装置。
  12. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において
    　前記分岐部は、開口が形成されたミラーであり、
    　前記第１の像成分は、前記ミラーからの光であり、
    　前記第２の像成分は、前記開口を通過した光である、荷電粒子線装置。
  13. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において
    　前記分岐部は、ハーフミラー又はビームスプリッターであり、
    　前記第１の像成分は、前記ハーフミラー又はビームスプリッターで反射された光であり、
    　前記第２の像成分は、前記ハーフミラー又はビームスプリッターを透過した光である、荷電粒子線装置。
  14. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記処理部は、前記第１の画像を拡大し、拡大後の画像に前記第２の画像へ埋め込むことで前記第３の画像を生成する、荷電粒子線装置。
  15. 　電子線を発生させる電子銃と、試料を透過した前記電子線を結像させる結像レンズ系と、前記結像レンズ系を経由した前記電子線を第１の像成分と第２の像成分とに分岐させる分岐部と、前記第１の像成分を検出し、第１の画像を出力する第１の画像検出部と、前記第２の像成分を検出し、第２の画像を出力する第２の画像検出部と、処理部と、表示部とを有する荷電粒子線装置における試料観察方法において、
    　前記第２の画像の倍率は前記第１の画像の倍率よりも大きい場合に、
    　前記処理部が、前記第１の画像と前記第２の画像とを合成して第３の画像を生成する処理と、
    　前記第２の画像及び前記第３の画像を前記表示部に表示する処理と
    　を有する荷電粒子線装置における試料観察方法。
  16. 　請求項１５に記載の荷電粒子線装置における試料観察方法において、
    　前記処理部は、前記第２の画像を縮小し、縮小後の画像を前記第１の画像へ埋め込むことで前記第３の画像を生成する、荷電粒子線装置における試料観察方法。
  17. 　請求項１６に記載の荷電粒子線装置における試料観察方法において、
    　前記表示部は、縮小後の前記画像と前記第１の画像との境界に枠を付して出力する、荷電粒子線装置における試料観察方法。
  18. 　請求項１６に記載の荷電粒子線装置における試料観察方法において、
    　前記処理部は、縮小後の前記画像と前記第１の画像との境界周辺のコントラストを所定の値へ変更する、荷電粒子線装置における試料観察方法。
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