(57)【要約】【課題】  荷電粒子線装置の荷電粒子線を遮蔽するためのシャッタ装置に利用されるセラミック系の圧電素子が鏡筒内で破損しても装置内部に飛散しないようにする。【解決手段】  一方の端でシャッタ板３３を支持する圧電素子３５を、シャッタ板３３が貫通できる穴を持つ鞘状の収納容器３９で覆うことにより、圧電素子が破損しても装置内への破片の飛散、落下を回避する。また、シャッタ板３３と圧電素子３５とシャッタ固定台３７と収納容器３９とを一体に構成し、シャッタ装置の着脱を安全且つ簡単に行えるようにする。【選択図】図４
2007207645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置に装着され荷電粒子線の遮断及び開放を行うためのシャッタ装置であって、
荷電粒子線の遮断と開放を行うために荷電粒子線通路の近傍に配置されるシャッタ板と、移動端部で前記シャッタ板を支持しシャッタ板が荷電粒子線通路に挿脱されるように移動させる圧電素子と、前記圧電素子の固定端部を固定するためのシャッタ固定台と、前記シャッタ板が貫通する穴を有し前記圧電素子を収納するための収納容器とからなることを特徴とするシャッタ装置。
【請求項２】
前記シャッタ板と前記圧電素子と前記シャッタ固定台と前記収納容器とを一体に構成することにより前記荷電粒子線装置に一体に着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のシャッタ装置。
【請求項３】
前記収納容器は導電性材料で形成されているか若しくは外表面に導電性皮膜処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のシャッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に装着して荷電粒子線の遮断及び開放を行うためのシャッタ装置に関わり、特に圧電素子を駆動源として利用するシャッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型電子顕微鏡においては、試料を透過した電子線（荷電粒子線）をフィルムやＣＣＤカメラ等からなる撮像手段に所定時間照射し、電子顕微鏡像の観察及び/又は記録を行うことができる。撮像手段に電子線を所定時間照射する（即ち露光時間を決める）方法の一つとして、電子線通路に電子線を遮蔽するためのシャッタ板を出し入れするシャッタ装置を設けることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。図１は、このようなシャッタ装置を備える透過電子顕微鏡の鏡筒と呼ばれる部分の縦断面概略図の例である。なお、図１は説明を容易にするための模式図であり、構成要素の種類、数量、配置などは実際の装置と異なることがある。
【０００３】
図１において、鏡筒１は通常 略円筒形の外筒２と呼ばれる部材で形成され、その内部は必要に応じて隔壁で仕切られ、ちょうど竹のような形態をなす。ただし、鏡筒１の中心付近で電子線ＥＢの飛行経路５にあたる部分は連続した空間となっており、真空に排気されている。鏡筒１の内部には電子源４が設置されており、そこから電子線ＥＢを取り出して利用する。また、鏡筒１には他に磁場または電場を利用して電子線ＥＢを収束するための収束レンズ３、対物レンズ６が配置されている。さらに不要電子を除去し電子線ＥＢを成形するための絞り７、その位置調整をする絞り駆動装置８、観察および分析の対象となる試料９、試料９を載置する試料ホルダ１０、試料ホルダ１０の位置を調整するための試料ホルダ駆動装置１１などの様々な機器が取り付けられている。またシャッタ装置Ｓ１の下には図示しない結像レンズ、画像記録装置が配置されており、試料の拡大像や電子回折図形等を観察記録することができるようになっている。
【０００４】
シャッタ装置Ｓ１はこのような荷電粒子線装置付属機器の１つであり、偏向磁場又は電場等を用いて荷電粒子の軌道を曲げて本来の飛行経路からそらせるタイプのものや、荷電粒子の飛行経路に障害物 （ シャッタ板１３）を入れてその行程をさえぎるタイプのものなどがある。シャッタ板１３を飛行経路に出し入れするためのシャッタ駆動機構１４の駆動源には、手動、空気圧、電気モーター、圧電素子など様々な手段が利用可能である。図２に、圧電素子を駆動源として利用するシャッタ装置Ｓ２の例を示す。一般に圧電素子を駆動源として利用するシャッタ装置は、構造が比較的簡単で応答が速く、制御し易いという特徴がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
図２は、バイモルフ型の圧電素子１５を駆動源とするシャッタ装置Ｓ２の構造概略図で、（ａ）は上視図、（ｂ）は側面図を示す。中心Ｃは電子線ＥＢが通過する位置を示す。バイモルフ型の圧電素子１５は通常短冊形をしており、その固定端１６がシャッタ固定台１７に固定されている。シャッタ固定台１７は、Ｏリング１２により真空シールされ、鏡筒１に取り付けられている。圧電素子１５のもう一方の移動端部にはシャッタ板１３が取り付けられ、シャッタ板１３は遮蔽板１９に設けられたシャッタ貫通穴２０を貫通している。一般に、圧電素子の材料はその殆どがセラミックスや樹脂等の電気絶縁体である。従って、荷電粒子による帯電を防止するため荷電粒子の飛行経路５から圧電素子部分ができるだけ見えないように、遮蔽板１９のような障害物を設けている。また、圧電素子１５の一部、通常は固定端１６の任意の部分には複数個の電極１８が設けられており、電極１８を通じて圧電素子１５に電圧を印加できるようになっている。
【０００６】
図２（ａ）は、圧電素子１５に電圧が印加されない状態を示しており、シャッタ板１３は電子線ＥＢの通過を妨げないように中心Ｃから僅かに外れる位置に置かれている。一方、図３は圧電素子１５に電圧が印加された状態を示すシャッタ装置Ｓ２の上視図である。圧電素子１５が電歪によって反るように変形するため、シャッタ板１３が電子線ＥＢの通路を遮断することになる。なお、上述の圧電素子１５の動作を逆に設定することも可能である。即ち、圧電素子１５への電圧印加時にシャッタ板１３が電子線ＥＢの通過を妨げないように中心Ｃから僅かに外れる位置に移動する構造とすることもできる。
【０００７】
ここで、鏡筒１に固定されている遮蔽板１９は圧電素子１５の電子線ＥＢによる帯電を防止する役割を担っている。遮蔽板１９は、シャッタ板１３が干渉無く貫通でき、且つ圧電素子１５の電圧印加状態の変化による動作が可能な大きさのシャッタ貫通穴２０を除いて、圧電素子１５と電子線ＥＢとを仕切るように配置される。遮蔽板１９は電子線ＥＢによる帯電防止が目的であるため、それ自体が金属などの導電性材料か若しくは表面に導電性の皮膜を付ける等の処理を施したものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１-１０１９８８号公報
【特許文献２】特開平５−２２５９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、圧電素子を駆動源として利用するシャッタ装置は、構造が比較的簡単で応答が速く、制御し易いという特徴を持っている。一方、荷電粒子線装置で利用するバイモルフ型の圧電素子は多くの場合セラミック系の材質であるため、もし圧電素子が破損した場合、その破片が装置内に飛散しやすいという問題がある。即ち、シャッタ板１３若しくは圧電素子１５に何らかの衝撃や外力が加えられたり、あるいは圧電素子の印加電圧の周波数によっては圧電素子自身が共振することによっても圧電素子は破壊してしまう場合がある。こうして発生した破片が装置内部に飛散、落下すると、その除去には多大な時間と労力を要し、場合によっては装置が使用できなくなってしまうこともある。
【００１０】
また、遮蔽板１９に設けられているシャッタ貫通穴２０は、圧電素子の帯電防止の目的で、電子線飛行経路から圧電素子が可能な限り見込めないように必要最小限の大きさに設定される。遮蔽板１９は鏡筒に固定されているため、装置の組立てや保守作業時にシャッタ装置Ｓ１を鏡等１に着脱する際、シャッタ板１３を遮蔽板１９にぶつけて破損する恐れがある。さらに、シャッタ板１３と遮蔽板１９の衝突を避けようとすると、シャッタ装置Ｓ１の着脱作業を慎重に行わなければならず、非常に手間がかかることになる。
【００１１】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、シャッタ装置に利用されるセラミック系や樹脂等の圧電素子が鏡筒内で破損した場合にも、破片が装置内部に飛散することを防止し、またシャッタ装置の着脱作業を簡単且つ安全に行うことができるシャッタ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の問題を解決するために、本発明は、荷電粒子線装置に装着され荷電粒子線の遮断及び開放を行うためのシャッタ装置であって、
荷電粒子線の遮断と開放を行うために荷電粒子線通路の近傍に配置されるシャッタ板と、移動端部で前記シャッタ板を支持しシャッタ板が荷電粒子線通路に挿脱されるように移動させる圧電素子と、前記圧電素子の固定端部を固定するためのシャッタ固定台と、前記シャッタ板が貫通する穴を有し前記圧電素子を収納するための収納容器とからなることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記シャッタ板と前記圧電素子と前記シャッタ固定台と前記収納容器とを一体に構成することにより前記荷電粒子線装置に一体に着脱可能であることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記収納容器は導電性材料で形成されているか若しくは外表面に導電性皮膜処理が施されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、荷電粒子線装置に装着され荷電粒子線の遮断及び開放を行うためのシャッタ装置であって、
荷電粒子線の遮断と開放を行うために荷電粒子線通路の近傍に配置されるシャッタ板と、移動端部で前記シャッタ板を支持しシャッタ板が荷電粒子線通路に挿脱されるように移動させる圧電素子と、前記圧電素子の固定端部を固定するためのシャッタ固定台と、前記シャッタ板が貫通する穴を有し前記圧電素子を収納するための収納容器とからなるようにしたので、圧電素子が破壊した場合にも、破片が装置内部に飛散、落下することを防止できる。
【００１６】
また本発明によれば、前記シャッタ板と前記圧電素子と前記シャッタ固定台と前記収納容器とを一体に構成することにより前記荷電粒子線装置に一体に着脱可能であるようにしたので、シャッタ装置を荷電粒子線装置に着脱する際に、前記シャッタ板と前記収納容器との衝突による圧電素子の破損を防止でき、シャッタ装置の着脱を簡単且つ安全に行うことができる。さらに、前記収納容器はシャッタ装置を荷電粒子線装置から外した時の圧電素子保護カバーとすることができる。
【００１７】
また本発明によれば、前記収納容器は導電性材料で形成されているか若しくは外表面に導電性皮膜処理が施されているようにしたので、セラミック系の非導電性材料からなる圧電素子が荷電粒子線により帯電することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図４に、透過電子顕微鏡において本発明を実施する例を示す。なお、理解しやすいように、図１、図２、図３と同等の構成要素には共通の番号を付して説明を省略することがある。図４は、バイモルフ型の圧電素子３５を駆動源とするシャッタ装置Ｓ３の構造概略図で、（ａ）は上視図、（ｂ）は側面図を示す。中心Ｃは電子線ＥＢ（荷電粒子線）の通る位置を示す。
【００１９】
バイモルフ型の圧電素子３５は通常短冊形をしており、その固定端３６がシャッタ固定台３７に固定されている。シャッタ固定台３７は、Ｏリング３２により真空シールされ、外筒２に取り付けられている。圧電素子３５の移動端部にはシャッタ板３３が支持され、シャッタ板３３が移動して電子線ＥＢの通路に挿脱されるようになっている。シャッタ板３３は収納容器３９に設けられたシャッタ貫通穴４０を貫通している。シャッタ貫通穴４０は、シャッタ板３３が干渉無く貫通でき、且つ圧電素子３５の電圧印加状態の変化による動作が可能な大きさである。収納容器３９は圧電素子３５を収容する鞘状のケースで、シャッタ固定台３７に接続固定されている。従って、もし何らかの原因で圧電素子３５が破損しても、その破片は収納容器３９内に止まるため装置内への飛散、落下を回避できる構造となっている。
【００２０】
また、シャッタ板３３と圧電素子３５とシャッタ固定台３７と収納容器３９が一体に構成されているため、シャッタ装置Ｓ３を鏡筒１に着脱する際、シャッタ板３３や圧電素子３５を取り付け部周辺にぶつけて破損する危険性を低減し、安全且つ簡単に着脱が行えるようになっている。また、シャッタ装置を外した時、収納容器が圧電素子を覆っているので圧電素子を保護するカバーの役割も持っている。
【００２１】
さらに、シャッタ固定台に接続固定されている収納容器３９は圧電素子３５の電子線ＥＢによる帯電を防止する役割を効果的に果たすことができる。収納容器３９は、シャッタ貫通穴４０を除いて、圧電素子３５と電子線ＥＢとを完全に仕切ることができる。収納容器３９は、それ自体が金属などの導電性材料で形成されているか若しくは外表面に導電性皮膜処理を施したものである。
【００２２】
圧電素子３５の一部、通常は固定端３６の任意の部分には複数個の電極３８が設けられており、電極３８を通じて圧電素子３５に電圧を印加できるようになっている。図４（ａ）において、圧電素子３５には電圧が印加されない状態を示しており、シャッタ板３３は電子線ＥＢの通過を妨げないように中心Ｃから僅かに外れる位置にある。一方、図５は圧電素子３５に電圧が印加された状態を示すシャッタ装置Ｓ３の上視図である。圧電素子３５が電歪によって反るように変形するため、シャッタ板３３が電子線ＥＢの通路を遮断する。なお、上述の動作を逆に設定することも可能である。即ち、電圧印加時にシャッタ板３３が電子線ＥＢの通過を妨げないように中心Ｃから僅かに外れる位置に移動するように配置することもできる。
【００２３】
以上説明したように、シャッタ板を支持する圧電素子を、シャッタ板が貫通できる穴を持つ鞘状の収納容器で覆うことにより、圧電素子が破損しても装置内への破片の飛散、落下を回避できる。また、シャッタ板と圧電素子とシャッタ固定台と収納容器とが一体に構成されているので、シャッタ装置を荷電粒子線装置に着脱する際に、シャッタ板と収納容器との衝突による圧電素子の破損を防止して、シャッタ装置の着脱を安全且つ簡単に行うことができる。
【００２４】
なお、本発明の実施の形態を説明するために、上記のように透過電子顕微鏡において実施する例を示したが、これに限定される必要は無く、例えば収束イオンビーム加工装置などの荷電粒子線装置においても本発明を実施できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】鏡筒部分にシャッタ装置を備える透過電子顕微鏡の縦断面概略図の例。
【図２】バイモルフ型の圧電素子を駆動源とする従来のシャッタ装置の構造概略図の例。
【図３】バイモルフ型の圧電素子を駆動源とする従来のシャッタ装置の構造概略図で、シャッタ板が電子線を遮断している状態を示す上視図。
【図４】本発明のシャッタ装置を透過電子顕微鏡で実施する場合の構造概略図の例。
【図５】本発明のシャッタ装置を透過電子顕微鏡で実施する場合の構造概略図で、シャッタ板が電子線を遮断している状態を示す上視図。
【符号の説明】
【００２６】
（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
ＥＢ  電子線（荷電粒子線）        Ｃ  中心
Ｓ１，Ｓ２  シャッタ装置
１  鏡筒                          ２  外筒
３  収束レンズ                    ４  電子源
５  飛行経路                      ６  対物レンズ
７  絞り                          ８  絞り駆動装置
９  試料                          １０  試料ホルダ
１１  試料ホルダ駆動装置          １２、３２  Ｏリング
１３、３３  シャッタ板            １４  シャッタ駆動機構
１５、３５  圧電素子              １６、３６  固定端
１７、３７  シャッタ固定台        １８、３８  電極
１９  遮蔽板                      ２０、４０  シャッタ貫通穴
３９  収納容器                        
【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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