電子ビームの制御を用いた電子顕微鏡の解像度向上

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電子ビームの位置を制御することにより、床振動等の外乱から電子顕微鏡画像への影響を抑制する。すなわち,外乱により生じる試料と電子ビーム間の相対変位を打ち消すように電子ビームの位置を制御する.外乱を検知するために試料室のそばに設置された加速度計、電子ビームの位置を動かすイメージシフトコイル、イメージシフトコイルヘの指令信号を与えるパソコンから,電子ビーム制御系は構成されている。最初に、電子顕微鏡を加振するための加振台を製作し、床外乱を模擬することを可能にした。加振台は縞鋼板製で,4点でコイルばねにより支持されており,電磁式のアクチュエータにより加振される.顕微鏡を加振台に設置した時のシステムの固有振動数は約2Hzになっている.次に、外乱を検知する加速度計出力と外乱による生じる試料変位との関係を表す伝達関数の数学モデルを作成した。顕微鏡の加振試験を実施し、加速度計出力とビデオ信号を測定した.ビデオ信号から試料の顕微鏡画像が生成され、その画像を用いて試料変位が最小2乗法の意味で最適に決定される。このようにして決定された試料変位と加速度計出力との関係から伝達関数モデルを決定した.なお、加振試験では試料としてマイクロスケールを採用している.次にイメージシフトコイルの校正を行った.適当な信号をイメージシフトコイルヘと送り,その時に生じる試料の画像を測定した.測定された画像から電子ビームの変位を先に述べた方法で決定し,この変位と入力信号との関係からイメージシフトコイルが校正された.外乱により生じる試料変位は加速度計出力から伝達関数を用いて決定される.一方で,先の校正試験結果を利用して,この試料変位を打ち消すような電子ビーム変位はイメージシフトコイルにより与えられる.以上のようにして設計された制御系の性能を調べるために加振試験を行い,システムの第2次固有振動数以下の周波数帯については良好な外乱抑制効果を確認することができた.