(57)【要約】【課題】ヒステリシスの影響で、視野探しで決めた撮影場所を正しく再現できないという問題を解決するため、モードのループを予め実行してヒステリシスを除去する操作を手動で行うことなく、自動遷移ボタンを用いて行うことのできる、ヒステリシス除去方法を提供する。【解決手段】ステップＳ２にて、コンピュータ３が本発明のソフトウェアを起動する。具体的に、操作者は、透過型電子顕微鏡１をサーチモード、フォーカスモード、フォトモードのいずれかにした状態で、コンピュータ3上で本発明のソフトウェアを起動する。ステップＳ３にて、ソフトウェアは、現在のモードの読み取りを行う。具体的に、ソフトウェアは透過型電子顕微鏡１から現在のモードを読み取り、「次のモードに遷移」と書かれたボタン、「確認作業開始」と書かれたボタン、「終了」と書かれたボタンを表示する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型電子顕微鏡を用いて試料の観察を行う際に、低照射機能のサーチモード、フォーカスモード、フォトモード間のモード遷移を自動遷移ボタンを用いて自動的に行い、視野ずれの原因となるヒステリシスを除去する自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法であって、
前記透過型電子顕微鏡から現在のモードを読み取るモード読み取りステップと、
前記モード読み取りステップの後に、操作者に操作させる自動遷移ボタンを表示するステップと、
前記自動遷移ボタンが操作者に操作されると、前記透過型電子顕微鏡の現在のモードをサーチモード、フォーカスモード、フォトモードの順を繰り返す順序で次のモードに遷移するステップと、
前記遷移するステップに応答して前記透過型電子顕微鏡が遷移したモードにてヒステリシスによるずれが補正されてずれがなければ、透過型電子顕微鏡に前記順序でモード遷移を繰り返させるステップと、
前記繰り返させるステップの後に前記透過型電子顕微鏡のモードを前記順序でサーチモードに遷移させるステップと
を有することを特徴とする自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法。
【請求項２】
前記遷移を繰り返すステップの後に、ヒステリシスによるずれがあるかないかを操作者に判断させるステップを有し、そこでずれがなければ上記サーチモードにするステップに移行することを特徴とする請求項１記載の自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法。
【請求項３】
前記遷移を繰り返すステップの後に、ヒステリシスによるずれがあるかないかを操作者に判断させるステップを有し、そこでずれがあると、操作者にヒステリシスによるずれを補正させてから、前記自動遷移ボタンの表示ステップに移行することを特徴とする請求項１記載の自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型電子顕微鏡を用いて試料の観察を行う際に、低照射機能のモード遷移を自動遷移ボタンを用いて自動的に行い、視野ずれの原因となるヒステリシスを除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型電子顕微鏡（TEM）における観察において、電子線の照射による試料の損傷が問題となっている。特に生物学上の研究では電子線による試料損傷は非常に重大な問題となる。例えば蛋白質分子やウイルスなどを結晶化させずに観察する単粒子解析という手法による研究を行う場合、試料上の撮影する部分に許される電子線照射量は、撮影を開始するまでに10 electron/nm2以下とされている。これを超える量の電子線を照射すると、試料上のその部分にある粒子が撮影前に損傷してしまうためである。
【０００３】
このため、従来は低照射撮影が行われていた。低照射撮影は以下のような各モードからなる。撮影すべき箇所を探し出すためのレンズ・偏向器条件（以下、サーチモードと呼ぶ）、撮影すべき箇所が見つかった場合にその場所を避けてデフォーカスや非点を除去するために使用するレンズ・偏向器条件（以下、フォーカスモードと呼ぶ）、写真を撮影するときのレンズ・偏向器条件（以下、フォトモードと呼ぶ）を、操作者が予め別々に設定しておき、操作を開始した後はサーチモードで視野を探し、撮影すべき箇所が見つかったときにボタンを一つ押すだけでフォトモードに切り替わり、デフォーカスや非点を補正した後また別のボタンを一つ押すだけでフォトモードに切り替わって写真が撮影されるという処理手順である。
【０００４】
図７は前述した制限の下で撮影を行うための、従来の低照射機能の処理手順（フロー）を示すフローチャートである。図７において、低照射撮影が開始されると、ステップＳ２１にてサーチモードに切り替わる。ステップＳ２２では操作者が撮影すべき視野を見つける。そして、ステップＳ２３で、操作者がフォーカスモードのボタンを押すと、ステップＳ２４にてフォーカスモードに切り替わる。そして、ステップＳ２５にて操作者がデフォーカスなどを補正する。さらに、ステップＳ２６で、操作者がフォトモードのボタンを押すと、ステップＳ２７にてフォトモードに切り替わる。ステップＳ２８にて写真が撮影されることになる。
【０００５】
以上のステップＳ２１からステップＳ２８までが繰り返されて低照射撮影が行われる。
【０００６】
一般的にサーチモードでは視野探しのため広い範囲をなるべく弱い電子線で照射しながら低倍率で観察するためのレンズ値を用いる。また、フォーカスモードではフォトモードで撮影する位置を照射しないように偏向器を用いて電子線を光軸からずらした上でなるべく狭い範囲を照射するようなレンズ値を用いる。こうすることで、フォトモードに移るまで撮影箇所には最小限の電子線しか照射されないようになっている。
【０００７】
このような低照射機能は透過型電子顕微鏡本体内に組み込まれたり、透過型電子顕微鏡と接続されたコンピュータ上のソフトウェアとして提供されたり、また撮影箇所を自動的に決定したりフォーカスや非点を自動的に補正するアルゴリズムと組み合わせたりするなどのバリエーションで提供されてきている。また、フォーカスモードを複数に分けて複数のレンズ・偏向器条件でデフォーカスや非点を補正したり、視野の微小なずれを補正するためのレンズ・偏向器条件（以下、トラッキングモードと呼ぶ）など他の条件を付け加えたりする場合もある。
【０００８】
しかしいずれにおいても、レンズ値が切り替わるときにヒステリシスによるずれが生じる。図８はヒステリシスによるずれを説明するための図である。たとえば図８に示すように、あるレンズに、サーチモードではVs、フォーカスモードではVf、フォトモードではVpの電圧をかける場合に、最初のサーチモードではVsの電圧をかけられたそのレンズがBs1の大きさの磁場を発生させたとしても、電圧値をVf、Vpと切り替えた後にサーチモードに戻ってVsにすると、そのレンズが生じる磁場の大きさBs2は先ほどの値Bs1とは異なる。
【０００９】
このヒステリシスによるずれが試料に電子線を照射する部分のレンズに生じると、一通りのモード遷移を終えて次の撮影に移るときに、前回と同じモードに戻っても前回と照射領域が違うという現象として観測される。
【００１０】
また、ヒステリシスによるずれが試料を透過した後の電子線を拡大するレンズ値に生じると、前回と同じモードに戻っても、像の位置が前回と違うという現象となる。
【００１１】
このようなずれは撮影したい箇所と実際に撮影される箇所がちがうという結果を招くため、実際の操作では、サーチモード、フォーカスモード、フォトモードのループに移る前にヒステリシスを除去するという手順が必要となる。
【００１２】
図９は、ヒステリシスを除去するという手順を説明するための処理手順である。ヒステリシスの除去は、ステップＳ３１〜ステップＳ３３において、サーチモード、フォーカスモード、フォトモードを順に遷移してそのつど照射領域や像のずれを偏向器で補正し、ずれがなくなるまで繰り返し、最後に2回ほどループさせてずれがないことをもう一度確認するという方法が一般的にとられる。
【００１３】
図９においてステップＳ３１では、各モードのレンズ・偏向器の条件を設定する。ステップＳ３２では、モード間のヒステリシスの除去を行う。そして、ステップＳ３３で低照射撮影を行う。
【００１４】
しかしこの作業は手作業で行われるため、繰り返しの途中でモード遷移の順番を間違えることがある。そのような場合再びヒステリシスが生じてしまうため、除去作業を最初からやり直す必要がある。
【００１５】
同様の問題が撮影中にも起こる。すなわち、サーチモードのときにフォーカスモードに移ろうとして誤ってフォトモードのボタンを押してしまうことがあり、そのような場合はヒステリシスが復活するばかりかデフォーカスなどを調整しない状態で写真が撮影されてしまうという弊害も生じる。
【００１６】
なお、下記特許文献１には、視野探し（サーチモード）から焦点合わせ（フォーカスモード）に移っても、ヒステリシスによる偏向場を発生させずに、良好な試料撮影を可能とする電子顕微鏡が開示されている。この従来の電子顕微鏡では、視野探しのときに、ビームを広げるのではなく、電子線を走査させて透過電子像を得ており、視野探しから撮影にかけて集束レンズの励磁状態は変化しない。このため、視野探しから焦点合わせに移っても、従来発生していたヒステリシスによる偏向場は発生しない。
【特許文献１】特開２００２−１５０９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来、透過型電子顕微鏡でサーチモードのときに、ビームを広げるという構成を採用していると、前述のように、ヒステリシスの問題は解決されていない。
【００１８】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、透過型電子顕微鏡においてサーチモードでビームを広げるという構成を採用するのに、ヒステリシスの影響で、視野探しで決めた撮影場所を正しく再現できないという問題を解決するため、モードのループを予め実行してヒステリシスを除去する操作を手動で行うことなく、自動遷移ボタンを用いて行うことのできる、ヒステリシス除去方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法は、前記課題を解決するために、透過型電子顕微鏡を用いて試料の観察を行う際に、低照射機能のサーチモード、フォーカスモード、フォトモード間のモード遷移を自動遷移ボタンを用いて自動的に行い、視野ずれの原因となるヒステリシスを除去する自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法であって、前記透過型電子顕微鏡から現在のモードを読み取るモード読み取りステップと、前記モード読み取りステップの後に、操作者に操作させる自動遷移ボタンを表示するステップと、前記自動遷移ボタンが操作者に操作されると、前記透過型電子顕微鏡の現在のモードをサーチモード、フォーカスモード、フォトモードの順を繰り返す順序で次のモードに遷移するステップと、前記遷移するステップに応答して前記透過型電子顕微鏡が遷移したモードにてヒステリシスによるずれが補正されてずれがなければ、透過型電子顕微鏡に前記順序でモード遷移を繰り返させるステップと、前記繰り返させるステップの後に前記透過型電子顕微鏡のモードを前記順序でサーチモードに遷移させるステップとを有する。
【００２０】
このヒステリシス除去方法では、前記遷移を繰り返すステップの後に、ヒステリシスによるずれがあるかないかを操作者に判断させるステップを有し、そこでずれがなければ上記サーチモードにするステップに移行するのが好ましい。
【００２１】
また、前記遷移を繰り返すステップの後に、ヒステリシスによるずれがあるかないかを操作者に判断させるステップを有し、そこでずれがあると、操作者にヒステリシスによるずれを補正させてから、前記自動遷移ボタンの表示ステップに移行するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、操作者は低照射機能による撮影においても、そのためのヒステリシス除去作業においても、モード遷移を誤ってヒステリシスを生じたり撮影を失敗したりすることがなくなる。また、ヒステリシス除去作業の最終確認のために何度か一通りのモード遷移を繰り返す場合も、わずらわしい遷移の繰り返し作業から開放される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。この実施の形態は、本発明の自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法を実行して、視野ずれの原因となるヒステリシスを除去する透過型電子顕微鏡システムである。
【００２４】
図１は透過型電子顕微鏡システムの構成図である。図１において、透過型電子顕微鏡１には、低照射機能が組み込まれている。コンピュータ３では本発明の自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法に基づいたソフトウェアが動作する。
【００２５】
このソフトウェアは、透過型電子顕微鏡を用いて試料の観察を行う際に、低照射機能のサーチモード、フォーカスモード、フォトモード間のモード遷移を自動遷移ボタンを用いて自動的に行い、視野ずれの原因となるヒステリシスを除去する自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法に応じたプログラムであって、透過型電子顕微鏡１から現在のモードを読み取るモード読み取りステップと、モード読み取りステップの後に、操作者に操作させる自動遷移ボタンを表示するステップと、自動遷移ボタンが操作者に操作されると透過型電子顕微鏡１の現在のモードを次のモードに遷移するステップと、遷移するステップに応答して透過型電子顕微鏡１が遷移したモードにてヒステリシスによるずれが補正されてずれがなければ、透過型電子顕微鏡１にモード遷移を繰り返させるステップと、繰り返させるステップの後に透過型電子顕微鏡１のモードをサーチモードにするステップとを備える。このソフトウェアの処理手順については後述する。
【００２６】
また、遷移を繰り返すステップの後に、ヒステリシスによるずれがあるかないかを操作者に判断させるステップを有し、そこでずれがなければサーチモードにするステップに移行する。また、遷移を繰り返すステップの後に、ヒステリシスによるずれがあるかないかを操作者に判断させるステップで、そこでずれがあると、操作者にヒステリシスによるずれを補正させてから、自動遷移ボタンの表示ステップに移行する。
【００２７】
透過型電子顕微鏡１とコンピュータ３は通信用ケーブル２により接続されている。なお、自動遷移ボタンの具体例は、後述する「次のモードに遷移」と書かれたボタンである。このボタンは、透過型電子顕微鏡１の操作パネルに設けられていてもよいし、あるいはコンピュータ３に設けられていてもよい。従来のように、「サーチモード」、「フォーカスモード」、「フォトモード」をそれぞれ選択する各専用ボタンを設けてはいない。
【００２８】
コンピュータ３は前記ソウトウェアを実行することにより、透過型電子顕微鏡１から現在のレンズや偏向器、試料ステージの状態を得たり、現在のモードを把握して次のモードに遷移するためのユーザーインターフェイスを表示する。
【００２９】
図２は、透過型電子顕微鏡１の内部構成の具体例を示す図である。架台１に支持された鏡筒１１の内部には上から順に、電子銃１３、第１集束レンズ１４、第２集束レンズ１５、非点補正コイル１６、偏向コイル１７、対物レンズ１８、中間レンズ１９、投影レンズ２０の各電子光学系構成要素が配置されており、前記対物レンズ１８の上磁極片と下磁極片の間には試料２１が配置されている。
【００３０】
像観察室２３には蛍光板２２が配置されていて、この蛍光板２２は前記投影レンズ２０の後段に位置している。蛍光板２２は、光軸Ｏ上に配置（閉鎖）、光軸Ｏ上から退避（開放）可能に構成されている。
【００３１】
また、撮影フィルムなどを備えた撮影装置２４は、前記像観察室２３の後段に位置する撮影室２５に配置されている。
【００３２】
次に、前記透過型電子顕微鏡システムにおける、前記ソフトウェアの処理手順について説明する。図３は、前記処理手順を示すフローチャートである。
【００３３】
操作が開始され、ステップＳ１にて、操作者が各モードのレンズ・偏向器の条件を設定する。具体的に、操作者は、透過型電子顕微鏡１に組み込まれた低照射機能を用いて、サーチモード、フォーカスモード、フォトモードの各々のレンズや偏向器の条件を設定する。
【００３４】
ステップＳ２にて、コンピュータ３が本発明のソフトウェアを起動する。具体的に、操作者は、透過型電子顕微鏡１をサーチモード、フォーカスモード、フォトモードのいずれかにした状態で、コンピュータ３上で本発明のソフトウェアを起動する。
【００３５】
ステップＳ３にて、前記ソフトウェアは、現在のモードの読み取りを行う。具体的に、ソフトウェアは透過型電子顕微鏡１から現在のモードを読み取り、「次のモードに遷移」と書かれたボタン、「確認作業開始」と書かれたボタン、「終了」と書かれたボタンを表示する。
【００３６】
ステップＳ４にて、操作者はコンピュータ３上に表示された「次のモードに遷移」ボタンを押す。コンピュータ３は、現在のモードがサーチモードならフォーカスモードに切り替えるよう透過型電子顕微鏡にコマンドを送信する。ただし、もし現在のモードがフォーカスモードならフォトモードに遷移するように、現在のモードがフォトモードならサーチモードに遷移するようにコマンドを送信する。このように、前記ソフトウェアでは、次のモードをコンピュータ３が自動的に決定するため、誤って他のモードに遷移してしまうことがない。
【００３７】
次に、ステップＳ５にて、ずれがないかどうかを判断する。これは、操作者が行う。操作者はヒステリシスによる照射領域や像の位置のずれがないかを目視確認する。ずれがない場合は後述のステップＳ７に進む。
【００３８】
ステップＳ５にて、ずれがあると判断すると、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ヒステリシスによるずれを補正する。これも操作者が行う。操作者は、ずれを補正するように偏向器を操作して、ステップＳ４に戻る。
【００３９】
ステップＳ７にて、確認作業が開始される。具体的に、操作者はコンピュータ上に表示された「確認作業開始」ボタンを押す。
【００４０】
ステップＳ８にて、ソフトウェアは遷移を繰り返す。ソフトウェアは現在のモードの次のモードに移るよう透過型電子顕微鏡１にコマンドを送信する作業を繰り返して、サーチモード、フォーカスモード、フォトモードの順の遷移を何順かさせる。なお、何巡させるかという設定は予め操作者が行っているものとする。このように、システムでは、何巡かのモード遷移をソフトウェアが自動的に行うため、操作者はわずらわしいモード遷移の動作から解放され、かつ常に正しい順序でモードが遷移する。
【００４１】
次に、ステップＳ９にて、操作者によりずれがないかどうかが判断される。ここで、操作者はヒステリシスによる照射領域や像のずれがないか目視確認する。ずれがない場合はステップＳ１１に進む。ずれがある場合はステップＳ１０に進む。
【００４２】
ステップＳ１０にて、操作者はヒステリシスによるずれを補正する。具体的に、操作者は、ずれを補正するように偏向器を操作して、ステップＳ４に戻る。
【００４３】
ステップＳ１１にて、ソフトウェアは、サーチモードにする。操作者がコンピュータ上に表示された「終了」ボタンを押すと、ソフトウェアは、この後続く低照射撮影にそなえてモードを正しい順序で遷移させてサーチモードにしてから終了する。すなわち、現在のモードがサーチモードである場合はソフトウェアはそのまま終了する。現在のモードがフォーカスモードの場合は、ソフトウェアは一旦フォトモードに切り替えるよう透過型電子顕微鏡にコマンドを送信し、その後さらにサーチモードに切り替えるようコマンドを送信してから終了する。現在のモードがフォトモードの場合は、ソフトウェアはサーチモードに切り替えるようコマンドを送信してから終了する。
【００４４】
ステップＳ１２にて低照射撮影に入る。具体的に、操作者は図７に示したような低照射撮影を行う。
【００４５】
このように、図１に示した透過型電子顕微鏡システムは、本発明の、自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法により、低照射機能のサーチモード、フォーカスモード、フォトモードの実行順を固定し、どのモードの段階からでも決まった順番で各モードを実行するようにコンピュータで制御する。このようにすれば、電子レンズ、偏向器は必ず同じ履歴を辿るので、ヒステリシスの影響を受けずに、低照射モードにおいて視野探しと撮影を行うことができる。このため、透過電子顕微鏡において、電子線の低照射機能により電子線像の撮影を行う時、視野探しのための電子光学系条件から撮影のための条件に切り換えても視野ずれが起きないようにして操作性を向上させる。
【００４６】
なお、以下には本発明が適用できる他の構成例について説明する。前記の実施の形態では図７の処理手順で低照射撮影を行う場合に限って説明したが、前記背景技術で説明したように、低照射撮影のシーケンスは他にもバリエーションがある。いずれにおいても次のモードだけに遷移できるインターフェースを備えたソフトウェアを用いることで、本発明が適用できる。
【００４７】
また、前記実施の形態では透過型電子顕微鏡に低照射機能が組み込まれ、本発明がコンピュータ上で動作するソフトウェアとして提供されているとしたが、低照射機能をソフトウェアで実現することも可能であり、その場合でも本発明のソフトウェアが低照射機能を備えたソフトウェアと通信することで本発明が実施可能であるし、低照射機能および本発明の両方を透過型電子顕微鏡に組み込むことも可能である。
【００４８】
図４は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に組み込まれた低照射機能を用いて、本発明に係るヒシテリシス除去方法の手順をコンピュータ上のソフトウェアとして本発明を実現した構成図である。例えばヒシテリシス除去方法のソフトウェアをコンピュータの記憶装置に格納し、必要に応じて実行することができる。また、透過型電子顕微鏡においては、低照射機能に関するソフトウェアをファームウェアとして備えることができる。
【００４９】
図５は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の外部制御インターフェースを用いて低照射機能をコンピュータ上のソフトウェアとして実現し、本発明にかかるヒシテリシス除去方法の手順を実現するソフトウェアと併せて使用することができる構成図である。図６（ＴＥＭ）は、低照射機能のソフトウェアを本発明に係るヒシテリシス除去方法の手順を実現するソフトウェアとともに透過型電子顕微鏡に組み込んで使用する構成図である。
【００５０】
さらに、上の例では低照射機能による撮影を開始する前のヒステリシスの除去を行う上で本発明を用いたが、図７の処理手順で示されるような低照射撮影の繰り返し作業中においても、操作者がモード遷移を明示的に指定することなく本発明が提供する「次のモードに移る」ためのインターフェースを使用することにより、フォーカスモードを飛ばして誤ってフォトモードに移ってしまうようなミスを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】透過型電子顕微鏡システムの構成図である。
【図２】透過型電子顕微鏡の内部構成の具体例を示す図である。
【図３】本発明の自動遷移ボタンを用いたヒステリシス除去方法に基づいた処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の構成図である。
【図５】本発明の他の適用例を示す構成図である。
【図６】本発明の他の適用例を示す構成図である。
【図７】従来の低照射機能の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】ヒステリシスによるずれを説明するための図である。
【図９】ヒステリシスを除去するという手順を説明するための処理手順である。
【符号の説明】
【００５２】
１  透過型電子顕微鏡
２  通信用ケーブル
３  コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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