(57)【要約】【課題】検出器で検出した信号を音の情報に変換して最適な画質に調整することが可能な荷電粒子装置を提供する。【解決手段】本発明の荷電粒子装置は、一次荷電粒子線と試料の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を音波に変換する音波変換部を備える。【選択図】図１
2014110163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次荷電粒子線と試料の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を音波に変換する音波変換部を備えることを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子装置において、
前記一次荷電粒子線の焦点を調節するための焦点調節インターフェースを更に備え、
前記音波変換部は、前記焦点調節インターフェースによる前記一次荷電粒子線の焦点位置の調節に応じて、前記音波を出力することを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子装置において、
非点収差または球面収差を補正するための収差調節インターフェースを更に備え、
前記音波変換部は、前記収差調節インターフェースによる前記非点収差または球面収差の調節に応じて、前記音波を出力することを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子装置において、
試料像の明るさを調節するための明るさ調整インターフェースを更に備え、
前記音波変換部は、前記明るさ調整インターフェースによる前記試料像の明るさの調節に応じて、前記音波を出力することを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項５】
一次荷電粒子線と試料の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を画像信号に変換する画像演算部と、
前記検出信号の時間的な強度変化を音波に変換する音波変換部と、
前記画像信号に基づく画像を表示する画像表示部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項６】
請求項５に記載の荷電粒子装置において、
前記一次荷電粒子線の焦点を調節するための焦点調節インターフェースを更に備え、
前記音波変換部は、前記焦点調節インターフェースによる前記一次荷電粒子線の焦点位置の調節に応じて、前記音波を出力し、
前記画像表示部は、前記焦点調節インターフェースによる前記一次荷電粒子線の焦点位置の調節に応じて、前記画像を表示することを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項７】
請求項５に記載の荷電粒子装置において、
非点収差または球面収差を補正するための収差調節インターフェースを更に備え、
前記音波変換部は、前記収差調節インターフェースによる前記非点収差または球面収差の調節に応じて、前記音波を出力し、
前記画像表示部は、前記収差調節インターフェースによる前記非点収差または球面収差の調節に応じて、前記画像を表示することを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項８】
請求項５に記載の荷電粒子装置において、
試料像の明るさを調節するための明るさ調整インターフェースを更に備え、
前記音波変換部は、前記明るさ調整インターフェースによる前記試料像の明るさの調節に応じて、前記音波を出力し、
前記画像表示部は、前記明るさ調整インターフェースによる前記試料像の明るさの調節に応じて、前記画像を表示することを特徴とする荷電粒子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子装置に関し、特に、観察する試料拡大像の画像調整において、検出した信号を音響的に変換する荷電粒子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線を試料上で走査し試料の拡大像を得る走査電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡では、試料への照射一次電子線との相互作用によって二次電子、反射電子（試料後方散乱電子）、試料前方散乱電子、透過電子など様々な種類の電子が得られる。試料と検出位置の関係によって各種の電子が弁別されて検出され、それぞれの検出器において特徴ある像コントラストを得て試料の走査拡大像を形成することが可能である。また、イオンビームを照射して、一次荷電粒子線と試料の相互作用によって二次電子、反射電子が得られる。それぞれの検出器で各種の電子が弁別されて検出され、特徴ある像コントラストを得て試料の走査拡大像を形成することが可能である。さらに、透過電子顕微鏡では電子線を試料上に照射し、試料の後段に設置した結像レンズを用いて蛍光板、フィルム、カメラ上に試料拡大像を形成することが可能である。
【０００３】
走査透過電子顕微鏡を例として、試料拡大像の像信号と画像調整について説明する。走査透過電子顕微鏡は、電子線を微小なスポットに形成し試料上を走査した際に発生した試料からの二次電子、前方散乱電子や透過電子を用いて像形成するもので、サブナノメートルサイズの到達分解能に達する。
【０００４】
走査透過電子顕微鏡で観察・記録した試料拡大像を最良の分解能で観察するために、電子線の光軸の調整した後、一次電子線の焦点および非点収差調整を精細に行う必要がある。また収差補正器を搭載した走査透過電子顕微鏡では、球面収差および副次的に発生する２次以上の高次収差も補正する必要がある。
【０００５】
走査透過電子顕微鏡をはじめとした荷電粒子装置における試料拡大像の調整は、一般的に焦点補正だけの一次元方向における調整では改善せず、２次元的に焦点補正をしながら非点収差補正を行う必要がある。特に観察対象が１０ｎｍ以下の微小な構造を観察する場合には、画像調整はリアルタイムに画像の細かな変化に注目して厳密に行わなければならない。ユーザには難しい操作を要求し、特に初心者にとっては操作が難しかった。
【０００６】
画像調整を行う先行技術としては、特許文献１に示すような荷電粒子装置における自動調整方法が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１０８５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、高精度での荷電粒子装置の画像調整をリアルタイムに変化する画像で行うのは、ユーザにとって困難であった。
【０００９】
本発明は、荷電粒子装置の画像調整をリアルタイムに変化する画像で行うのではなく、検出器で検出した信号を音の情報に変換し、その音の情報に基づいて最適な画質に調整することが可能な荷電粒子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、一次荷電粒子線と試料の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を音波に変換する音波変換部を備える荷電粒子装置が提供される。
【００１１】
また、別の例では、一次荷電粒子線と試料の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を画像信号に変換する画像演算部と、前記検出信号の時間的な強度変化を音波に変換する音波変換部と、前記画像信号に基づく画像を表示する画像表示部と、を備える荷電粒子装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の荷電粒子装置は、焦点などの画像調整の際にリアルタイムに変化する画像信号を音波に変換するため、ユーザはその音波に基づいて最適な画像の状態に容易に調整することが可能になる。
【００１３】
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の荷電粒子装置の概略構成図である。
【図２】焦点の変化に伴う試料拡大像の変化と、画像信号の焦点状態に対する可聴周波数の変化を説明する図である。
【図３】非点収差の変化に伴う試料拡大像の変化と、画像信号の非点収差状態に対する可聴周波数の変化を説明する図である。
【図４】像明るさと音圧レベルとの関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
【００１６】
荷電粒子線装置は、電子や陽イオンなどの電荷をもつ粒子（荷電粒子）を電界で加速し、試料に照射する装置である。荷電粒子線装置は、試料と荷電粒子との相互作用を利用して、試料の観察、分析、加工などを行う。荷電粒子線装置の例として、電子顕微鏡、電子線描画装置、イオン加工装置、イオン顕微鏡などが挙げられる。本発明は、これら荷電粒子線装置に適用可能である。以下では、荷電粒子線装置の一例を説明する。
【００１７】
＜第１実施例＞
図１は、本実施例に係る荷電粒子装置の概略構成図である。荷電粒子装置は、電子銃１と、収束レンズ３と、絞り４と、収差補正器５と、電子線偏向器（電子線走査器・非点収差補正器）６と、対物レンズ７と、二次電子検出器８、９と、試料ステージ駆動機構１０と、結像レンズ系１１と、前方散乱電子検出器１２と、透過電子検出器１３と、フォーカス可変装置１６、画像演算装置２０、画像記録装置２１と、画像表示装置２２と、電気信号を増幅する信号増幅器２３と、増幅された電気信号を音波の振動に変換する拡声器（スピーカやヘッドホン）２４とを備える。
【００１８】
図１に示すように、電子銃１で発生した一次電子線２は、収束レンズ３で収束されて絞り４を通過する。図１では簡単のために収束レンズは１段で示しているが、照射角を変更するために２段、電子銃１で発生した電子源の縮小率を固定したままで照射角を変更するためには３段以上の収束レンズで構成する。絞り４は、所望の試料面上での照射角を得るために任意の絞り直径に設定される。試料１５に照射される電子線の照射角は、この絞り４の直径で決定される。なお、絞り４は収束レンズ３の後段に設置しているが、照射角を変化する目的であれば設置位置は問わない。
【００１９】
本実施例では一次電子線２の試料位置でのビーム径を０．１ｎｍ以下に絞るために、対物レンズ７の球面収差を補正するための収差補正器５を搭載している。収差補正器５は、使用する多極子レンズの組み合わせによってさまざまな構成があるが、本実施例では、球面収差の収差補正器５の電子線入射側に１つの電子レンズを有すれば、その収差補正器５の構造は、６極子型でも４極子−８極子複合型であっても構わない。また、第１実施例の荷電粒子装置の構成として搭載の有無はこだわらない。
【００２０】
電子線偏向器６により一次電子線２が試料１５上を走査する。この走査方向は走査信号発生器１７で生成された電流波形に応じる。なお、電子線偏向器６の構造は磁場的あるいは電場的のいずれでもよい。
【００２１】
対物レンズ７で微小に絞られた一次電子線２は、試料１５に照射され、二次電子１４が試料１５から発生し、その二次電子１４が、上部二次電子検出器８または下部二次電子検出器９によって検出される。図１は、上部、下部２台の二次電子検出器８，９の例を示しているが、１台でも良い。また検出器の構造は、蛍光体と光電子増倍管からなる検出器でも良いし、半導体検出器でも良い。また、図１には示されていないが、二次電子検出器８，９と試料１５との間に電子線エネルギーを弁別するエネルギーフィルターや電磁場による二次電子と反射電子の弁別器の存在にはこだわらない。
【００２２】
試料１５を透過した透過電子および前方散乱電子は、試料１５の後段に配置された結像レンズ系１１によって適宜調節され、その後、結像レンズ系１１の後段に配置した前方散乱電子検出器１２と透過電子検出器１３によって検出される。これらの検出器１２、１３で検出された各種信号電子線は、各々増幅回路を経由した後、信号ミキサー１８に入力される。これにより、所望の試料１５と相互作用して発生した電子によって検出された信号が選択される。信号ミキサー１８を通過した信号は、信号同期装置１９において走査信号と同期が取られ、画像演算装置２０に入力される。なお、結像レンズ系１１の段数にはこだわらない。
【００２３】
画像演算装置２０は、入力された信号から２次元の画像として走査像の画像信号を形成する。この走査像の画像信号は、画像記録装置２１に記録され、画像表示装置２２において表示される。
【００２４】
本実施例では、画像信号は、信号増幅器２３で増幅され、拡声器（スピーカやヘッドホン）２４に入力される。拡声器２４は、ピックアップコイルもしくは圧電素子などを備える。拡声器２４では、ピックアップコイルもしくは圧電素子などにより空気の振動として音波に変換される。すなわち、拡声器２４では、増幅後の画像信号が音波に変換され、音波として出力される。
【００２５】
上述したように、一次電子線２と試料１５との相互作用で発生した電子は、各検出器（８、９、１２、１３）で検出される。一次電子線２と試料１５との相互作用で発生した電子の検出信号は、時系列に信号強度の変化として信号増幅器２３に与えられ、拡声器２４によって音波として出力される。
【００２６】
なお、試料１５に照射される一次電子線２の焦点は、対物レンズ７または試料ステージ（図示せず）を駆動する試料ステージ駆動機構１０を制御するフォーカス可変装置１６で調整される。ここで、図示されていないが、試料ステージは、試料１５を保持するものであり、試料ステージ駆動機構１０と接続されている。
【００２７】
次に、荷電粒子装置の各構成要素を制御するためのインターフェースについて説明する。
【００２８】
焦点調節インターフェース２５は、フォーカス可変装置１６を制御するためのインターフェースである。最適な画像を得るために、ユーザは焦点調節インターフェース２５を操作する。焦点調節インターフェース２５は、ユーザからの入力を受け取り、フォーカス可変装置１６を介して対物レンズ７の励磁電流または試料ステージの高さを調節することにより焦点補正処理を実行する。
【００２９】
収差調節インターフェース２６は、収差補正器５または電子線偏向器６の強度を調節するためのインターフェースである。収差調節インターフェース２６を用いて収差補正器５または電子線偏向器６を調節することにより、非点収差または球面収差を補正することができる。
【００３０】
また、上部二次電子検出器用増幅調節インターフェース２７は、上部二次電子検出器８の増幅率を調節するためのインターフェースである。また、下部二次電子検出器用増幅調節インターフェース２８は、下部二次電子検出器９の増幅率を調節するためのインターフェースである。また、前方散乱電子検出器用増幅調節インターフェース２９は、前方散乱電子検出器１２の増幅率を調節するためのインターフェースである。さらに、透過電子検出器用増幅調節インターフェース３０は、透過電子検出器１３の増幅率を調節するためのインターフェースである。なお、上述したインターフェース２５、２６、２７、２８、２９、３０は、つまみ等のユーザが操作する何らかの操作手段でも良いし、ディスプレイを介して入力を行うようなインターフェースでも良く、既存の様々なインターフェースを用いることができる。
【００３１】
図２は、焦点の変化に伴う試料拡大像の変化と、画像信号の焦点状態に対する可聴周波数の変化を説明する模式図である。
【００３２】
図２（Ａ）は、（ａ）から（ｇ）に焦点が変化した場合の試料拡大像の変化の様子を示す模式図である。本図で示した状態は理想的に荷電粒子装置の収差が補正されていて、電子線が試料に対して垂直に入射している状態で、焦点のみがずれている状態であることを仮定する。
【００３３】
正焦点の状態（ｄ）は、荷電粒子線ビームスポットが最小錯乱円を形成している状態で試料に照射されており、画像がもっともシャープに観察される。この状態の試料拡大像は、高精細に試料の情報が反映されており、画像の情報量が最大の状態である。また、画像をフーリエ変換した際の空間周波数は最も高くなる。
【００３４】
図２（Ｂ）は、焦点位置と可聴周波数の変化の特性を示したグラフである。図２（Ｂ）の焦点位置は、図２（Ａ）の（ａ）から（ｇ）に対応する。合焦点では、画像の空間周波数が高くなり、かつ観察している試料の構造の特徴に対応した特定の可聴周波数が得られる。この周波数は音の高低として捉えられる。観察している試料の構造に応じた周波数が得られるため、観察像の倍率や電子線の走査速度に応じて周波数は変化する。この例では、正焦点の状態（ｄ）のときに、最も高い可聴周波数が得られている。
【００３５】
図２（Ｃ）は、電子線の焦点の状態と音波のスペクトルの関係を示した説明図である。正焦点（ｄ）の状態では、試料の構造に応じた音波の周波数が得られる。本図では、単一周波数のスペクトルが発生している例を示しているが、複雑な周期的構造を有する試料の場合には、複数の周波数からなるスペクトルを有する。
【００３６】
図２（Ａ）に示すように、焦点を不足焦点側に変化させると構造がぼやけてくる。さらに不足焦点量を大きくすると像ぼけが大きくなり、構造が大きく見えるようになる。不足焦点が大きくなるに伴い、試料拡大像は画像の情報量が小さくなり、図２（Ｂ）に示すように、フーリエ変換した画像の空間周波数は低くなっていく。
【００３７】
図２（Ａ）に示すように、焦点を過焦点側に変化させた場合も、不足焦点の場合と同様に構造がぼやけてくる。さらに過焦点量を大きくすると像ぼけが大きくなり、構造が大きく見えてくる。過焦点が大きくなるに伴い、試料拡大像は画像の情報量が小さくなり、図２（Ｂ）に示すように、フーリエ変換した画像の空間周波数は低くなっていく。
【００３８】
図２（Ａ）の（ａ）や（ｇ）のような焦点が大幅にずれて画面上に構造が見られないほどの状態では、画像がノイズ状の一様なコントラストの画像になる。この状態で得られる信号はランダムな周波数特性を有し、図２（Ｃ）の焦点位置（ａ）／（ｇ）に示すような特定周波数を有しないホワイトノイズ状の音波が拡声器２４から発せられる。
【００３９】
本実施例の荷電粒子装置を用いて、ユーザは次のような手続きで焦点を補正する。焦点ずれが大きいため構造が判別できない様態を開始点と仮定する。
【００４０】
画像表示装置２２には、焦点ずれのため図２（Ａ）の（ａ）や（ｇ）のようなコントラストがない一様な画像として表示される。同時に、拡声器２４からはホワイトノイズ状の特定周波数を有さない音波が出力され、ユーザは焦点がずれていることを画像および音波の両方から認識することができる。
【００４１】
続いて、焦点を焦点調節インターフェース２５を用いて調節し、対物レンズ７の強度を変えて電子線径を細く絞るか、試料ステージ駆動機構１０を用いて正焦点位置に試料高さを調節していくと、試料構造が画像表示装置２２に現れてくる。この時、試料構造、観察倍率、走査速度に応じた周波数スペクトルが発生し、拡声器からは特定周波数の音波が発生する。画像表示装置２２に表示された画像の鮮鋭さと、特定周波数の音波から焦点を補正することができる。
【００４２】
ユーザが荷電粒子装置を用いて像観察する際の調整において、より高分解能な画像を得るためには焦点などを精度良く調整する必要がある。従来はこの調整はモニタに映し出された試料拡大像や蛍光板上に投影された試料拡大像を観察しながらリアルタイムに最適になるように調整したが、高精細な画像を得るためには経験と技量を必要とした。また細かい構造の微細な変化を肉眼でとらえる必要があるため、長時間の調整は疲労を伴った。
【００４３】
これに対して、本実施例の荷電粒子装置によれば、一次電子線２と試料１５の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を画像信号に変換する画像演算装置２０と、一次電子線２と試料１５の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を音波に変換する拡声器２４と、画像信号に基づく画像を表示する画像表示装置２２と、を備え、拡声器２４は、焦点調節インターフェース２５による一次電子線２の焦点位置の調節に応じて、音波を出力し、画像表示装置２２は、焦点調節インターフェース２５による一次電子線２の焦点位置の調節に応じて、画像を表示する。
【００４４】
上述の構成によれば、リアルタイムに画像を表示し、かつ画像信号が可聴周波数に変換された検出信号の周波数変化を音波に変換することにより、試料拡大像の合焦点位置の調節を行うことができる。ユーザは、聴覚で焦点の変化をとらえることができ、試料拡大像の合焦点位置を的確に調節することができる。
【００４５】
＜第２実施例＞
第２実施例では、図１の荷電粒子装置において音波により非点収差を補正する実施例を説明する。第２実施例の荷電粒子装置の構成は、図１の第１実施例の構成と同一である。
【００４６】
図３（Ａ）は、電子レンズに非点収差がある場合の光学系の光線図であり、図３（Ｂ）は、非点収差を補正する際の画像の変化を説明する図である。図３（Ａ）の（ｂ）〜（ｄ）は、図３（Ｂ）の（ｂ）〜（ｄ）に対応する。電子レンズの非点収差は、電子レンズを形成する磁場が回転対称にならず、電子線のｘ軸方向とｙ軸方向の焦点距離が異なるために発生する。非点収差が存在すると、電子線の断面が真円ではなく楕円状になり、試料像は、図３（Ａ）の（ｂ）や（ｄ）のような伸びた像になる。非点収差が非常に大きい（ａ）や（ｅ）のような場合には、画像がぼけてしまい焦点ずれの場合と同様にコントラストが一様な画像になる。
【００４７】
図３（Ｃ）は、電子線の非点収差の状態に対する可聴周波数のスペクトル変化を説明する模式図である。一方向にのみ焦点があったような状態の電子線の断面が楕円状になった条件（ｂ）や（ｄ）では、構造に応じたスペクトルが生ずる。本図では、単一周波数のスペクトルが発生している例を示しているが、複雑な周期的構造を有する試料の場合には、複数の周波数からなるスペクトルを有する。
【００４８】
図３（Ｂ）の（ａ）や（ｅ）のような画面上に構造が見られないほどの非点収差がずれた状態では、画像がノイズ状の一様なコントラストの画像になる。この状態で得られる信号はランダムな周波数特性を有し、図３（Ｃ）の焦点位置（ａ）／（ｅ）に示すような特定周波数を有しないホワイトノイズ状の音波が拡声器２４から発せられる。
【００４９】
正焦点の状態（ｃ）は荷電粒子線ビームスポットが最小錯乱円を形成している状態で試料に照射されており、画像が最もシャープに観察される。この状態の試料拡大像は高精細に試料の情報が反映されており、画像の情報量が最大の状態である。また画像をフーリエ変換した際の空間周波数は最も高くなる。
【００５０】
本実施例の荷電粒子装置を用いて、ユーザは次のような手続きで非点収差を補正する。試料に照射される電子線の非点補正は、収差補正器５または電子線偏向器６を用いて行う。ここでは、非点収差のずれが大きいため構造が判別できない様態を開始点と仮定する。
【００５１】
画像表示装置２２には、非点収差のずれのため図３（Ｂ）の（ａ）や（ｅ）のようなコントラストがない一様な画像として表示される。同時に、拡声器２４からはホワイトノイズ状の特定周波数を有さない音波が出力され、ユーザは非点収差のずれの大きさを画像および音波の両方から認識することができる。
【００５２】
続いて、収差調節インターフェース２６を用いて非点収差を調節する。収差調節インターフェース２６を用いて収差補正器５または電子線偏向器６の強度を変えて非点収差を補正すると、試料構造が画像表示装置２２に現れてくる。この時、試料構造、観察倍率、走査速度に応じた周波数スペクトルが発生し、拡声器からは特定周波数の音波が発生する。非点収差が補正できた状態は、ライン状な状態（図３（Ａ）の（ｂ）と（ｄ）の中間に位置する（ｃ）の状態）であるので、画像表示装置２２に表示された画像の鮮鋭さを視認しつつ、特定周波数の音波が発生した（ｂ）点と（ｄ）点のほぼ中間に調節することで非点収差を補正することができる。
【００５３】
本実施例の荷電粒子装置によれば、拡声器２４は、一次電子線２と試料１５の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を音波に変換し、収差調節インターフェース２６による非点収差の調節に応じて音波を出力する。また、画像表示装置２２は、収差調節インターフェース２６による非点収差の調節に応じて画像を表示する。
【００５４】
この構成によれば、リアルタイムに画像を観察し、かつ画像信号が可聴周波数に変換された検出信号の周波数変化を音波に変換することにより、試料拡大像の非点収差の補正を行うことができる。ユーザは、聴覚で非点収差の変化をとらえることができ、非点収差を的確に調節することができる。なお、上述では非点収差の補正についてのみ説明したが、球面収差の補正についても、収差調節インターフェース２６を用いて収差補正器５または電子線偏向器６を制御することにより可能である。
【００５５】
＜第３実施例＞
第３実施例では、図１の荷電粒子装置にて音波により画像の明るさを観察に適する状態に補正する実施例を説明する。第３実施例の荷電粒子装置の構成は、図１の第１実施例の構成と同一である。
【００５６】
図４は、試料拡大像の明るさと音圧レベルの関係を説明する図である。図４の上部では、例として、信号量が少ないために暗く表示された真黒な画像（Ａ）、適度に信号があり最適明るさを有する画像（Ｂ）、信号量が多いために明るくなり白く飽和してしまった画像（Ｃ）を挙げる。
【００５７】
暗い画像（Ａ）は、検出器に接続された増幅器の増幅率の不足やソフトウェアの画像調整で明度が抑えられた場合や、透過電子線や前方散乱電子線が厚い試料で遮られ試料後段に位置する検出器に電子が入射されない場合などに出力される画像である。明るい画像（Ｃ）は、検出器に対して入力される信号強度が大きすぎる場合や入射電子量が多すぎる場合、増幅器の増幅率が大きすぎて信号が飽和してしまった結果として出力される画像である。
【００５８】
暗い画像（Ａ）や明るい画像（Ｃ）は、信号がゼロレベルまたは最大値で飽和してしまっている状態であるため、時間に対する信号の変化がなく、一定値として出力される。したがって、画像信号を音波に変換した際、音圧レベルが低下し、図４の像の明るさと音圧レベルとの関係のグラフで示すように、暗い画像（Ａ）、明るい画像（Ｃ）では音波が発生しない。
【００５９】
最適明るさの画像（Ｂ）は、検出器の増幅率が適度に調節されており、飽和していない状態を示す。この状態では、試料や構造がなくとも検出器は信号を線形に増幅するため、部品そのものから発生する真性雑音と呼ばれる熱雑音、ショット雑音などによる時間に対してランダムな周波数特性を有するノイズが発生する。このため、図２（Ｃ）で示したような特定の周波数特性を持たないホワイトノイズを音波として拡声器２４から出力する。また、図４の像の明るさと音圧レベルとの関係のグラフで示すように、像の明るさに応じて発生する音波の音圧レベルが変化し、最適な明るさに調節できた状態で音圧レベルが最大値に達する。
【００６０】
本発明の荷電粒子装置における画像の明るさ調節は、例えば次のような手順で行う。画像の明るさ調節は、図１における検出器８、９、１２、１３のいずれかを用いる。検出器８、９、１２、１３の増幅率の調節を、それぞれの調節インターフェースである上部二次電子検出器用増幅調節インターフェース２７、下部二次電子検出器用増幅調節インターフェース２８、前方散乱電子検出器用増幅調節インターフェース２９、透過電子検出器用増幅調節インターフェース３０のいずれかで行う。ここでは、調整の開始点を図４の暗い画像（Ａ）とする。また、構造が均一な試料が挿入されている状態を仮定する。
【００６１】
図４の暗い画像（Ａ）では、拡声器２４から出力される音波の音圧レベルが低い。したがって、検出器８、９、１２、１３の増幅調節インターフェース２７、２８、２９、３０のいずれかを調整する。この際、画像の明るさが明るくなるにしたがって信号レベルが高まり、拡声器２４からはホワイトノイズ状の音波が発せられ、徐々に音波の音圧レベルが高まってくる。
【００６２】
最適明るさの増幅率を超えると、画像の明るさはさらに増していくが、信号が飽和していくため、拡声器２４から発生する音波の音圧レベルは徐々に低下する。信号が完全に飽和して白い画像になってしまった場合には、音圧レベルが下がり、ユーザは音波として捉えられなくなってしまう。したがって、ユーザは、画像の明るさが明るくなって、ホワイトノイズ状の音波の音圧レベルが最も大きくなった状態（すなわち、図４の最適明るさの画像（Ｂ）の状態）に調節することにより、的確な明るさに調整することが可能となる。
【００６３】
本実施例の荷電粒子装置によれば、拡声器２４は、一次電子線２と試料１５の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を音波に変換し、増幅調節インターフェース２７、２８、２９、３０による試料像の明るさの調節に応じて、音波を出力する。また、画像表示装置２２は、増幅調節インターフェース２７、２８、２９、３０による試料像の明るさの調節に応じて、画像を表示する。
【００６４】
この構成によれば、リアルタイムに画像を観察し、かつ画像信号が可聴周波数に変換された検出信号の周波数変化を音波に変換することにより、荷電粒子装置の明るさ調整を行うことができる。ユーザは、聴覚で明るさの変化をとらえることができ、試料像の明るさを的確に調節することができる。
【００６５】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。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ものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることがあり、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可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６６】
上述した第１乃至第３実施例では、一次荷電粒子線と試料の相互作用で発生した電子の検出信号の時間的な強度変化を画像信号と音波の両方に変換する例を示したが、この例に限定されない。検出信号を音波のみに変換して、ユーザが聴覚で音波を認識しつつ、焦点、非点収差、明るさの調整を行うように構成してもよい。
【００６７】
上述では、焦点、非点収差、及び明るさの調整を説明したが、荷電粒子装置は、これらの調整を予め決められた順序で調整するように構成されても良いし、これらの調整をユーザ側で適宜切替えるための切替装置を備えても良い。
【００６８】
また、図面における制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  電子銃
２  一次電子線
３  収束レンズ系
４  絞り
５  収差補正器
６  電子線偏向器（電子線走査器・非点収差補正器）
７  対物レンズ
８  上部二次電子検出器
９  下部二次電子検出器
１０  試料ステージ駆動機構
１１  結像レンズ系
１２  前方散乱電子検出器
１３  透過電子検出器
１４  二次電子
１５  試料
１６  焦点可変装置
１７  走査信号発生器
１８  信号ミキサー
１９  信号同期装置
２０  画像演算装置（画像演算部）
２１  画像記録装置
２２  画像表示装置（画像表示部）
２３  増幅器
２４  拡声器（音波変換部）
２５  焦点調節インターフェース
２６  収差調節インターフェース
２７  上部二次電子検出器用増幅調節インターフェース（明るさ調整インターフェース）
２８  下部二次電子検出器用増幅調節インターフェース（明るさ調整インターフェース）
２９  前方散乱電子検出器用増幅調節インターフェース（明るさ調整インターフェース）
３０  透過電子検出器用増幅調節インターフェース（明るさ調整インターフェース）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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