JPH0619964B2

JPH0619964B2 - 電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH0619964B2
Application number: JP60250104A
Authority: JP
Inventors: 善博新井
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1985-11-08
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1994-03-16
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: JPS62110246A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は高倍における高分解能観察と低倍における良質
で広視野な像の観察を両立させることのできる電子顕微
鏡に関する。

［従来の技術］電子顕微鏡を用いて生物切片試料の観察が行なわれてい
る。このような生物切片試料の観察は一般に1000〜50,0
00倍の倍率範囲で行なわれるが、この際の像質を良好な
ものにするためには、以下の２点の要請が満足されねば
ならない。

（１）コントラストを高める。

（２）軸外色収差によるボケを少なくする。

まず、第１の要請について検討する。

生物切片試料観察でのコントラストは主に振幅コントラ
ストであり、第３図に示すように、試料からの電子線の
開き角αが小さい程コントラストは高くなる。但し第３
図において、１は対物レンズ，２は試料，３は対物絞
り、４は試料２の対物レンズ１による像，５は電子線で
ある。対物絞り３の位置は対物レンズ１の位置に略等し
いと看なせるため、対物レンズ１の焦点距離をｆ₀とす
ると、前記αと対物絞り３の孔径Ｄapとの間に以下の関
係が成立する。

αtanα＝Ｄap／２ｆ₀ ……（１）上式より、コントラストを高めるためには、対物レンズ
１の焦点距離を大きくするか、対物絞り３の孔径を小さ
くすることが必要であることが分る。

ところが、後述するように対物レンズ１の焦点距離ｆ₀
を大きくすると、軸上差即ち、球面収差係数Ｃs及び軸
上収差係数Ｃcが大きくなってしまうため、焦点距離ｆ₀
をさほど大きくすることはできない。そのため、上記低
倍像のコントラストを高めるなめには、対物絞り３の孔
径Ｄapをかなり小さいものにする必要がある。

次に第２の要請について検討する。

軸外色収差係数をＣmr，Ｕを電子線の加速電圧，ΔＵを
試料による電子線のエネルギー損失量，Ｒをフィルム面
上における中心からの距離とすると、フィルム面上での
像のボケ量Ｄcmrは以下の式で表わされる。

Ｄcmr＝Ｃmr・（ΔＵ／Ｕ）・Ｒ …（２）一方、第４図に示すように、試料２を照射する電子線が
光軸Ｃと交差する点と対物レンズ１との距離をδ，試料
２と対物レンズ１までの距離をＺ₀，対物レンズ１と対
物レンズ１による像４との距離をＺ₁とすると、Ｃmrは
以下のように表されることが知られている。

Ｃmr（１／Ｚ₀−１／Ｚ₁）／（１／δ−１／Ｚ₀）…（３）従って、軸外色収差をできるだけ小さくするためには、
８が無限大であれば良く、このことは無限遠点からの電
子線によって、換言すれば平行度の良い電子線によって
試料が照射されることが望ましい。

一方、電子顕微鏡において、高倍観察を行なう際の分解
能を高めるには、対物レンズの球面収差係数Ｃｓ及び軸
上色収差係数Ｃｃを小さくすることが必要であり、それ
には対物レンズの焦点距離ｆ_０を小さくすることが必要
である。又、適当な前方磁界を利用すると、前記Ｃｓ及
びＣｃを小さくするための効果が得られるため、従来の
電子顕微鏡に対物レンズ近傍の光学図は第５図のような
ものであった。

第５図において、１は対物レンズ、１ａ，１ｂは各々対
物レンズ近傍の前方及び後方磁界レンズであり、第５図
においては、第３図及び第４図と同一の構成要素は同一
符号で示されている。この第５図より明らかなように、
前述した理由から対物レンズ１の焦点距離ｆ_０が極めて
短くされているため、高倍の際に高分解能が得られる
が、電子線５のクロスオーバーする位置Ｐが対物絞り３
の位置よりかなり前方になるため、電子線５一部がカツ
トされてしまう。このような電子線５のカツトは高倍観
察の際には問題にならないが、低倍観察の際には視野を
狭めることになり、広い視野の観察が行なえなくなる。
勿論、前記位置Ｐに対物絞り３を配置できれば、このよ
うな問題は生じないわけであるが、対物絞り３を試料２
に近付けると、試料２の傾斜角等が制限させるため対物
絞り３と試料２との間は少なくとも第５図に示されてい
る距離程度離す必要がある。

［発明が解決しようとする問題点］そのため従来においては、高倍において高分解能観察を
行なうことはできても、低倍において良質な像を観察し
ようとすると、狭い視野の像しか観察することはできな
かった。

本発明はこのような従来の欠点を解決し、高倍における
高分解能観察と、低倍における良質で広視野の像を観察
することのできる電子顕微鏡を提供することを目的とし
ている。

［問題点を解決するための手段］そのため本発明は、照射レンズ系と、強い前方磁界レン
ズを有する対物レンズと、該対物レンズの前方磁界レン
ズと後方磁界レンズとの間に配置された試料と、対物絞
りと、前記対物レンズの後段に配置された結像レンズ系
を備える電子顕微鏡において、高倍観察時には前記対物
レンズの前方磁界レンズに略平行に入射した電子線が前
記対物レンズの後方磁界レンズと対物絞りとの間の位置
にクロスオーバーを結び、低倍観察時には前記対物レン
ズの前方磁界レンズに入射する直前で一旦クロスオーバ
ーを結んだ電子線が前記対物レンズにより略平行な電子
線束として試料に入射した後前記対物絞りの位置でクロ
スオーバーを結ぶように、前記照射レンズ系の励磁強度
が前記対物レンズの励磁状態を強励磁に維持した状態で
観察倍率の切換えに連動して変えられるように構成され
ている電子顕微鏡を特徴としている。

［実施例］以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。

本発明の一実施例を示す第１図において、図中６は電子
銃であり、電子銃６よりの電子線５は第１，第２，第３
の集束レンズ７，８，９に集束された後、対物レンズ１
の前方磁界レンズ１ａを介して試料２に入射する。試料
２を透過した電子線５は対物レンズ１の後方磁界レンズ
１ｂ及び対物絞り３の開口３ａを通過した後、第１，第
２，第３の中間レンズ１０，１１，１２及び投影レンズ
１３より成る結像レンズ系１４に入射する。その結果、
蛍光板１５上には試料２の電子顕微鏡像が結像される。
１６は前記第３の集束レンズ９の励磁電源であり、１７
は第１，第２，第３の中間レンズ１０，１１，１２の各
レンズに励磁電流を供給するための結像レンズ系励磁電
源である。１８は演算制御装置であり、演算制御装置１
８には記憶装置１９が接続されている。記憶装置１９に
は各観察倍率値に対応して結像レンズ系励磁電源１７よ
り各レンズ１０，１１，１２に送られる励磁電流値を指
定するためのデータがテーブルとして記憶されている。
又、記憶装置１９には、各観察倍率値に対応して集束レ
ンズ電源１６より第３の集束レンズ９に送られる励磁電
流を指定するためのデータがテーブルとして記憶されて
いる。２０は演算制御装置１８に接続された観察倍率を
指示するための操作卓である。

このような構成において、操作者が操作卓２０により高
倍、例えば倍率Ｍ１での観察を指示すると、操作卓２０
よりの指示信号に基づいて演算制御装置１８は記憶装置
１９に記憶されている第３の集束レンズ９の励磁電流値
データテーブルから倍率Ｍ１に対応する励磁電流データ
を読み出し、ＤＡ変換した後、集束レンズ電源１６に送
る。これと同時に、操作卓２０よりの観察倍率Ｍ１を指
示する信号に基づいて、演算制御装置１８は記憶装置１
９に記憶されている第１，第２，第３の中間レンズ１
０，１１，１２の励磁電流値データからこの倍率Ｍ１に
対応するデータを読み出し、結像レンズ系励磁電源１７
に送る。その結果、第２集束レンズ９は第２図（ａ）に
示すように無あるいは弱励磁にされ、第２集束レンズ９
において電子線は殆んど集束させることなく、対物レン
ズ１の前方磁界レンズ１ａに入射する。前方磁界レンズ
１ａに入射した電子線５は前方磁界レンズ１ａにより更
に集束された後、試料２に入射し、試料２より散乱され
た電子線５は対物レンズ１の後方磁界レンズ１ｂによっ
て更に集束される。後方磁界レンズ１ｂを経た電子線は
対物絞り３よりもかなり手前でクロスオーバーした後、
絞り３を通過して更に後段の結像レンズ系１４に入射す
る。この第２図（ａ）の光学図からも明らかなように、
対物レンズ１の焦点距離ｆ_０は充分短い値に設定されて
いるため、軸上色収差計数Ｃcや球面収差計数Ｃs等が小
さい値をとり、高分解能の高倍率像を観察することがで
きる。

次に操作卓２０により観察倍率として低倍の例えばＭ2
を指示したとすると、演算制御装置１８は記憶装置１９
に記憶されている第３の集束レンズ９の励磁電流値デー
タのうちから倍率Ｍ2 に対応する励磁電流値データを読
み出す。この読み出された励磁電流値データはＡＤ変換
された後、励磁電源１６に送られる。又、この際同時
に、前記操作卓２０よりの倍率Ｍ2 を指示する信号に基
づいて演算制御装置１８は、記憶装置１９に記憶されて
いる第１，第２，第３の中間レンズ１０，１１，１２の
励磁電流値データのうちから、倍率Ｍ2 に対応するデー
タを読み出し結像レンズ系励磁電源１７に送る。その結
果、第３の集束レンズ９は高倍観察時より強励磁される
ため、電子線５は第２図（ｂ）に示すように、第３集束
レンズ９と前方磁界レンズ１ａとの間において一旦クロ
スオーバーした後、前方磁界レンズ１ａに入射する。前
方磁界レンズ１ａに入射した電子線５はレンズ１ａによ
り更に集束されて略平行な電子線束として試料２に入射
し、試料２を透過した電子線５は後方磁界レンズ１ｂに
入射して、レンズ１ｂにより対物絞り３の開口部３ａに
おいて丁度クロスオーバーして、対物絞り３を通過す
る。このように、対物レンズの焦点距離ｆ_０を極めて短
く設定して高倍における高分解能像の観察が可能にされ
ていると共に、対物絞り３の径Ｄapを小さな値に設定し
て高コントラストの低倍像が得られるようにしているに
もかかわらず、電子線が対物絞りにより殆んどカットさ
れないため広い視野の像を観察できる。又、この際、試
料２に平行度の良好な電子線束が照射されるため、軸外
色収差計数が小さな値となり、ボケの少ない像を観察す
ることができる。

尚、上述した実施例は本発明の一実施例にすぎず、幾多
の変形が考えられる。

例えば、上述した実施例においては、第３の集束レンズ
の励磁電流を記憶装置に記憶されている励磁電流値テー
ブルを読み出すことにより指定するようにしたが、演算
により求めた励磁電流値信号に基づいて指定するように
しても良い。

［発明の効果］上述した説明から明らかなように、本発明に基づく電子
顕微鏡においては、高倍観察時には前記対物レンズの前
方磁界レンズに略平行に入射した電子線が前記対物レン
ズの後方磁界レンズと対物絞りとの間の位置にクロスオ
ーバーを結び、低倍観察時には前記対物レンズの前方磁
界レンズに入射する直前で一旦クロスオーバーを結んだ
電子線が前記対物レンズにより略平行な電子線束として
試料に入射した後前記対物絞りの位置でクロスオーバー
を結ぶように、前記照射レンズ系の励磁強度が前記対物
レンズの励磁状態を強励磁に維持した状態で観察倍率の
切換えに連動して変えられるように構成したため、対物
レンズの軸上色収差の影響が支配的となるような高倍観
察時にはこの軸上色収差が小さい条件で使用できると共
に、軸外色収差の影響が支配的となるような低倍観察時
にはこの軸外色収差が小さな条件で使用することができ
る。従って、本発明に基づく電子顕微鏡によれば、高分
解能の高倍像が観察できるだけでなく、広視野を維持し
たまま低倍像の像質をも向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すための図、第２図は上
述した一実施例装置の動作を説明するための光学図、第
３図は対物絞りの孔径に要求される条件を説明するため
の図、第４図は軸外色収差係数と試料を照射する電子線
との関係を説明するための図、第５図は従来装置の欠点
を説明するための図である。１：対物レンズ１ａ：対物レンズの前方磁界レンズ１ｂ：対物レンズの後方磁界レンズ２：試料、３：対物絞り４：対物レンズによる試料の像５：電子線、６：電子銃７，８，９：集束レンズ１０，１１，１２：中間レンズ１３：投影レンズ、１４：結像レンズ系１５：蛍光板、１６：集束レンズ電源１７：結像レンズ系電源１８：演算制御装置１９：記憶装置、２０：操作卓

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照射レンズ系と、強い前方磁界レンズを有
する対物レンズと、該対物レンズの前方磁界レンズと後
方磁界レンズとの間に配置された試料と、対物絞りと、
前記対物レンズの後端に配置された結像レンズ系を備え
る電子顕微鏡において、高倍観察時には前記対物レンズ
の前方磁界レンズに略平行に入射した電子線が前記対物
レンズの後方磁界レンズと対物絞りとの間の位置にクロ
スオーバーを結び、低倍観察時には前記対物レンズの前
方磁界レンズに入射する直前で一旦クロスオーバーを結
んだ電子線が前記対物レンズにより略平行な電子線束と
して試料に入射した後前記対物絞りの位置でクロスオー
バーを結ぶように、前記照射レンズ系の励磁強度が前記
対物レンズの励磁状態を強励磁に維持した状態で観察倍
率の切換えに連動して変えられるように構成されている
電子顕微鏡。