本发明涉及一种电子显微镜以及观察方法。
背景技术
透射电子显微镜(transmissionelectronmicroscope；以下称为tem)是将通过高电压进行加速后的电子束照射观察对象物质，通过电磁透镜对透射了物质的电子束进行成像并放大，由此对物质的微细结构进行观察的装置。在对观察对象物质(试样)进行了观察聚焦的状态下观察主要由透射了试样的电子所形成的场的振幅信息来作为图像对比度。对于生物试样、有机材料等振幅变化小的试样，难以得到足够的图像对比度。作为用于针对这种振幅变化小的试样得到对比度的方法之一，存在使用刀刃来屏蔽衍射波的一部分由此得到对比度的方法(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2014-049444号公报
非专利文献1：g.s.settles；“schlierenandshadowgraphtechniques”chapter2；springer，2001
技术实现要素：
发明要解决的课题
在如专利文献1那样使用刀刃屏蔽衍射波的一部分从而得到对比度的方法中，对于非透射波在一个方向上配置刀刃，由此通过遮断衍射波而产生的对比度必然成为一个方向，因此得到的图像对比度成为各向异性的图像对比度，妨碍图像的解释。
本发明的目的在于提供一种电子显微镜以及观察方法，其得到具有各向同性的图像对比度的观察图像。
以下，简单地说明本发明中的代表性发明的概要。
即，对试样照射电子束而进行观察的电子显微镜具备：边缘元件，其配置在从上述试样未受到衍射而透射的非衍射波会聚的衍射面或与衍射面等效的面内；以及控制装置，其控制上述电子束或上述边缘元件。上述边缘元件具有遮断上述电子束的屏蔽部以及使上述电子束透射的开口，上述开口由上述屏蔽部的边缘构成，使得在上述衍射面内包围上述非衍射波会聚的点。上述控制装置将上述非衍射波会聚的点与上述边缘的距离保持为预定间隔，使上述非衍射波会聚的点沿着上述边缘相对于上述边缘使位置相对地变化，由此使观察图像的对比度变化。
根据本发明，能够得到具有各向同性的图像对比度的观察图像。
附图说明
图1示意性地表示tem的图像观察时的光学系统。
图2示意性地表示比较例的tem的观察光学系统。
图3a表示实施方式的tem的装置结构。
图3b表示在图3a的tem中用于得到强调对比度的光学条件。
图4a是表示在图3b的边缘元件上取得衍射点的位置的平面图。
图4b是示意性地表示衍射点移动时的轨道的平面图。
图4c表示与图4a的衍射点的各位置对应的观察图像。
图5a用于说明使衍射面上的衍射点移动的方法的一例。
图5b用于说明使衍射面上的衍射点移动的方法的另一例。
图6用于说明使边缘元件移动来改变边缘与衍射点的位置关系的例子。
图7表示对于图3b所示的结构附加了为了处理观察图像所需的结构的结构例。
图8是表示在边缘元件设置的开口的形状的例子的平面图。
图9a表示使边缘相对于衍射点的配置方向向多个条件变化时的各观察图像。
图9b是表示观察图像中的特定部位的对比度变化的图表。
图9c是表示对于边缘相对于衍射点的配置角度将图9b的对比度的变化进行了傅里叶变换的一例的图表。
图10表示在各种衍射波的遮断条件下观察图像的频率条件中包含强调对比度的成分的区域。
图11a表示对于多个不同条件衍射点绘制的轨道。
图11b表示在各条件下观察图像的空间频率成分中的包含强调对比度的成分的区域。
图12a表示能够对边缘元件遮断的电子的量进行测定的装置的结构例。
图12b表示能够对未被边缘元件遮断的电子的量进行测定的装置的第一结构例。
图12c表示能够对未被边缘元件遮断的电子的量进行测定的装置的第二结构例。
图12d是表示在衍射面配置的边缘元件以及在该边缘元件上形成的衍射点绘制的轨道的平面图。
图12e是表示由边缘元件遮断的电子的量的衍射点的方位角依存性的图表。
图12f是表示将边缘元件分割多个电极的例子的平面图。
图12g是表示将边缘元件分割多个电极的例子的平面图。
图13表示对在边缘元件遮断了衍射波的一部分的状态下记录的图像进行傅里叶变换，由此得到的空间频率信息的分布。
图14表示根据观察图像的对比度的对称性来调整衍射点的位置时取得的图像的例子。
图15表示实施方式的tem的结构。
图16是表示实施方式的tem的调整方法的流程图。
具体实施方式
以下，使用附图说明比较例和实施方式。其中，在以下的说明中，对相同的结构要素赋予相同的附图标记并省略重复的说明。
首先，使用图1说明tem。图1示意性地表示tem的图像观察时的光学系统。从在观察试样20上方形成的虚拟光源1扩散的电子束7在经过了照射系统透镜30之后，照射在试样面10配置的观察试样20。透射了观察试样20的电子束7被分为从观察试样20受到衍射的衍射波4以及未受到衍射而透射的非衍射波5。两者从观察试样20上以不同的角度扩散，因此与其角度和方向相应地在观察试样20后方的物镜31的后焦点面11上的不同点会聚为衍射点2、3，从而形成衍射面。衍射点3为相对于衍射点2共轭的点。向衍射点2、3会聚的衍射波4再次扩散，在图像面12上与透射波干涉，作为其结果形成观察图像21。观察图像21通过配置在更下方的成像系统透镜35再次成像，并投影之后进行观察。在这样的明视野观察中，在对观察试样20进行了观察聚焦的状态下，将透射了观察试样20的电子所形成的场的振幅信息作为主要的图像对比度进行观察。
另外，作为不同的对比度种类，存在被称为散射对比度的种类。这在使用图1中的在衍射面11上配置的对物光圈36遮断了一部分衍射波的成分的状态下进行观察。此时，将以金属为首的较重的元素构成的部分等使电子束7强散射的部分作为黑色的对比度进行观察。
如此得到的图像对比度对于与电子束7的相互作用强的观察试样均能够得到足够的对比度，但是对于生物试样、有机材料等与电子束的相互作用弱的观察试样难以得到足够的图像对比度。
使用图2来说明对于这样的与电子束的相互作用弱的观察试样，为了得到对比度由本申请的发明人研究出的通过刀刃得到图像对比度的方法(比较例)。该方法利用在透射试样时受到微弱的偏转的波在透镜后方的衍射面中产生分离这一现象。
图2示意性地表示比较例的tem的观察光学系统。在图2中，为了使说明更容易理解，省略了成像系统透镜35。从在观察试样20上方形成的虚拟光源1扩散的电子束7在通过照射系统透镜30被适当地调整后，照射观察试样20。透射了观察试样20的电子束7被分为与观察试样20的局部结构相对应地受到了衍射的衍射波4以及未受到衍射而直接透射的非衍射波5。可知此时来自观察试样20的衍射基本上成为点对称的分布，以非衍射波5为中心成为共轭的分布。衍射波4在衍射面11上会聚在衍射点2，但是在衍射面11上以覆盖半面的方式配置了刀刃32，从而遮断衍射波4的一半。由此，共轭的衍射波4仅一半消失，因此只有经过了一方的衍射点2的衍射波成分有助于成像，结果在观察图像22中，对于观察试样20的边缘部分等电子束7受到特别强的偏转的部分，产生对比度提高的强调对比度。刀刃32俯视时为矩形。附图标记6表示的阴影区域为透射波与衍射波的干涉区域。在比较例中，能够取得来自于本来由于干涉而丢失的相位的图像信息，来作为强调对比度，能够得到在一个方向上对比度提高的图像。
但是，在比较例中，如上所述，相对于非透射波在一个方向上配置边缘，由此通过遮断衍射波而产生的对比度必然成为一个方向，因此得到的图像对比度成为各向异性的图像对比度。因此，以下说明得到具有各向同性的图像对比度的观察图像的实施方式。
图3a表示实施方式的tem的装置结构。对观察试样20照射从形成在观察试样20上方的虚拟光源1扩散的电子束7。透射了观察试样20的电子束7通过物镜31而会聚，在衍射面上形成衍射点2，然后通过配置在更下方的成像系统透镜35在图像面12上形成观察图像23。在衍射面上配置了具备开口37的边缘元件38。边缘元件38与专利文献1的相位板不同，由不透射电子束7的阻挡部件形成。另外，开口37与专利文献1的相位板中设置的非常小的孔不同，是大的孔。在衍射点2经过开口的中央附近的情况下，得到的图像成为一般的明视野图像。
图3b表示在图3a的tem中用于得到强调对比度的条件。在本例中，通过使照射观察试样20的电子束7倾斜，使衍射面上的衍射点2进行移动，接近构成开口37的边缘的一部分。在该情况下，当考虑衍射点2的非常近的区域时，构成开口37的边缘的一部分屏蔽了衍射面的大约一半，近似地以刀刃的方式发挥功能。换言之，开口37使电子束7透射衍射面的大约一半。在该情况下，共轭的一方的衍射波对成像没有帮助，因此结果在观察图像23中产生强调对比度。
此外，构成开口37的边缘位于包围衍射点周围的位置，如专利文献1中的在直线状的边缘设置的凹陷那样边缘不位于包围衍射点周围的位置，不包围衍射点的区域存在1/2以上，不包含在设置于边缘元件38的开口37内。
接着，使用图4a～4c说明强调对比度。图4a是表示图3b中的边缘元件与在同一面内形成的衍射面上的衍射点的位置关系的平面图。图4b是表示在边缘元件上衍射点连续地移动的轨道的平面图。图4c表示与图4a的衍射点的位置对应的观察图像。作为例子，在衍射点2位于附图标记40的位置的情况下，衍射面的大约一半被边缘遮挡，因此相对于与其朝向对应的方向，强调对比度呈现为图4c的(a)所示那样的附图上左侧暗而右侧明亮的各向异性的对比度。同样地，在衍射点2位于附图标记41的位置的情况下，成为图4c的(b)那样的左上侧暗而右下侧明亮的各向异性的对比度，在衍射点2位于附图标记42的位置的情况下成为图4c的(c)那样的上侧暗而下侧明亮的各向异性的对比度，在衍射点2位于附图标记43的位置的情况下成为图4c的(d)那样的右上侧暗而左下侧明亮的各向异性的对比度。这表示在衍射点2附近的电子束7的遮断方向与图像中产生的强调对比度的方向之间存在对应关系。此外，在实际装置中，由于磁透镜对电子轨道施加旋转作用的影响等，在光圈上的点位置与针对图像产生的对比度的方向之间施加了另外的旋转量偏移，关于本例中的衍射点的位置与图像中的对比度的关系，理所当然不同的角度关系也成立。在同等地保持了衍射点2与开口37的边缘之间的距离的状态下，在衍射点2沿着图4b所示那样的轨道44移动的情况下，在光学上产生与仅衍射波的遮断方向连续地变化的情况等同的效果。在衍射点2沿轨道44周期性地持续移动的情况下，在观察图像中，观察到产生强调对比度的方向连续且周期性地变化，因此观察者对于在观察试样20中包含的结构，能够得到来自各方向的强调对比度。因此，通过累加各方向的强调对比度图像，能够得到各向同性的图像对比度。
接着，使用图5a说明使衍射面上的衍射点的位置变化的第一方法。图5a用于说明使衍射面上的衍射点移动的方法的一例。在图5a中，为了使说明更容易理解，省略了成像系统透镜35。在本例中，将设置在观察试样20上方的上下二级的偏转器33进行组合来使电子束7倾斜，由此不改变观察试样20上的电子束7的照射部位，仅改变照射角度。附图标记9表示使照射的电子束7倾斜时的轨道的一例。在仅电子束7的照射角度发生变化的情况下，电子束7在与倾斜前相同的衍射面11内形成衍射点3，其位置与倾斜角度和方向相对应地在衍射面11的面内进行移动。这对于从观察试样20衍射的电子束也相同，因此，作为结果，通过使照射的电子束7倾斜，整个衍射面11在保持相同的强度分布的状态下进行平行移动。由此，不使边缘元件38移动就能够调整衍射点3与边缘元件38之间的位置关系。
另外，这样的照射的电子束7的倾斜并不限于图中所示的偏转器33的配置，理所当然也可通过将观察试样20上方的任意的偏转器进行组合以及使用配置在适当的面上的一个(一级)的偏转器来实现。
接着，使用图5b说明使衍射面上的衍射点的位置变化的第二方法。图5b用于说明使衍射面上的衍射点移动的方法的其它例子。在图5b中，为了使说明更容易理解，省略了成像系统透镜35。这是使用配置在观察试样20下方的偏转器33的例子。在该情况下，也通过使用两级偏转器33，不使观察图像23移动而能够使衍射面11上的衍射点2、3移动。关于这样的衍射点2、3的控制，除了图5b所示的例子以外，也能够仅使用一级的偏转器来进行。
当使用偏转器来调整这样的衍射点2、3与边缘元件38的边缘之间的位置关系时，能够进行高速且高精度、再现性高的波束控制。
关于衍射点的控制，除了图5a、5b的偏转器以外，还能够将配置在电子显微镜的光学系统上的多个线圈进行组合来实现，除此以外，也可以如环带照明那样环形地配置光源，来取代使作为点光源的虚拟光源进行移动。
作为用于控制相对于衍射点边缘遮断衍射波的方向以及遮断量的方法，还能够使用在光学上配置在边缘元件38上方的电磁透镜。在使用基于磁场的透镜的情况下，由于透镜的作用电子轨道受到旋转作用，由此能够改变遮断方向。特别是在将多个透镜进行组合来使用的情况下，能够独立地控制衍射面11的旋转、倍率，因此在控制边缘相对于衍射点的位置关系方面有利。
接着，使用图6说明使边缘元件38移动来改变边缘与衍射点的位置关系的例子。图6用于说明使边缘元件移动来改变边缘与衍射点的位置关系的例子。在图6中，为了使说明更容易理解，省略了成像系统透镜35。图6的tem具备用于机械地控制边缘元件38的位置的微动机构34。在将衍射点2、3的位置设为恒定的状态下，以边缘与衍射点之间的距离保持恒定的方式使边缘元件38移动，由此能够得到与上述图5a、5b的改变衍射点的位置的例子相同的效果。另外，即使边缘元件38的移动不连续并且假设不规则，在考虑了一定时间的平均的情况下，在衍射点2与边缘之间的距离遵照一定的分布的情况下，所观察的图像得到来自各方向的强调对比度。
接着，使用图8说明设置在边缘元件38的开口37的形状。图8是表示设置在边缘元件的开口的形状例子的平面图。优选开口37的形状基本上为圆形(图8的(a))，但是除此以外在使用三角形(图8的(c))、四边形(图8的(b))、五边形(图8的(f))、六边形(图8的(d))等多边形、椭圆(图8的(e))、将它们进行组合后的开口(例如图8的(g))的情况下，也能够得到本实施方式的效果。如图8的(h)所示，开口37不必须为在边缘元件38面上闭合的形状，除此以外，如图8的(j)所示，还可采用将多个边缘元件38进行组合而形成的开口的形状。此外，优选图8的(h)的边缘不连续(未闭合)的部位为相对于缝隙等开口37非常窄的宽度。另外，如图8的(i)所示，也可以在一个边缘元件38上具备多个开口37。在该情况下，通过使边缘元件38移动，使用多个开口37中的任意一个开口进行观察。
希望以包含开口37的面相对于光轴垂直的方式安装边缘元件38，但是在偏离这样的条件而安装了边缘元件38的状态下，也能够实施本实施方式。另外，在这样的情况下，与从光轴方向观察到的开口形状相匹配地使衍射点在移动时绘制的轨道变形的方法也有效。作为例子，在偏离相对于光轴垂直的状态而倾斜地安装了具备圆形的开口37的边缘元件38的情况下，从光轴观察，圆形开口作为椭圆的形状起作用。在这样的情况下，通过将衍射点绘制的轨道设为椭圆状，在将衍射点与边缘之间的距离保持恒定的状态下，能够使遮断衍射波的方向变化。
在到目前为止说明的观察方法中，通过使相对于衍射点的遮断方向变化，能够控制出现强调对比度的方向。关于由此得到的各种条件下的图像，通过观察变化的样子，能够以并非各向异性地捕获的形式进行图像解释，进一步根据在各条件下取得的图像进行累加、加法运算、减法运算、乘法运算、除法运算、微分、积分处理、卷积等运算处理，能够得到更容易解释的图像或具有定量的信息的图像。
接着，使用图7说明观察图像的处理。图7表示对图3b表示的结构附加了为了处理观察图像所需的结构后的结构的例子。观察图像23形成在荧光板60上而被观察。并且，对于荧光板60具备用于记录映出的图像的拍摄装置61，将记录的图像取入到运算装置62内而能够进行显示、处理。
在使对于衍射点2的遮断条件以比人类能够识别的速度或荧光板60的发光现象的响应速度快的周期进行变化的情况下，在荧光板60上观察到实质上与将各条件下的观察图像23进行累加而得到的图像相当的图像。由此，能够观察具有各向同性的图像对比度的图像。
另外，拍摄装置61记录在一定拍摄时间的期间取入的信号来作为一个图像，通过将该拍摄时间设为比针对衍射点2的遮断条件的变化周期长的时间，能够记录实质上将各条件下的观察图像23进行累加而得到的图像。针对在一次的拍摄期间衍射点周期性变化的次数并无限制，但是期望为接近整数次数的周期，根据图像的更新频率、操作性的观点，优选次数为1次～100次左右。
另外，也可以进行不将衍射点的移动限定为连续的圆形的移动的控制(每120°进行划分来进行控制以及取得。衍射点在圆周上的位置随机地移动，平均地在圆周上分布等)。即，在每隔变化周期的1/3、1/2使拍摄中断或者在一个变化周期内拍摄一次，在多个变化周期期间进行一个变化周期量的拍摄从而拍摄时间比遮断条件的变化周期短的情况下，通过将记录的多个图像相加，也能够得到与实质上进行更长时间的拍摄时相等同的图像。
接着，使用图9a～9c说明观察图像的对比度。图9a表示使边缘相对于衍射点的配置方向向多个条件变化时的各观察图像。图9b表示观察图像中的特定部位的对比度的变化。图9c是表示对于边缘相对于衍射点的配置角度将图9b的对比度的变化进行了傅里叶变换的一例的图表。作为例子，在使衍射点以沿开口的边缘进行移动并再次返回到原位置的方式移动了一个周期的情况下，对于观察图像出现的强调对比度的方向也变化一个周期。图9a的(a)的观察图像在附图中左侧暗而右侧明亮，图9a的(b)的观察图像左上侧暗而右下侧明亮，图9a的(c)的观察图像上侧暗而下侧明亮，图9a的(d)的观察图像右上侧暗而左下侧明亮。另外，图9a的(e)的观察图像在附图中右侧暗而左侧明亮，图9a的(f)的观察图像左下侧暗而右上侧明亮，图9a的(g)的观察图像下侧暗而上侧明亮，图9a的(h)的观察图像左下侧暗而右上侧明亮。当关注附图标记50所示的观察图像中的特定部位的图像强度时，在随着衍射点的移动而强调对比度周期性地变化的情况下，其强度变化如图9b所示的图表那样表示周期性的变化。图中的横轴为边缘相对于衍射点的方向(角度)，纵轴表示图像强度(对比度)。图9b的(a)～(h)分别对应于图9a的(a)～(h)。
图9c的横轴为表示对比度的变化周期的频率(frequency)，纵轴表示与其周期对应地变化的图像对比度(强度)的成分的强度。在实施方式中得到的图像为与透射了观察试样20的电子束的强度变化对应的振幅对比度以及根据相位变化而得到的强调对比度的重叠。振幅对比度不会受到相对于衍射点的波束遮断方向的变化的影响，因此对应于图9c所示的图表中的频率0的位置的强度。另一方面，强调对比度与波束遮断方向的周期性变化对应地周期性地变化，因此对应于与其周期对应的频率(f)的成分的强度。如此，在将图像强度变换为频率空间之后，仅提取具有周期的成分，由此能够选择性地提取强调对比度的成分。此外，在本实施方式中表示了图像的对比度如正弦函数那样变化的例子，实际上在图像对比度中包含各种成分，因此关于一个周期内的图像强度的变化可取得各种形式。但是，对于这样的情况也存在周期性，因此能够通过相同的方法仅提取周期性地变化的成分。在这样的情况下，除了与周期对应的频率(f)以外，理所当然还需要处理作为其整数倍的频率成分而产生的高次谐波的成分。
图10表示在各种衍射波的遮断条件下观察图像的频率条件中包含强调对比度的成分的区域。
图10的(a)表示通常的明视野图像内包含的频率信息的一例。附图标记51表示的区域为包含明视野图像的信息的空间频率区域。在这样的观察条件下，在使衍射点2相对于边缘元件38的开口37对准图4a中的附图标记40所述的位置的情况下，衍射波的大约一半被遮断，因此与此对应的空间频率区域内包含的信息包含强调对比度的信息。以这样的空间频率区域为例在图10的(b)中作为附图标记52而表示的区域为包含强调对比度的信息的空间频率区域。另外，另一方面，关于在图10的(b)中用附图标记51表示的区域，因为共轭的衍射波均未受到遮断而成像，所以成为包含相当于明视野图像的信息的空间频率区域。并且，在将衍射点设为图4a中的附图标记41所示的位置的情况下，图10的(c)的附图标记52表示的区域成为包含强调对比度的信息的空间频率区域，在设为图4a中的附图标记42所示的位置的情况下，图10的(d)的附图标记52表示的区域成为包含强调对比度的信息的空间频率区域。如此，在频率空间中，能够基于光学条件来区分包含强调对比度的信息的区域，因此基于与通常的明视野图像或相当于明视野图像的频率区域的差分进行比较，由此能够选择性地取得相当于强调对比度的信息。
图11a表示对于多个不同的条件衍射点绘制的轨道。图11b表示在图11a的各条件下包含观察图像的空间频率成分中的强调对比度的成分的区域。在本例中，开口37为圆形，因此沿其边缘移动的衍射点2的轨道也必然成为圆形。在该圆形轨道的半径发生变化的情况下，得到的图像中包含的强调对比度的信息成分发生变化。
在衍射点2绘制图11a所示的轨道44的情况下，将其一系列过程的图像全部累加或相加而得到的图像所具有的空间频率信息成为图11b的(a)表示的空间频率信息。在相当于从衍射点2至边缘为止的距离的空间频率区域内不会产生衍射波的遮断，因此该空间频率区域的信息成为与明视野图像相等同的信息，对应于在图11b的(a)中用附图标记51表示的区域。在更高的空间频率区域，即共轭的衍射电子束的一方被遮断的空间频率区域内包含强调对比度的信息成分。这对应于在图11b的(a)中用附图标记52表示的区域。
与此相对，在衍射点2绘制图11a中表示的轨道45、轨道46的情况下，直到更低角度侧的衍射波为止被遮断，因此在该条件下得到的图像的空间频率信息分别如图11b的(b)、(c)所示，成为直到更低的空间频率区域为止包含强调对比度的信息成分的信息。如此，在衍射点2与边缘的位置关系与在观察图像中得到强调对比度的空间频带之间成立直接的关系。利用该情况，从多个拍摄图像中，根据它们的拍摄的条件信息，能够提取强调对比度的信息并合成。强调对比度的出现方式根据观察试样的结构、相位变化量及其空间的微分值而发生变化，因此最佳的光学条件根据观察试样和视野而不同，但是通过使用这样的方法，能够得到对于观察试样上的各个视野、结构分别具有适当的图像对比度的图像。
在衍射点2绘制轨道47的情况下，非衍射波形成的0次的衍射点被边缘元件38遮断，因此仅通过衍射波进行成像，此时的观察图像中包含的空间频率信息成为图11b的(d)表示的信息。实际上，非衍射波形成的衍射点具有固定的大小，因此在衍射点2的大半被遮断的情况下，也可产生强调对比度，但是在衍射点2的轨道47的半径相对于开口37足够大的情况下，仅使用衍射波的强度进行观察，这样的条件成为接近于环状暗视野观察图像的条件。在这样的观察条件下，在衍射点2的移动中改变向观察试样20照射波束的方向的使用所谓空心锥形照明的方法通常被称为空心锥形暗视野观察法，但是在该情况下，非衍射波与衍射波之间不产生干涉，因此基本上不产生强调对比度。
接着，使用图12a～12g说明衍射波的遮断条件(边缘元件38的开口中心与衍射点绘制的轨道的中心)的调整。图12a表示能够测定边缘元件遮断的电子的量的装置的结构例。在图12a中为了使说明更容易理解，省略了成像系统透镜35。在图12a中，在边缘元件38上连接了电流计63，使得能够测定边缘元件38遮断的电子的量。
图12d是表示配置在衍射面的边缘元件以及形成在该边缘元件上的衍射点绘制的轨道的平面图。图12e是表示由边缘元件遮断的电子的量的衍射点的方位角依存性的图表。在想要各向同性地得到本实施方式的对比度提升效果的情况下，衍射点2绘制的轨道中心48与开口37的中心需要一致。假设在其中心偏离的情况下，即衍射点2绘制图12d表示的轨道44的情况下，当视为衍射点的低角度的衍射成分具有大致旋转对称的强度分布时，在将衍射点2相对于中心48的方位角设为θ[弧度]的情况下，由边缘元件38遮断的电子的量(流过电流计63的电流(i[安培]))表示了相对于θ在图12e中用附图标记70表示的变化。电流值变化70表示了衍射点绘制的轨道与边缘不相符。
通过将流过电流计63的电流调整为如附图标记71所示的直线状，即与θ无关地同等量的电子被边缘元件38遮断的状态，能够使中心48与开口37的中心一致。电流值变化71表示了衍射点绘制的轨道与边缘相符。另外，在进一步缩小该轨道44的半径的情况下，被边缘元件38遮断的电子的量变得更小，因此如图12e中附图标记72所示，被遮断的电子的量成为更低的电流量。电流值变化72表示衍射点绘制的轨道虽然与边缘相符，但是离开了边缘。通过使用偏转器能够容易地在使轨道44的中心恒定的状态下使半径变化，因此通过评价如此改变了半径时的遮断电流量的变化，能够进行更高精度的调整。
另外，图12f、12g是表示将边缘元件分割为多个电极的例子的平面图。通过测定相对于衍射点的移动在分割后的各电极39中流过的电流的值，对于开口能够高精度地调整衍射点绘制的轨道的中心位置以及歪斜。电极39的分割数并不限于图示的4分割。另外，理所当然，各电极39的分离即可以通过直线以外的图案进行，也可以是不对边缘进行均分的结构。
图12b表示能够测定未被边缘元件遮断的电子的量的装置的第一结构例。图12c表示能够测定未被边缘元件遮断的电子的量的装置的第二结构例。在图12b、12c中，为了使说明更容易理解，省略了成像系统透镜35。在图12b中，具备用于测定未被边缘元件38遮断而在荧光板60上成像的电子的量的电流计63。如果是在成像过程中没有电子缺失等的情况，则被边缘元件38遮断的电子量与未受到遮断而成像的电子量之和为恒定，因此通过使用到达荧光板60上的电子的量，也能够进行在图12a的说明中所描述的调整。
另外，也能够使用荧光板60以外的方法，作为例子能够使用阻挡电子束的图12c表示的法拉第杯64、或其他装置所具备的光圈板等来测定未受到遮断的电子的量。
接着，使用图13说明衍射波的遮断条件(衍射点的位置)的调整。图13是表示对在边缘元件遮断了衍射波的一部分的状态下记录的图像进行傅里叶变换，由此得到的空间频率信息的分布的例子。在由边缘元件38遮断了衍射波的一部分的情况下，其影响如图13所示在观察图像的空间频率信息中呈现为阴影54的形式。通过测定从频率信息的中心至该阴影54为止的距离，能够间接地测定边缘与衍射点之间的距离，因此根据其测定结果能够调整衍射点的位置。
另外，在观察衍射图案的情况下也同样地能够作为阴影而观察由于光圈造成的遮断的影响，由此也能够调整衍射点的位置。
接着，使用图14说明衍射波的遮断条件(根据观察图像的对比度的对称性调整衍射点的位置)的调整。图14表示在根据观察图像的对比度的对称性调整衍射点的位置时取得的图像的例子。
图14的(a)表示在通过通常的明视野观察来观察开孔的观察试样时得到的图像的例子。在对观察试样聚焦的情况下，未产生对观察试样上的孔的边缘部分进行强调的对比度。
图14的(b)表示对于相同的观察试样进行在各方向上产生的强调对比度的累加时得到的图像的例子。在调整了光学系统使得遮断条件成为各向同性时，对于孔的边缘部分产生各向同性的对比度。
图14的(c)表示在相同的光学系统中在衍射点绘制的轨道与边缘元件38的开口37的中心不相符的情况下产生的图像的例子。在该情况下，遮断条件相对于图像中的左右方向呈非对称，因此在左右的边缘部分产生的对比度成为明暗不同的对比度。如此，根据观察试样的结构和系统，能够从观察图像中掌握在观察图像中形成的对比度的各向异性，因此能够根据这些信息来调整衍射波的遮断条件。
作为例子，当考虑开口37呈圆形形状的情况时，除了开口37相对于衍射面的大小极小的情况以外，开口37的一部分起到与遮断衍射面的大约一半的刀刃近似的作用，因此衍射波的大约一半被遮断，作为结果产生强调对比度。在该状态下，在使衍射面上的透射波点的位置沿开口37的边缘进行移动的情况下，相对于图像产生强调对比度的方向连续地变化。在使用圆形的开口37的情况下，该衍射点的移动在衍射面内绘制圆形轨道。
关于实施方式的观察，在形成在光学系统内的任一个衍射面与边缘的高度不一致的情况下，对比度提高效果与理想的条件相比减弱，但是产生强调对比度本身，因此能够充分得到本实施方式的效果。
另外，在控制观察试样20上的电子束照射范围时，同时观察试样20上方的虚拟光源的高度发生变化时，形成在其下游的衍射面的高度也发生变化。在进行实施方式的观察时，期望进行不会发生这样的变化的控制，作为用于实现该控制的方法之一，使用多个照射系统透镜来调整电子束照射区域的方法等有效。
在实施方式的观察中，在为了控制衍射点的位置而控制向观察试样20照射的电子束的角度的情况下，当观察时的焦点从观察试样20偏离时，观察图像的位置与光束照射方向的变化对应地变化。因此，通过根据图像位移量来调整焦点的、使用偏转器使图像移动来消除图像位移或者修正并记录图像的位移量的方法，能够提高观察时的便利性。
期望边缘元件38基本上使用金属来制作，但是在异物附着于边缘元件38的表面的情况下，电荷会滞留在异物，由此有可能对电子束起到偏转、相位调制这样的作用。这种问题特别是在使电子束停止在边缘元件38上的一处的情况下影响明显。与此相对，在本实施方式中，使衍射点在衍射面上移动，因此在边缘上的一处蓄积电荷的量与使衍射点停止的情况相比较小，结果能够得到以下效果：降低对于电子束的偏转、相位调制这种不需要的作用。
在提高使衍射点移动的周期的情况下，用于控制衍射点的偏转器中流过的电流以更高频率发生变化，由于构成偏转器的线圈的电感、偏转器周边的磁性材料的特性，有时响应速度产生延迟。特别是在组合多个线圈来进行电子束控制的情况下，这种延迟对于每个偏转器而不同，因此，结果失去多个偏转器之间的调整关系，在观察试样上想要仅改变照射电子束的角度时，有时产生观察试样上的照射位置也发生变化的现象。在这种情况下，根据控制频率来改变向偏转器施加的控制电流的相位调整或针对波束控制的各偏转器的电流量的变化的方法较有效。
在本实施方式中，希望所使用的边缘元件38的边缘厚度收敛在数纳米～数百微米的范围内。在边缘更厚的情况下，成为边缘比根据光学系统的焦点扩散等决定的衍射面的厚度厚的条件，因此偏离于理想的强调对比度的条件，但是能够得到对比度提高效果。
接着，使用图15说明实施方式的tem的结构。图15表示实施方式的tem的结构。在图3a、3b、5a、5b、6、7、12a、12b、12c中，为了使说明更容易理解，省略了局部结构，在图15中包含图3a、5a、7、12a、12b的结构。
实施方式的tem在观察试样20上方具备虚拟光源1、从虚拟光源1扩散的电子束7所经过的照射系统透镜30以及使电子束7倾斜的上下二级的偏转器33。此外，在附图中表示了电子束7未倾斜的情况。另外，电子显微镜在观察试样20下方具备：物镜31，其使透射观察试样20而扩散的电子束7(衍射波和非衍射波)会聚；边缘元件38，其设置在物镜31的后焦点面(衍射面)11上；微动机构34，其用于机械地控制边缘元件38的位置；成像系统透镜35，其对经过边缘元件38的开口37而扩散的电子束7(衍射波和非衍射波)进行成像；荧光板60，其形成经过了成像系统透镜35的观察图像；以及拍摄装置61，其用于记录在荧光板60上映出的图像。另外，实施方式的tem包含对记录的图像进行运算处理的运算装置62，具备对各透镜、偏转器、微动机构34进行控制的控制装置65。控制装置65取入与边缘元件38、荧光版60相连接的电流计63的值。控制装置65由以下构成：通过cpu控制的驱动电源电路、存储由cpu执行的软件的存储装置、操作员能够控制输入输出的键盘、鼠标、显示装置等接口等。
在此，虚拟光源是通过由虚像的电子束点或电子源、静电型或磁场型的引出电极、静电加速电极等构成的电子枪所形成的实际的电子束的点，作为电子枪可考虑不对电子源进行加热而将电子束电场发射的冷阴极型场发射电子枪或对电子源进行加热来释放电子束的肖特基型电子枪等方式。
接着，使用图16说明实施方式的tem的调整方法。图16是表示实施方式的tem的调整方法的一例的流程图。
步骤s1：控制装置65在光轴上放入边缘元件38的开口37。
步骤s2：如图4b所示，控制装置65使衍射点的位置相对于构成边缘元件38的开口37的边缘周期性地移动。
步骤s3：控制装置65使用例如图12a所示那样与边缘元件38相连接的电流计63，测定图12e所示的边缘元件38所遮断的电子量的与衍射点移动周期相对应的变化。或者，也可以测定如图12b、12c所示那样未被边缘元件38遮断的电子量。
步骤s4：控制装置65判断电子量是否在预定范围内。在“是”的情况下转移到步骤s6，在“否”的情况下转移到步骤s5。
步骤s5：控制装置65使衍射点移动的半径变化。转移到步骤s4。
步骤s6：控制装置65判断电子量的变化幅度是否为预定值以下。控制装置65使用例如图12a或图12b所示那样与边缘元件38相连接的电流计63来测定电子量。在此，根据电子量的最大值与最小值的差或标准偏差等求出电子量的变化幅度。在“是”的情况下结束调整。在“否”的情况下转移到步骤s7。
步骤s7：控制装置65求出电子量为最大、最小的各条件的点位置的电子量的平均，并设为周期性变化的新基准值(中心值)。
根据实施方式，能够得到各向同性的图像对比度。
另外，对软材料(由生物试样、有机材料等轻元素构成，与电子束的相互作用弱的试样)也能够得到足够的图像对比度。由此，在观察这些试样时不需要通常进行的使用金属元素等与电子之间的作用大的元素的染色处理。由此，在无法应用在与原状态更接近的状态下观察生物体试样的冻结观察等染色处理的情况下，也能够实现高对比度观察。
另外，不需要使用为了得到高对比度而广泛使用的将物镜的焦点从试样位置大幅错开的方法。在该方法中，由于物镜球面像差的影响，在从试样衍射的电子束与从试样未受到衍射而透射的非衍射波之间产生光路差，结果产生相位差。根据该相位差，能够得到与试样透射时的电子束的相位变化相对应的图像对比度。但是，在这种方法中，由于使用物镜像差这样的原理，难以对非常低角度的衍射波施加相位差，结果对具有数纳米以上的尺度的结构难以得到对比度提高效果。不使用该方法，因此对于具有数纳米以上的尺度的结构也能够提高对比度。
以上，根据实施方式具体地说明了由本发明人作出的发明，但是本发明并不限于上述实施方式，显然能够进行各种变更。
在实施方式中说明了透射电子显微镜，但是还能够应用于扫描透射电子显微镜。
附图标记说明
1：虚拟光源；2：衍射点；3：衍射点；4：衍射波；5：非衍射波；6：透射波与衍射波的干涉区域；7：电子束；9：倾斜的照射电子束；10：试样面；11：衍射面(后焦点面)；12：图像面；20：观察试样；21：观察图像；22：观察图像；23：观察图像；30：照射系统透镜；31：物镜；32：刀刃；33：偏转器；34：微动机构；35：成像系统透镜；36：对物光圈；37：开口；38：边缘元件；39：电极；40：衍射点；41：衍射点；42：衍射点；43：衍射点；44：轨道；45：轨道；46：轨道；47：轨道；48：轨道的中心；50：观察图像中的一部分；51：空间频率区域；52：空间频率区域；53：空间频率区域；54：阴影；60：荧光板；61：拍摄装置；62：运算装置；63：电流计；64：法拉第杯；65：控制装置；70：电流值变化；71：电流值变化；72：电流值变化。