干渉装置
【課題】２段電子線バイプリズム干渉計は１段での電子線バイプリズム干渉計に、飛躍的な自由度の増加を与える光学系であるが、フィラメント電極によって作られる電子線ホログラムの形状の１次元性、さらに干渉領域幅の方向と干渉縞の方位に関しては、１段電子線バイプリズム光学系と同じであった。すなわち、干渉領域幅はフィラメント電極の方向に一致してその長方向が定まり、干渉縞の方位は、干渉領域幅の長方向に一致かつ平行するのみであった。
【解決手段】上、中、下３段電子線バイプリズムを持った構造とするとともに、これら３段電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角Φを操作することにより、干渉領域とその中に形成される干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とすることに加えて、フレネル縞発生の抑制と干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θの独立したコントロールを可能とする。
【解決手段】上、中、下３段電子線バイプリズムを持った構造とするとともに、これら３段電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角Φを操作することにより、干渉領域とその中に形成される干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とすることに加えて、フレネル縞発生の抑制と干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θの独立したコントロールを可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子もしくはイオン等の荷電粒子線を光源とし、あるいは光を光源とし、３段のバイプリズムを使用する干渉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願の発明者らは、２段電子線バイプリズム干渉計を開発し、紹介した(特願２００４−００４１５６、特願２００４−１０２５３０、非特許文献１，２)。この発明は、２つの電子線バイプリズムを光軸上、電子線の進行方向順に、上段を観察試料の像面、下段を上段の陰の部分に配置し、その各々の電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を変化させることにより、２つの電子波（例えば物体波と参照波）のオーバーラップ領域（干渉領域幅Ｗに対応）とオーバーラップ角度（干渉縞間隔ｓに対応）を任意に変化させることが可能となった。さらに、上段電子線バイプリズムを試料の像面に配することにより、電子線バイプリズムを１段で用いた電子線バイプリズム干渉計（例えば、特許文献１）では原理的に除去できなかったホログラムに重畳されるフレネル縞の発生を回避することも可能となった。
【０００３】
これに加えて、２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極間にアジムス角Φを導入することにより干渉縞の方位角θのコントロールを可能とした発明を提案した（特願２００５−０２７２７４）。
【０００４】
なお、干渉装置には、電子もしくはイオン等の荷電粒子線を光源とする干渉装置あるいは光を光源とする干渉装置があるが、本発明の説明では、電子を光源とする干渉装置に主体を置いて説明する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１７８００号公報
【非特許文献１】泥ouble-Biprism Electron Interferometory煤CKen Harada, Tetsuya Akashi, Yoshihiko Togawa, Tsuyoshi Matsuda and Akira. Tonomura，Applied Physics Letter: Vol. 84, No. 17, (2004) pp. 3229 3231.
【非特許文献２】滴igh-Resolution Observation by Double-Biprism Electron Holography煤CKen Harada, Tsuyoshi Matsuda, Tetsuya Akashi, Yoshihiko Togawa and Akira. Tonomura，Journal of Applied Physics: Vol. 96, No. 9, (2004) pp. 6097 6102.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願の発明者らによる、２段電子線バイプリズム干渉計および２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間にアジムス角Φを導入した２段電子線バイプリズム干渉計は、１段での電子線バイプリズム干渉計に、飛躍的な自由度の増加を与えるのみならず、電子線ホログラムの干渉縞の方位θに関しても、制御可能となった。そのため、例えば、カーボンナノチューブのような、１方向に伸びた形状の試料の観察においても、試料の長方向を観察することが現実の実験として可能となった。
【０００７】
しかし、特願２００５−０２７２７４の発明では、干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θの関係は、特願２００５−０２７２７４の式（１０）に記載のごとく簡単な形にまとめられるものの、独立したコントロールは不可能であった。さらに、２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極間にアジムス角Φを導入することに伴い、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極が、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極の影からはみ出してしまい、フレネル縞の干渉領域への重畳が、わずかではあるが発生するものとなった。
【０００８】
このため、簡便な操作で、干渉領域幅Ｗと干渉縞間隔ｓ、そして干渉縞の方位角θの３つのパラメータの独立したコントロールが可能な干渉計が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、３段の電子線バイプリズムを同時に用いることにより、上記課題を実現する。上側２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極を各々試料に対する像面に配置すると共に、電極間にアジムス角Φ１を与え、両電子線バイプリズムを作用させることに起因して生じる４つの実光源の相対位置をフィラメント電極に電圧を印加することによってｘｙ平面内で操作することにより、干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とするものである。さらに最下段電子線バイプリズムのフィラメント電極にもアジムス角Φ３を与えることにより、ｘ方向、ｙ方向に任意の干渉領域幅（Ｗｘ、Ｗｙ）を作成することを可能とする。
【００１０】
すなわち３段の電子線バイプリズムを用いることにより、結果的に平行四辺形形状の任意の形状・大きさの干渉領域を作り出し、その中に形成される干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特願２００５−０２７２７４の発明においてコントロール可能となった干渉領域幅Ｗ、干渉縞間隔ｓ、方位角θに加えて、干渉縞間隔ｓと方位角θ間の独立コントロール、さらに干渉領域の形状をも任意の干渉領域幅（Ｗｘ、Ｗｙ）のパラメータにてコントロールを可能とするものであり、電子線干渉の取り扱いに新たな自由度を加えるものである。これにより、従来の電子線ホログラフィーでは、像再生時にのみ行なってきた干渉顕微鏡像の干渉縞の間隔ｓ・方位角θの調整が電子顕微鏡内で、電子線により直接可能となり、ホログラム再生等の画像記録後の処理を行なうことなく、任意の干渉条件による干渉顕微鏡像の直接観察・記録が電子光学系にて可能となる。言わば波面分割型干渉計の操作性、性能を振幅分割型干渉計のそれらに匹敵させることができる。
【００１２】
さらに特願２００５−０２７２７４の発明では抑制できなかったフレネル縞の影響を除くことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、３段構成の電子線バイプリズムを使用し、上段と中段の２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φ１を操作することにより、干渉領域とその中に形成される干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とする。さらに、これに加えて、下段の電子線バイプリズムフィラメント電極にもアジムス角Φ３を与えることにより、ｘ方向、ｙ方向に任意の干渉領域幅（Ｗｘ、Ｗｙ）を作成することを可能とする。その結果、平行四辺形形状の任意の干渉領域を作り出すことを可能とするものである。
【００１４】
本発明の前提となる上下２段に電子線バイプリズムを持つ干渉計および上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを操作することについて、まず、説明する。
【００１５】
図１は、特願２００４−００４１５６の図３で説明された電子線バイプリズムを用いた干渉光学系を示す図である。
【００１６】
図１において、１は電子源、２は光軸、３は試料、５は１つもしくは複数のレンズからなる対物レンズ系（図では簡単のため等価な１つのレンズで代表して表している。したがってレンズから電子源までの距離ａ１、レンズから電子源像面までの距離ｂ１もこれに対応する距離であり、装置の実際の大きさとは異なる。図１以降の図においても同様である）、７は上段電子線バイプリズム直上の第１電子源像面、１１は観察面、１２は観察面上の試料の像、１３はフイルムあるいはカメラ等の撮像手段である。２１および２３は物体波および参照波を示す。３１は対物レンズ系５による試料の像面、３２は対物レンズ系５による試料の像、３３は拡大レンズ、３５は拡大レンズ３３による電子源の像面、９ｕは対物レンズ系による試料の像面３１上に設けられた上段電子線バイプリズムのフィラメント電極で、その直径はｄｕである。９ｂは拡大レンズ３３による電子源の像面３５と観察面１１との間に設けられた下段電子線バイプリズムのフィラメント電極で、その直径はｄｂである。また、観察面１１上に現れる干渉縞の間隔ｓと干渉領域幅Ｗを撮像手段１３の下に模式的に表示した。ここで、電子源１は、図では、単一のブロックで示しているが、光源、加速管さらには照射光学系を含むものである。ここで示した電子線バイプリズムは、電界型のものの模式図であり、中央に極細線のフィラメント電極とその電子線が通る遥か外側左右に接地電極を備えた構造をしており、中央のフィラメント電極に電圧を印加して電子線を偏向させる。図１および以後の図では、中央のフィラメント電極の断面または端面は小円で示すものとする。また、電子線バイプリズムの機能に着目した説明では、電子線バイプリズムとのみ表記し、中央のフィラメント電極に着目した説明では電子線バイプリズムのフィラメント電極と表記する。また電子光学系では、電子レンズは通常磁界型の電磁レンズが用いられるため、電子線の経路には光軸に平行な軸を回転中心とした回転が含まれるが、図１では電磁レンズによる電子線の回転を無視し、電子光学系として同一の平面を記載している。以降の光学系を示す図においても同様である。
【００１７】
電子源１で発生された電子線は光軸２の一方側に配置された試料３を透過する物体波２１と試料３の無い側を透過する参照波２３とに分かれる。物体波２１と参照波２３とを識別しやすいように、物体波２１のみにパターン表示を付した。物体波２１および参照波２３は対物レンズ系５で屈折されて上段電子線バイプリズム直上の電子源像面７で交叉して拡大レンズ３３の方に進む。物体波２１および参照波２３は対物レンズ系５による試料の像面３１上で試料像３２を形成するとともに、像面３１上で上段電子線バイプリズムの位置を通過する。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕに印加される電圧Ｖuによる偏向で物体波２１および参照波２３の両電子線は互いに光軸２に向かわせられる。その結果、拡大レンズ３３の下流側において、分離（スプリット）した２つの実電子源像２６および２８を形成する。さらに物体波２１および参照波２３の両電子線は、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂに印加される電圧Ｖｂより偏向され、仮想的な電子源像２５および２７を構成するに至る。Ｙｒは上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕによる電子源像の光軸からのスプリット距離、Ｙｖは下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂによる仮想的な電子源像の実電子源像２６からのスプリット距離であり、式（１）、（２）の様に表される。ここで、ａ３は第１電子源像面７と拡大レンズ３３との距離、ｂ３は拡大レンズ３３と第２の電子源像面３５との距離、αｕは電子線バイプリズム電極９ｕによる電子線の偏向角度、ｂｏｂｊは第１像面３１と対物レンズ系５との距離、ｂ１は対物レンズ系５と第１電子源像面７との距離、Ｄｕは第１電子源像面７と第１像面３１との距離、αｂは下段電子線バイプリズム電極９ｂによる電子線の偏向角度、ｂＭは拡大レンズ３３と観察面１１との距離、ｂ３は拡大レンズ３３と第２の電子源像面３５との距離、Ｌｂは下段電子線バイプリズム電極９ｂと観察面１１との距離、Ｄｂは第２の電子源像面３５と観察面１１との距離である。
【００１８】
【数１】
【００１９】
【数２】
【００２０】
観察面１１は上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕの像面であるため、上段電子線バイプリズムでの偏向作用は像形成に関係なく、波面のオーバーラップは生じない。しかし、電子線への偏向は実として行なわれているため、実電子源像のスプリット２６，２８が生じている。これは下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂによる仮想的な電子源像のスプリット２５，２７と本質的に同じものである。
【００２１】
図１に示す構成で、両電子線バイプリズム９ｕ、９ｂを同時に作用させた場合の試料面へ逆投影した干渉縞は式（３）、（４）の様に表される。なお、ＭＯｂｊは対物レンズ系５による試料３に対する倍率、ＭＭは拡大レンズ３３による試料像３２に対する倍率である。図１ならびにその説明においては便宜上拡大を示しているが、レンズ、及びレンズ系の用い方に応じて縮小の場合を含む、任意の倍率変更を意図するものである。以下の説明においてもこれは同様である。また、試料面へ逆投影した干渉縞の干渉縞間隔ｓと干渉領域幅Ｗは下付きの添え字Ｏｂｊを付して表すものとする。ここで、ａＭは拡大レンズ３３と電子線バイプリズム電極９ｕとの距離、ａｏｂｊは試料３と対物レンズ系５との距離、λは電子源１の電子線の波長である。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】
式（３）、（４）は干渉領域幅ＷＯｂｊが上段電子線バイプリズムによる偏向角度αｕに依存しないことを意味しており、このことが、干渉縞間隔ｓＯｂｊと干渉領域幅ＷＯｂｊの独立したコントロールを可能にする。すなわち、
（１）下段電子線バイプリズム→干渉領域幅ＷＯｂｊを定める。
（２）上段電子線バイプリズム→干渉縞間隔ｓＯｂｊを調整する。
という手順で独立操作が可能となる。
【００２５】
さらに、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂが拡大レンズ３３による電子源の像面３５の位置に置かれている（Ｄｂ−Ｌｂ＝０）場合を考えてみると、この場合には式（３）により干渉縞間隔ｓＯｂｊは下段電子線バイプリズムによる偏向角度αｂに依存しない。すなわちこの光学条件では、干渉縞間隔ｓＯｂｊと干渉領域幅ＷＯｂｊに関して両バイプリズムを用いることにより完全に独立なコントロールが可能となる。
【００２６】
特願２００４−００４１５６の発明により、干渉縞間隔ｓＯｂｊと干渉領域幅ＷＯｂｊを独立にコントロールできる電子線干渉装置は実現できた。しかしながら、発明が解決しようとする課題で述べたように、フィラメント電極によって作られる電子線ホログラムの形状の１次元性、さらに干渉領域幅Ｗの方向と干渉縞の方位に関しては、１段電子線バイプリズム光学系と同じであるため、干渉領域幅Ｗはフィラメント電極の方向に一致してその長方向が定まり、干渉縞の方位は、干渉領域幅Ｗの長方向に一致かつ平行するのみであった。
【００２７】
特願２００５−０２７２７４の発明では、上下２段電子線バイプリズムを持った構造とするとともに、これら上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを操作することにより、干渉領域とその中に形成される干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とする。以下、具体的に説明する。
【００２８】
図２は特願２００５−０２７２７４の図２で説明された上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを操作して得られる干渉縞の形成を説明する概念図で、上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを分かりやすく示すために立体構造として表示したものである。図３は、図２で説明した特願２００５−０２７２７４の発明による上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極９ｕ、９ｂ間のアジムス角Φを操作する構成の光学系を図１に対応する表示形式で示す模式図である。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂを横長に描くことによって、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕとの間にアジムス角Φがあることを示している。
【００２９】
図２では上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕをＸ軸と一致させている。また、図２および図３で、図１に示す構成要素と対応するものには、同じ参照符号を付した。なお、図２において破線で示す楕円は、それぞれの位置における一つの波面の位置を模視的に示すものである。また、破線で示す四角は第２の電子源像面３５を模視的に示すものである。
【００３０】
上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極９ｕ、９ｂの間のアジムス角Φと、得られる干渉縞の方位角θとの関係は、光学系の配置によって変化すること、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧によっても変化することが幾何光学より導かれる。特願２００５−０２７２７４の発明による光学系の諸関係式を式（５）、式（６）、式（７）に示す。いずれも試料面上へ投影した関係を示している。各式中の文字は、図１−図３および前述までに記載されているとおりである。
【００３１】
【数５】
【００３２】
【数６】
【００３３】
【数７】
【００３４】
これらの式より、特願２００４−００４１５６で説明した干渉領域幅Ｗと干渉縞間隔ｓに関する完全独立光学系の場合、すなわち、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂが光源の像面３５に存在する場合（Ｄｂ−Ｌｂ＝０の場合）、ホログラムに記録される干渉縞の方位角θは、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極のアジムス角Φによらずゼロとなることが導かれる。このことは、逆に言えば、この条件の場合には、２段電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角度調整に精度はあまり重要ではないということを意味している。
【００３５】
（実施例１）
図４は、本発明の上、中、下段の３段の電子線バイプリズムを持つ干渉装置の実施例１の光学系を示す摸式図である。各３段の電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角Φ１、Φ３を分かりやすく示すために立体構造として表示したものであり、得られる干渉縞の形成を説明する概念図である。図２と対比して明らかなように、実施例１では、２段電子線バイプリズム干渉計の光学系の中間位置に該当する対物レンズ系の下部で、同時に上段電子線バイプリズムの上部に拡大レンズ系が加わり、その加わった拡大レンズ系の物面位置（対物レンズ系の像面位置）に新たな電子線バイプリズムを配した構造をしている。図４に於いては、図１、図２、図３で説明した電子源１、光軸２、試料３、対物レンズ系５、上段電子線バイプリズム直上の第１電子源像面７、観察面１１、物体波２１および参照波２３を同じ参照符号とした他は煩雑となるため、以降の説明や数式では、図４以降新たに定義し直すものとする。ここで、電子線の流れる方向に上から順に、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３とする。また、それぞれのフィラメント電極の太さをｄ１，ｄ２，ｄ３とする。
【００３６】
図４において、６１は対物レンズ系５による第１像面であり、６２は第１像面６１上の試料像である。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１は第１像面６１に設けられる。ここで、フィラメント電極９１とＸ軸のなす角をΦ１とする。６３は第１像面６１後段に設けられる単数または複数のレンズからなる第１拡大レンズ系であり、α１は上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１による電子線の偏向角度である。６５は第１拡大レンズ系６３による第２電子源像面であり、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１による電子線の偏向により、分離した電子源の実像６６，６７が形成される。７１は第１拡大レンズ系６３による第２像面である。７２は第２像面７１上の試料像である。中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２は第２像面７１に設けられる。ここで、フィラメント電極９２はＸ軸上に設けられる。したがって、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２とのなすアジムス角はΦ１となる。
【００３７】
７３は第２像面７１後段に設けられる単数または複数のレンズからなる第２拡大レンズ系であり、α２は中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２による電子線の偏向角度である。７５は第２拡大レンズ系７３による第３電子源像面である。第３電子源像面７５上には、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１と、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２とにより、４つの電子源の実像が形成されている。このうち、電子源像７６と７８は第２電子源像面６５の電子源像６７が分離して形成されたものであり、電子源像７７と７９は第２電子源像面６５の電子源像６６が分離して形成されたものである。この４つの電子源の実像が、さらに下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３により偏向を受け、４つの電子源の虚像８１，８２、８３，８４が形成されている。
【００３８】
図４中、９１は下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３が配置された空間上の面を示している。幾何光学的には、この面で下段電子線バイプリズムによる偏向が発生する。９３は、物体波が面９１上に作る偏向直前の波面を表しており、９４は同参照波の波面を表している。この２波面が観察面１１上で重なって、干渉縞を作ることになる。面９１上の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３とＸ軸のなす角をΦ３とする。したがって、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２とのなすアジムス角はΦ３となる。α３は下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３による電子線の偏向角度である。３つの電子線バイプリズムのフィラメント電極により偏向された電子線は、観察面１１上に試料像１０１と干渉縞１０２、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１の影１０３，１０４および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２の影１０５，１０６を形成する。
【００３９】
図５は、図４の各電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置と、対物レンズ系、拡大レンズ系の位置関係をよりわかりやすく表示するため、図１、図３と対応する表示形式で、奥行きについては省略して描いた模式図である。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３を横長に描くことによって、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２との間にアジムス角があることを示している。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１は、対物レンズ系５の直下の第１像面６１に配置し、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２を単数または複数のレンズからなる第１拡大レンズ系６３直下の第２像面７１に配置し、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３は単数または複数のレンズからなる第２拡大レンズ系７３直下の第３電子源像面７５と第３像面９２との間に配置している。第３像面９２よりも電子線の進行方向下流側に第３拡大レンズ４２、第４拡大レンズ系４３および投射レンズ４４など結像レンズ系が設けられ、そのさらに下流側に観察面１１が来るが、第３像面９２以降の光学系の構成は、３段電子線バイプリズム干渉計の機能には影響しない。なお、図中各像面における試料像を太い矢印で示した。
【００４０】
図４、および５に示す光学系の諸関係式は幾何光学により、比較的簡単に導くことが出来るので、３つの電子線バイプリズムのフィラメント電極９により偏向された電子線が観察面１１上に形成する試料像１０１と干渉縞１０２、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１の影１０３，１０４および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２の影１０５，１０６の関係は、各構成要素と各パラメータを以下のように定義すると試料面上への投影後の関係を式（８）〜（１２）に示すことができる。（なお、フィラメント電極の影は、式（１０）、式（１１）に示す干渉領域幅Ｗｘ，Ｗｙの式に減算の項として表れている。）簡単のため、第３像面９２以降の拡大レンズ系、投射レンズ系については割愛している。ここで、ＭＯｂｊは試料に対する対物レンズ系５の倍率、ＭＭ１は試料に対する第１拡大レンズ系６３の倍率、ＭＭ２は試料に対する第２拡大レンズ系７３の倍率、ａ１は対物レンズ系５と電子源１との距離、ｂ１は対物レンズ系５と第１電子源像面７との距離、Ｄ１は第１電子源像面７と第１像面６１（上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１）との距離、ａ２は第１電子源像面７と第１拡大レンズ６３系の距離、ｂ２は第１拡大レンズ系６３と第２電子源像面６５との距離、ａ３は第２電子源像面６５と第２拡大レンズ系７３との距離、Ｄ２は第２電子源像面６５と第２像面７１（中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２）との距離、ｂ３は第２拡大レンズ系７３と第３電子源像面７５との距離、Ｄ３は第３電子源像面７５と観察面１１との距離、Ｌ３は第３像面９１（下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３）と観察面１１との距離である。観察面１１において、干渉縞１０２のＸ軸、Ｙ軸方向の幅をそれぞれ、Ｗｘ，Ｗｙ、干渉縞１０２のＸ軸に対する傾きをθとする。
【００４１】
【数８】
【００４２】
ただし、ｒは式（９）で定義される。
【００４３】
【数９】
【００４４】
【数１０】
【００４５】
【数１１】
【００４６】
【数１２】
【００４７】
図６は、３段の各段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置関係を第３像面９２上へ投影した図である。簡単のため、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２をＸ軸とし、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３のＸ軸からのアジムス角を、各々Φ１、Φ３とする。光軸上の高さについては、前述のとおり上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極は、各レンズ系の試料の像面位置に定めているが、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３は、Φ３＝０°、またはΦ３＝Φ１としたときに、完全に中段、または上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２，９１の陰に入る位置であれば、光学系上どこにあってもかまわない。
【００４８】
本発明によって得られる干渉領域の形状は、上部２段の電子線バイプリズムフィラメント電極の成す角度Φ１、および式（１０）、式（１１）で定まる幅ＷＯｂｊｘ，ＷＯｂｊｙの比（ＷＯｂｊｘ/ＷＯｂｊｙ）を持った平行四辺形となる。
【００４９】
図７（Ａ）−（Ｄ）は、本発明によって得られる干渉領域の形状をΦ３＝４５°に固定し、Φ１を変化させた場合に得られた実験結果の図である。図７（Ａ）は、Φ１＝５０°の場合、（Ｂ）は、Φ１＝７０°の場合、（Ｃ）は、Φ１＝９０°の場合、（Ｄ）は、Φ１＝１１０°の場合である。一連の実験中の各々のフィラメント電極への印加電圧は、上段電子線バイプリズムをＶ１＝３０Ｖ、中段電子線バイプリズムをＶ２＝３０Ｖ、下段電子線バイプリズムをＶ３＝１６０Ｖに保持した。ここで、左上がりで太い黒線で写っているのは上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１の影１０３，１０４、右上がりで太い黒線で写っているのは中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３の影１０５，１０６である。上部電子線バイプリズムのフィラメント電極９１のアジムス回転に伴って干渉領域の平行四辺形の形状が変化していく様子がわかる。すなわち、Φ３＝４５°に固定であるので、平行四辺形形状の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３が作り出す干渉領域外側の白い帯状になった干渉領域（従来の単バイプリズム干渉計での干渉領域に同じ）は動かないが、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１の影１０３，１０４はアジムス回転に伴って回転する。式（８）、式（９）、式（１２）に基づき、それぞれのフィラメント電極の影で囲まれる干渉領域の干渉縞の間隔ｓ、方位角θも変化しているが、これについては実験結果と共に後述する。
【００５０】
オペレーションの便宜さなど実用上は、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極は直交させる（Φ１＝９０°）ことが好都合である。図８（Ａ）−（Ｃ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２を直交（Φ１＝９０°）させた状態に固定し、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２と下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３との成す角度Φ３を変化させて、干渉領域の形状変化を観察した実験結果を示す図である。図８（Ａ）はΦ３＝３０°、（Ｂ）はΦ３＝４５°、（Ｃ）はΦ３＝６０°である。また、各々のフィラメント電極への印加電圧は、Ｖ１＝２０Ｖ、Ｖ２＝２０Ｖ、Ｖ３＝１２０Ｖに保持した。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３の回転にともない干渉領域の成す２辺は直交関係を保ったまま、辺の長さが変化する、すなわち、長方形→正方形→長方形の変化をしている。図８の一連の実験結果においてもそれぞれのフィラメント電極の影で囲まれる干渉領域の干渉縞の間隔ｓ、方位角θも変化しているが、上記同様後述する。
【００５１】
図９（Ａ）−（Ｄ）は各電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角を一定にした場合における、干渉領域の形状の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３依存性を観察した実験結果である。図９（Ａ）はＶ３＝０Ｖ、（Ｂ）はＶ３＝４０Ｖ、（Ｃ）はＶ３＝９０Ｖ、（Ｄ）はＶ３＝１４０Ｖである。また、各々のフィラメント電極間のアジムス角は、Φ１＝９０°、Φ３＝３０°であった。
【００５２】
下段電子線バイプリズムのフィラメント電極Ｖ３＝０Ｖでは、図９（Ａ）に示すように、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の影が直交し、干渉領域は形成されない。このとき、上中段の各々のフィラメント電極の影１０３，１０４と１０５，１０６は、それぞれ、１本となっている。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３が大きくなるのに従って下段フィラメント電極へ向き合うように電子波が偏向されてゆき（図９（Ｂ））、波面のオーバーラップに伴って干渉領域が生じはじめ（図９（Ｃ））、その干渉領域が相似形を保ったまま拡大していく様子がわかる。すなわち、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３により、干渉領域の大きさがコントロールできる。
【００５３】
また、この図９の一連の実験結果は、本発明に於ける電子波のコントロールの考え方を良く示す図でもある。すなわち、上側２段の電子線バイプリズムにて波面を４分割し、これらの内のどの２波を干渉させるかを選ぶのが、下段フィラメント電極９３のアジムス角Φ３である。図９では、向かって右上と左下の２波を選んでいる）。対角を成す２波を選ぶ場合に、本発明の特徴である全ての干渉パラメータの独立コントロールが可能となる。左右、または上下の２波を選んだ場合、すなわちΦ３＝０°、またはΦ３＝９０°の場合には、干渉現象のコントロール特性は、特願２００４−００４１５６に一致する。選ばれた２波による干渉領域の形状（縦横比など）を下段電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角Φ３で、干渉領域の大きさを印加電圧Ｖ３にてコントロールすることは、すでに述べたとおりである。また、このときに得られた干渉縞の間隔ｓ、方位角θは、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧にて独立にコントロールできる（後述）。このような考え方は、本光学系を用いる実験に際して、実験条件を定める上で実用上大変に有効である。
【００５４】
また、図７、８、９に示す実験結果は、下段電子線バイプリズムフィラメント電極９３によるフレネル縞が干渉領域外では発生しているが、上段バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２で囲まれた観察領域内への影響は、ほとんど無視できるレベルにまで小さいことを示している。これは実用上大変有効である。なお、下段電子線バイプリズムフィラメント電極９３のアジムス角が、Φ３＝０°、または、Φ３＝Φ１の場合には、本発明による３段電子線バイプリズム光学系は、２段電子線バイプリズム光学系に一致するため、問題となるフレネル縞は原理的に発生しない。
【００５５】
上述の様に、上側２段の電子線バイプリズムによって形成した干渉領域内の干渉縞のコントロールについて考える。簡単のため、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極９１，９２が直交している場合（Φ１＝９０°）を想定して説明するが、一般の場合も同様に取り扱うことができる。はじめに、図４に示したように、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の縞間隔ｓｘ、ｓｙを検討する。この新たな２つのパラメータは、干渉縞間隔ｓ、および干渉縞の方位角θを用いて、式（１３）、式（１４）のごとく示すことができる。
【００５６】
【数１３】
【００５７】
【数１４】
【００５８】
すなわち、下段電子線バイプリズムの動作条件（印加電圧Ｖ３（偏向角α３）とアジムス角Φ３）が定まれば、ｓｘはＸ軸方向の干渉をコントロールする上段電子線バイプリズムの印加電圧（偏向角α１）のみに依存し、一方ｓｙはＹ軸方向の干渉をコントロールする中段バイプリズムの印加電圧（偏向角α２）のみに依存していることがわかる。これは上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極９１，９２が直交している場合（Φ１＝９０°）に、それぞれのフィラメント電極への印加電圧により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に独立して波面の偏向が与えられることを根拠としている。すなわち、ｓｘとｓｙの比を変更しないで各々の大きさを変化させると、干渉縞間隔ｓのみがコントロールできる。また、ｓｘとｓｙの自乗和の大きさを変更しないで比のみを変化させると、干渉縞の方位角θのみのコントロールが可能である。これら干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θは、式（１５）、式（１６）に基づき、上段、および、中段電子線バイプリズムへの印加電圧によって、それぞれ独立したコントロールが可能となる。
【００５９】
【数１５】
【００６０】
【数１６】
【００６１】
図１０は、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の干渉縞間隔（ｓｘ、ｓｙ）を独立して変化させた実験結果である。干渉縞の間隔ｓと方位角θが図中明瞭に観察できるように、図９（Ｄ）に示す干渉領域の中央部を抜き出して拡大したものである。横方向に配列した３枚の写真は中段電子線バイプリズムへの印加電圧Ｖ２のみを３０Ｖ，６０Ｖ，９０Ｖに制御して干渉縞間隔ｓｙのみを独立して変化させた結果を示す。干渉縞間隔ｓｙのみを変化させているために、干渉縞の方位角θはすべて異なっているが、３枚の写真の干渉縞と接続部を見れば、３本の折れ線状となっていて縦方向の縞間隔ｓｘが一致していることが分かる。縦方向に配列した３枚の写真は上段電子線バイプリズムへの印加電圧Ｖ１のみを３０Ｖ，６０Ｖ，９０Ｖに制御して干渉縞間隔ｓｘのみを独立して変化させた結果を示す。干渉縞間隔ｓｘのみを変化させているために、干渉縞の方位角θはすべて異なっているが、３枚の写真の干渉縞と接続部を見れば、３本の折れ線状となっていて横方向の縞間隔ｓｙが一致していることが分かる。すなわち、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の干渉縞間隔（ｓｘ、ｓｙ）の独立したコントロールができている。これらの図ではｓｘ、または干渉縞間隔ｓｙのどちらか一方のみを変化させているために、干渉縞の方位角θはすべて異なっている。しかし、干渉縞の方位角θは、式（１６）に示したごとく、各々の方向の縞間隔の比で定まっているため、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧を適切に選ぶことによって、独立したコントロールが可能となる。
【００６２】
図１１（Ａ）−（Ｃ）は上段電子線バイプリズムへの印加電圧位Ｖ１および中段電子線バイプリズムへの印加電圧Ｖ２を制御して、干渉縞の方位角θを一定（θ＝−４５°）に保った状態で干渉縞間隔を変化させた実験結果を示す図である。試料には酸化マグネシウムの微結晶を用いた。干渉縞間隔は、（Ａ）ｓｏｂｊ＝５ｎｍ、（Ｂ）ｓｏｂｊ＝４ｎｍ、（Ｃ）ｓｏｂｊ＝３ｎｍである。図の周辺に黒く見えるのは、上段電子線バイプリズムおよび中段電子線バイプリズムのフィラメント電極の影である。
【００６３】
図１２（Ａ）−（Ｃ）は上段電子線バイプリズムへの印加電圧Ｖ１および中段バイプリズムへの印加電圧Ｖ２を制御して、干渉縞の間隔を一定（ｓｏｂｊ＝４ｎｍ）に保った状態で干渉縞の方位角のみを変化させた実験結果を示す図である。方位角θは、（Ａ）θ＝−３０°、（Ｂ）θ＝−４５°、（Ｃ）θ＝−６０°である。
【００６４】
これら図１１、図１２に示す例は、従来の電子線ホログラフィーでは、像再生時にのみ行なってきた干渉縞の間隔、方位角の調整が電子顕微鏡内で、電子線により直接可能となったことを示している。
【００６５】
（実施例２）
図４、および図５に示す構成において、第１拡大レンズ系６３の倍率を１とした場合には、Ｘ軸、Ｙ軸方向の倍率による相対的な補正は不要となるため、干渉現象の取り扱いは、Ｘ軸、Ｙ軸方向でほぼ等価となり容易となる。この考え方をさらに推し進めると、上２段の電子線バイプリズムフィラメント９１，９２を第１像面６１に設けることにより、２段の電子線バイプリズム光学系によって、実施例１で説明した３段電子線バイプリズム干渉計とほぼ等価な効果を得られることが分かる。
【００６６】
図１３は実施例１で説明した３段電子線バイプリズム干渉計の上段バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とに対応する２本のフィラメント電極を直交させて、上段電子線バイプリズムの位置にマウントし、下段電子線バイプリズムフィラメント電極９３を面９１にマウントした光学系を示す図である。図１３において、図２に示す構成要素と同じもの、または、同等の機能のものには同じ参照符号を付した。ここで、上段電子線バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とに対応する２本のフィラメント電極は、直交していても、電気的には絶縁されて、独立に電圧が制御される。
【００６７】
先にも述べたように、上段電子線バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とを直交させて使用するのが、実用上好都合であることを考えれば、実施例２の構造により、先の特願２００５−０２７２７４で提案した２段電子線バイプリズム光学系の簡易な構造によって、実施例１の図４で説明した３段電子線バイプリズム光学系の構造で得られる干渉装置と同等の効果を得られることは、装置の製作上有利である。ただし、電子顕微鏡のような荷電粒子線を用いる場合、電子線バイプリズムのフィラメント電極の交わるその部分では電界の効果がＸ軸、Ｙ軸方向共に多少の鈍りを生じると推定され、得られる干渉領域の角の部分では、干渉縞にその影響が重畳される可能性がある。しかし、干渉領域の中央部では、この電界の鈍りの影響を受けない、または無視できる程度に小さな状態での使用が可能と考えられる。
【００６８】
（光を光源とする干渉装置への適用）
上述までの説明は、電子を光源とする干渉装置に主体を置いて説明したが、特願２００４−００４１５６でも説明したように、本発明は光を光源とする干渉装置に於いても実施できる。図１４は図４に示す光学系の電子線バイプリズム９１，９２，９３に代えて、３個の光学バイプリズムを配置し、上段、中段の各々の光学バイプリズムの中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板を設けた例を示す図である。図１４において、９’１，９’２，９’３が電子線バイプリズム９１，９２，９３に代わる光学バイプリズムである。それぞれ、中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板９５,９６,９７が設けられている。
【００６９】
さらに、同じ考え方で、図１３に示した２段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置に於いても実施できる。図１５は、図１３に示した２段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置とした構成を示す図である。図１４と同様に電子線バイプリズムに換えて、光学バイプリズムを各々の位置に配した構造である。このとき、電子を光源とする干渉装置に於いては、図１３に示したごとく上段電子線バイプリズムに於いて、二つのフィラメント電極を交差させているが、これに対応する光学素子としては、図１５に記載の四角錘型プリズムが考えられる。フィラメント電極が直交し偏向角度がＸ軸、Ｙ軸方向で同じ場合にはピラミッド型の正四角錘型プリズム、偏向作用が異なる場合にはそれに応じて形の変化した四角錘型プリズムを用いれば、上述した荷電粒子線に対するのと等価な光を光源とする干渉装置が構成できる。図１５において９１２が電子線バイプリズム９１，９２に代わる光学バイプリズムであり、中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板９５,９６が設けられている。また、９’３が電子線バイプリズム９３に代わる光学バイプリズムであり、中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板９７が設けられている。
【００７０】
なお、特願２００４−００４１５６でも説明したように、一般的には光学バイプリズムは、電子線バイプリズムのように、電圧を制御して偏向角αを変えると言うことができない。したがって、目標とする干渉縞間隔ｓおよび干渉領域幅Ｗに応じてこれを交換する必要があるので、使用にあたっての煩雑さがある。しかし、これについては、光学バイプリズムの形状を成した容器を作り、内部に、例えば、気体を封入しその圧力を可変とすることによって、すなわち密度を可変とすることによって、光学バイプリズムの屈折率を変化させ任意の角度偏向を行なったり、バイプリズムに変わって２枚の鏡の反射角度をコントロールしたりすることによって電子線バイプリズムと同等の効果を期待することができる（例えば、K. Harada, K. Ogai and R. Shimizu: Technology Reports of The Osaka University 39, 117 （1989））。四角錘型プリズム９１２の場合には、たとえば遮蔽版の下、プリズム内部に仕切り壁のある容器とし、各々の内圧をコントロールすることによって光学バイプリズムの屈折率を個別にコントロールすることができる。
【００７１】
（まとめ）
本発明は、上段電子線バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とにより、光源の波面を４つに分け、そのうちの１つを物体波とし、参照波として他の３つのうちの一つを選択し干渉像を得る２波干渉型の干渉装置である。さらに選ばれた物体波と参照波との干渉関係を自在にコントロール可能とするものである。
【００７２】
本発明による干渉装置の使用手順を以下にまとめる。
（１）試料の観察対象領域とそれを干渉像として観察するための参照波を透過させる位置を定める。
（２）該当の干渉像を形成できるよう上段、中段電子線バイプリズムの位置および相対アジムス角Φ１を定める。このとき、干渉領域、干渉縞の操作性から特に必要でない限り、直交関係Φ１＝９０°を選択するのが実用的である。
（３）下段バイプリズムのアジムス角Φ３を調整し、試料形状にあった干渉領域の形状（縦横比）を定める。
（４）下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３を変化させ、干渉領域の大きさを定める。
（５）上段電子線バイプリズム、および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧、各々Ｖ１、Ｖ２を変化させ、観察領域内に形成される干渉縞間隔ｓ、干渉縞の方位角θが、観察対象に対して最適になるよう調整する。
（６）以上の手順で得られた干渉像（電子線ホログラム）を記録し、再生等解析に供する。
【００７３】
以上の手順により、干渉領域の形状（領域を形成する２辺Ｗｘ，Ｗｙの比Ｗｘ/Ｗｙとその２辺の成す角Φ１）、干渉領域の大きさ、干渉縞の縞間隔ｓ、縞の方位角θがそれぞれ結果として独立にコントロール可能となり、任意の干渉条件による干渉顕微鏡像がホログラム再生等の画像記録後の処理を行なうことなく、干渉像記録光学系にて直接観察・記録可能となる。なお、これらの手順、干渉条件の策定が、式（８）から式（１６）に依存していることは言うまでも無い。
【００７４】
本発明の干渉光学系は、従来までの光学系の発展型であり、それぞれの光学系の利点を網羅しつつ新たな機能を発揮させるものである。本発明によれば以下の作用・効果が期待される。
（１）試料形状に応じた干渉領域形状の作成：
電子線の干渉性をいたずらに劣化させること無く、ホログラム作成に必要な干渉領域の形状を定めることが可能となる。
（２）干渉領域内への任意の縞間隔、方位角をもつ干渉縞の形成：
試料形状または観察したい部分の形状、格子像の方位、同空間サイズなど、被観察対象に応じて最も適切な間隔・方位の干渉縞を重畳させることが可能となる。これにより、空間分解能、位相分解能において最適な状態のホログラムの作成、記録を可能とする。
（３）フレネル縞の発生の抑制：
ホログラムにとって最も大きく、顕著なノイズ源であるフレネル縞の発生を抑制し、ホログラムへの影響を排除する。
（４）電子線ホログラフィーの概念の２次元への拡張：
干渉領域形状、干渉縞間隔、干渉縞の方位角を任意にコントロールすることが可能となり、電子線の波面を２次元平面内でほぼ自由に操作・干渉させることが可能となる。これにより電子線での干渉現象を、光のそれと対比しながらの実験が可能な電子波干渉装置となり得る。
【００７５】
本発明は、波面分割型干渉計の操作性を向上させ、１次に得られる干渉像への自由度を飛躍的に高める、その手段と方法を確立したものである。言わば波面分割型干渉計の操作性、性能を振幅分割型干渉計のそれらに近づける手法である。この意味において、本発明は電子線等荷電粒子線に限らず、光学装置に於いて波面分割型干渉計を導入する際に有効となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】特願２００４−００４１５６の図３で説明された電子線バイプリズムを用いた干渉光学系を示す図である。
【図２】特願２００５−０２７２７４の図２で説明された上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを操作して得られる干渉縞の形成を説明する概念図である。
【図３】図２で説明した特願２００５−０２７２７４の発明による上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極９ｕ、９ｂ間のアジムス角Φを操作する構成の光学系を図１に対応する表示形式で示す模式図である。
【図４】本発明の上、中、下段の３段の電子線バイプリズムを持つ干渉装置の実施例１の光学系を示す摸式図である。
【図５】図４の各電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置と、対物レンズ系、拡大レンズ系の位置関係をよりわかりやすく表示するため、図１、図３と対応する表示形式で、奥行きについては省略して描いた模式図である。
【図６】３段の各段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置関係を第３像面９２上へ投影した図である。
【図７】（Ａ）−（Ｄ）は、本発明によって得られる干渉領域の形状をΦ３＝４５°に固定し、Φ１を変化させた場合に得られた実験結果の図である。
【図８】（Ａ）−（Ｃ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２を直交（Φ１＝９０°）させた状態に固定し、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２と下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３との成す角度Φ３を変化させて、干渉領域の形状変化を観察した実験結果を示す図である。
【図９】（Ａ）−（Ｄ）は各電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角を一定にした場合における、干渉領域の形状の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３依存性を観察した実験結果である。
【図１０】Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の干渉縞間隔（ｓｘ、ｓｙ）を独立して変化させた実験結果である。干渉縞の間隔ｓと方位角θが図中明瞭に観察できるように、図９（Ｄ）に示す干渉領域の中央部を抜き出して拡大したものである。
【図１１】（Ａ）−（Ｃ）は上段バイプリズムへの印加電位Ｖ１および中段バイプリズムへの印加電位Ｖ２を制御して、干渉縞の方位角θを一定（θ＝−４５°）に保った状態で干渉縞間隔を変化させた実験結果を示す図である。
【図１２】（Ａ）−（Ｃ）は上段バイプリズムへの印加電位Ｖ１および中段バイプリズムへの印加電位Ｖ２を制御して、干渉縞の間隔を一定（ｓｏｂｊ＝４ｎｍ）に保った状態で干渉縞の方位角のみを変化させた実験結果を示す図である。
【図１３】実施例１で説明した３段電子線バイプリズム干渉計の上段バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とに対応する２本のフィラメント電極を直交させて、上段電子線バイプリズムの位置にマウントし、下段電子線バイプリズムフィラメント電極９３を面９１にマウントした光学系を示す図である。
【図１４】図４に示す光学系の電子線バイプリズム９１，９２，９３に代えて、３個の光学バイプリズムを配置し、上段、中段、下段の各々の光学バイプリズムの中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板を設けた例を示す図である。
【図１５】図１３に示した２段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置とした構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…電子源、２…光軸、３…試料、５…対物レンズ系、７…第１電子源像面、９１…上段電子線バイプリズムフィラメント電極、９２…中段の電子線バイプリズムフィラメント電極、９３…下段の電子線バイプリズムフィラメント電極、１１…観察面、２１…物体波、２３…参照波、６１…第１像面、６２…第１像面６１上の試料像、６３…第１拡大レンズ系、６５…第２電子源像面、６６，６７…第２電子源像面６５上の電子源の実像、７１…第２像面、７２…第２像面７１上の試料像、７３…第２拡大レンズ系、７５…第３電子源像面、７６−７９…第３電子源像面７５上の電子源の実像、８１−８４…第３電子源像面７５上の電子源の虚像、９１…下段電子線バイプリズムのフィラメント電極の配置される面、９２…第３像面、１０１…観察面１１上の試料像、１０３−１０６…観察面１１上の上段、中段電子線バイプリズムフィラメント電極の影、９’１…上段電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、９’２…中段の電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、９’３…下段の電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、９１２…上、中段電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、９５−９７…光の遮蔽版。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子もしくはイオン等の荷電粒子線を光源とし、あるいは光を光源とし、３段のバイプリズムを使用する干渉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願の発明者らは、２段電子線バイプリズム干渉計を開発し、紹介した(特願２００４−００４１５６、特願２００４−１０２５３０、非特許文献１，２)。この発明は、２つの電子線バイプリズムを光軸上、電子線の進行方向順に、上段を観察試料の像面、下段を上段の陰の部分に配置し、その各々の電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を変化させることにより、２つの電子波（例えば物体波と参照波）のオーバーラップ領域（干渉領域幅Ｗに対応）とオーバーラップ角度（干渉縞間隔ｓに対応）を任意に変化させることが可能となった。さらに、上段電子線バイプリズムを試料の像面に配することにより、電子線バイプリズムを１段で用いた電子線バイプリズム干渉計（例えば、特許文献１）では原理的に除去できなかったホログラムに重畳されるフレネル縞の発生を回避することも可能となった。
【０００３】
これに加えて、２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極間にアジムス角Φを導入することにより干渉縞の方位角θのコントロールを可能とした発明を提案した（特願２００５−０２７２７４）。
【０００４】
なお、干渉装置には、電子もしくはイオン等の荷電粒子線を光源とする干渉装置あるいは光を光源とする干渉装置があるが、本発明の説明では、電子を光源とする干渉装置に主体を置いて説明する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１７８００号公報
【非特許文献１】泥ouble-Biprism Electron Interferometory煤CKen Harada, Tetsuya Akashi, Yoshihiko Togawa, Tsuyoshi Matsuda and Akira. Tonomura，Applied Physics Letter: Vol. 84, No. 17, (2004) pp. 3229 3231.
【非特許文献２】滴igh-Resolution Observation by Double-Biprism Electron Holography煤CKen Harada, Tsuyoshi Matsuda, Tetsuya Akashi, Yoshihiko Togawa and Akira. Tonomura，Journal of Applied Physics: Vol. 96, No. 9, (2004) pp. 6097 6102.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願の発明者らによる、２段電子線バイプリズム干渉計および２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間にアジムス角Φを導入した２段電子線バイプリズム干渉計は、１段での電子線バイプリズム干渉計に、飛躍的な自由度の増加を与えるのみならず、電子線ホログラムの干渉縞の方位θに関しても、制御可能となった。そのため、例えば、カーボンナノチューブのような、１方向に伸びた形状の試料の観察においても、試料の長方向を観察することが現実の実験として可能となった。
【０００７】
しかし、特願２００５−０２７２７４の発明では、干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θの関係は、特願２００５−０２７２７４の式（１０）に記載のごとく簡単な形にまとめられるものの、独立したコントロールは不可能であった。さらに、２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極間にアジムス角Φを導入することに伴い、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極が、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極の影からはみ出してしまい、フレネル縞の干渉領域への重畳が、わずかではあるが発生するものとなった。
【０００８】
このため、簡便な操作で、干渉領域幅Ｗと干渉縞間隔ｓ、そして干渉縞の方位角θの３つのパラメータの独立したコントロールが可能な干渉計が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、３段の電子線バイプリズムを同時に用いることにより、上記課題を実現する。上側２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極を各々試料に対する像面に配置すると共に、電極間にアジムス角Φ１を与え、両電子線バイプリズムを作用させることに起因して生じる４つの実光源の相対位置をフィラメント電極に電圧を印加することによってｘｙ平面内で操作することにより、干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とするものである。さらに最下段電子線バイプリズムのフィラメント電極にもアジムス角Φ３を与えることにより、ｘ方向、ｙ方向に任意の干渉領域幅（Ｗｘ、Ｗｙ）を作成することを可能とする。
【００１０】
すなわち３段の電子線バイプリズムを用いることにより、結果的に平行四辺形形状の任意の形状・大きさの干渉領域を作り出し、その中に形成される干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特願２００５−０２７２７４の発明においてコントロール可能となった干渉領域幅Ｗ、干渉縞間隔ｓ、方位角θに加えて、干渉縞間隔ｓと方位角θ間の独立コントロール、さらに干渉領域の形状をも任意の干渉領域幅（Ｗｘ、Ｗｙ）のパラメータにてコントロールを可能とするものであり、電子線干渉の取り扱いに新たな自由度を加えるものである。これにより、従来の電子線ホログラフィーでは、像再生時にのみ行なってきた干渉顕微鏡像の干渉縞の間隔ｓ・方位角θの調整が電子顕微鏡内で、電子線により直接可能となり、ホログラム再生等の画像記録後の処理を行なうことなく、任意の干渉条件による干渉顕微鏡像の直接観察・記録が電子光学系にて可能となる。言わば波面分割型干渉計の操作性、性能を振幅分割型干渉計のそれらに匹敵させることができる。
【００１２】
さらに特願２００５−０２７２７４の発明では抑制できなかったフレネル縞の影響を除くことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、３段構成の電子線バイプリズムを使用し、上段と中段の２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φ１を操作することにより、干渉領域とその中に形成される干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とする。さらに、これに加えて、下段の電子線バイプリズムフィラメント電極にもアジムス角Φ３を与えることにより、ｘ方向、ｙ方向に任意の干渉領域幅（Ｗｘ、Ｗｙ）を作成することを可能とする。その結果、平行四辺形形状の任意の干渉領域を作り出すことを可能とするものである。
【００１４】
本発明の前提となる上下２段に電子線バイプリズムを持つ干渉計および上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを操作することについて、まず、説明する。
【００１５】
図１は、特願２００４−００４１５６の図３で説明された電子線バイプリズムを用いた干渉光学系を示す図である。
【００１６】
図１において、１は電子源、２は光軸、３は試料、５は１つもしくは複数のレンズからなる対物レンズ系（図では簡単のため等価な１つのレンズで代表して表している。したがってレンズから電子源までの距離ａ１、レンズから電子源像面までの距離ｂ１もこれに対応する距離であり、装置の実際の大きさとは異なる。図１以降の図においても同様である）、７は上段電子線バイプリズム直上の第１電子源像面、１１は観察面、１２は観察面上の試料の像、１３はフイルムあるいはカメラ等の撮像手段である。２１および２３は物体波および参照波を示す。３１は対物レンズ系５による試料の像面、３２は対物レンズ系５による試料の像、３３は拡大レンズ、３５は拡大レンズ３３による電子源の像面、９ｕは対物レンズ系による試料の像面３１上に設けられた上段電子線バイプリズムのフィラメント電極で、その直径はｄｕである。９ｂは拡大レンズ３３による電子源の像面３５と観察面１１との間に設けられた下段電子線バイプリズムのフィラメント電極で、その直径はｄｂである。また、観察面１１上に現れる干渉縞の間隔ｓと干渉領域幅Ｗを撮像手段１３の下に模式的に表示した。ここで、電子源１は、図では、単一のブロックで示しているが、光源、加速管さらには照射光学系を含むものである。ここで示した電子線バイプリズムは、電界型のものの模式図であり、中央に極細線のフィラメント電極とその電子線が通る遥か外側左右に接地電極を備えた構造をしており、中央のフィラメント電極に電圧を印加して電子線を偏向させる。図１および以後の図では、中央のフィラメント電極の断面または端面は小円で示すものとする。また、電子線バイプリズムの機能に着目した説明では、電子線バイプリズムとのみ表記し、中央のフィラメント電極に着目した説明では電子線バイプリズムのフィラメント電極と表記する。また電子光学系では、電子レンズは通常磁界型の電磁レンズが用いられるため、電子線の経路には光軸に平行な軸を回転中心とした回転が含まれるが、図１では電磁レンズによる電子線の回転を無視し、電子光学系として同一の平面を記載している。以降の光学系を示す図においても同様である。
【００１７】
電子源１で発生された電子線は光軸２の一方側に配置された試料３を透過する物体波２１と試料３の無い側を透過する参照波２３とに分かれる。物体波２１と参照波２３とを識別しやすいように、物体波２１のみにパターン表示を付した。物体波２１および参照波２３は対物レンズ系５で屈折されて上段電子線バイプリズム直上の電子源像面７で交叉して拡大レンズ３３の方に進む。物体波２１および参照波２３は対物レンズ系５による試料の像面３１上で試料像３２を形成するとともに、像面３１上で上段電子線バイプリズムの位置を通過する。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕに印加される電圧Ｖuによる偏向で物体波２１および参照波２３の両電子線は互いに光軸２に向かわせられる。その結果、拡大レンズ３３の下流側において、分離（スプリット）した２つの実電子源像２６および２８を形成する。さらに物体波２１および参照波２３の両電子線は、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂに印加される電圧Ｖｂより偏向され、仮想的な電子源像２５および２７を構成するに至る。Ｙｒは上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕによる電子源像の光軸からのスプリット距離、Ｙｖは下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂによる仮想的な電子源像の実電子源像２６からのスプリット距離であり、式（１）、（２）の様に表される。ここで、ａ３は第１電子源像面７と拡大レンズ３３との距離、ｂ３は拡大レンズ３３と第２の電子源像面３５との距離、αｕは電子線バイプリズム電極９ｕによる電子線の偏向角度、ｂｏｂｊは第１像面３１と対物レンズ系５との距離、ｂ１は対物レンズ系５と第１電子源像面７との距離、Ｄｕは第１電子源像面７と第１像面３１との距離、αｂは下段電子線バイプリズム電極９ｂによる電子線の偏向角度、ｂＭは拡大レンズ３３と観察面１１との距離、ｂ３は拡大レンズ３３と第２の電子源像面３５との距離、Ｌｂは下段電子線バイプリズム電極９ｂと観察面１１との距離、Ｄｂは第２の電子源像面３５と観察面１１との距離である。
【００１８】
【数１】
【００１９】
【数２】
【００２０】
観察面１１は上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕの像面であるため、上段電子線バイプリズムでの偏向作用は像形成に関係なく、波面のオーバーラップは生じない。しかし、電子線への偏向は実として行なわれているため、実電子源像のスプリット２６，２８が生じている。これは下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂによる仮想的な電子源像のスプリット２５，２７と本質的に同じものである。
【００２１】
図１に示す構成で、両電子線バイプリズム９ｕ、９ｂを同時に作用させた場合の試料面へ逆投影した干渉縞は式（３）、（４）の様に表される。なお、ＭＯｂｊは対物レンズ系５による試料３に対する倍率、ＭＭは拡大レンズ３３による試料像３２に対する倍率である。図１ならびにその説明においては便宜上拡大を示しているが、レンズ、及びレンズ系の用い方に応じて縮小の場合を含む、任意の倍率変更を意図するものである。以下の説明においてもこれは同様である。また、試料面へ逆投影した干渉縞の干渉縞間隔ｓと干渉領域幅Ｗは下付きの添え字Ｏｂｊを付して表すものとする。ここで、ａＭは拡大レンズ３３と電子線バイプリズム電極９ｕとの距離、ａｏｂｊは試料３と対物レンズ系５との距離、λは電子源１の電子線の波長である。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】
式（３）、（４）は干渉領域幅ＷＯｂｊが上段電子線バイプリズムによる偏向角度αｕに依存しないことを意味しており、このことが、干渉縞間隔ｓＯｂｊと干渉領域幅ＷＯｂｊの独立したコントロールを可能にする。すなわち、
（１）下段電子線バイプリズム→干渉領域幅ＷＯｂｊを定める。
（２）上段電子線バイプリズム→干渉縞間隔ｓＯｂｊを調整する。
という手順で独立操作が可能となる。
【００２５】
さらに、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂが拡大レンズ３３による電子源の像面３５の位置に置かれている（Ｄｂ−Ｌｂ＝０）場合を考えてみると、この場合には式（３）により干渉縞間隔ｓＯｂｊは下段電子線バイプリズムによる偏向角度αｂに依存しない。すなわちこの光学条件では、干渉縞間隔ｓＯｂｊと干渉領域幅ＷＯｂｊに関して両バイプリズムを用いることにより完全に独立なコントロールが可能となる。
【００２６】
特願２００４−００４１５６の発明により、干渉縞間隔ｓＯｂｊと干渉領域幅ＷＯｂｊを独立にコントロールできる電子線干渉装置は実現できた。しかしながら、発明が解決しようとする課題で述べたように、フィラメント電極によって作られる電子線ホログラムの形状の１次元性、さらに干渉領域幅Ｗの方向と干渉縞の方位に関しては、１段電子線バイプリズム光学系と同じであるため、干渉領域幅Ｗはフィラメント電極の方向に一致してその長方向が定まり、干渉縞の方位は、干渉領域幅Ｗの長方向に一致かつ平行するのみであった。
【００２７】
特願２００５−０２７２７４の発明では、上下２段電子線バイプリズムを持った構造とするとともに、これら上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを操作することにより、干渉領域とその中に形成される干渉縞の方位角θを任意にコントロール可能とする。以下、具体的に説明する。
【００２８】
図２は特願２００５−０２７２７４の図２で説明された上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを操作して得られる干渉縞の形成を説明する概念図で、上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを分かりやすく示すために立体構造として表示したものである。図３は、図２で説明した特願２００５−０２７２７４の発明による上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極９ｕ、９ｂ間のアジムス角Φを操作する構成の光学系を図１に対応する表示形式で示す模式図である。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂを横長に描くことによって、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕとの間にアジムス角Φがあることを示している。
【００２９】
図２では上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｕをＸ軸と一致させている。また、図２および図３で、図１に示す構成要素と対応するものには、同じ参照符号を付した。なお、図２において破線で示す楕円は、それぞれの位置における一つの波面の位置を模視的に示すものである。また、破線で示す四角は第２の電子源像面３５を模視的に示すものである。
【００３０】
上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極９ｕ、９ｂの間のアジムス角Φと、得られる干渉縞の方位角θとの関係は、光学系の配置によって変化すること、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧によっても変化することが幾何光学より導かれる。特願２００５−０２７２７４の発明による光学系の諸関係式を式（５）、式（６）、式（７）に示す。いずれも試料面上へ投影した関係を示している。各式中の文字は、図１−図３および前述までに記載されているとおりである。
【００３１】
【数５】
【００３２】
【数６】
【００３３】
【数７】
【００３４】
これらの式より、特願２００４−００４１５６で説明した干渉領域幅Ｗと干渉縞間隔ｓに関する完全独立光学系の場合、すなわち、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９ｂが光源の像面３５に存在する場合（Ｄｂ−Ｌｂ＝０の場合）、ホログラムに記録される干渉縞の方位角θは、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極のアジムス角Φによらずゼロとなることが導かれる。このことは、逆に言えば、この条件の場合には、２段電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角度調整に精度はあまり重要ではないということを意味している。
【００３５】
（実施例１）
図４は、本発明の上、中、下段の３段の電子線バイプリズムを持つ干渉装置の実施例１の光学系を示す摸式図である。各３段の電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角Φ１、Φ３を分かりやすく示すために立体構造として表示したものであり、得られる干渉縞の形成を説明する概念図である。図２と対比して明らかなように、実施例１では、２段電子線バイプリズム干渉計の光学系の中間位置に該当する対物レンズ系の下部で、同時に上段電子線バイプリズムの上部に拡大レンズ系が加わり、その加わった拡大レンズ系の物面位置（対物レンズ系の像面位置）に新たな電子線バイプリズムを配した構造をしている。図４に於いては、図１、図２、図３で説明した電子源１、光軸２、試料３、対物レンズ系５、上段電子線バイプリズム直上の第１電子源像面７、観察面１１、物体波２１および参照波２３を同じ参照符号とした他は煩雑となるため、以降の説明や数式では、図４以降新たに定義し直すものとする。ここで、電子線の流れる方向に上から順に、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３とする。また、それぞれのフィラメント電極の太さをｄ１，ｄ２，ｄ３とする。
【００３６】
図４において、６１は対物レンズ系５による第１像面であり、６２は第１像面６１上の試料像である。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１は第１像面６１に設けられる。ここで、フィラメント電極９１とＸ軸のなす角をΦ１とする。６３は第１像面６１後段に設けられる単数または複数のレンズからなる第１拡大レンズ系であり、α１は上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１による電子線の偏向角度である。６５は第１拡大レンズ系６３による第２電子源像面であり、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１による電子線の偏向により、分離した電子源の実像６６，６７が形成される。７１は第１拡大レンズ系６３による第２像面である。７２は第２像面７１上の試料像である。中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２は第２像面７１に設けられる。ここで、フィラメント電極９２はＸ軸上に設けられる。したがって、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２とのなすアジムス角はΦ１となる。
【００３７】
７３は第２像面７１後段に設けられる単数または複数のレンズからなる第２拡大レンズ系であり、α２は中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２による電子線の偏向角度である。７５は第２拡大レンズ系７３による第３電子源像面である。第３電子源像面７５上には、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１と、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２とにより、４つの電子源の実像が形成されている。このうち、電子源像７６と７８は第２電子源像面６５の電子源像６７が分離して形成されたものであり、電子源像７７と７９は第２電子源像面６５の電子源像６６が分離して形成されたものである。この４つの電子源の実像が、さらに下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３により偏向を受け、４つの電子源の虚像８１，８２、８３，８４が形成されている。
【００３８】
図４中、９１は下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３が配置された空間上の面を示している。幾何光学的には、この面で下段電子線バイプリズムによる偏向が発生する。９３は、物体波が面９１上に作る偏向直前の波面を表しており、９４は同参照波の波面を表している。この２波面が観察面１１上で重なって、干渉縞を作ることになる。面９１上の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３とＸ軸のなす角をΦ３とする。したがって、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２とのなすアジムス角はΦ３となる。α３は下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３による電子線の偏向角度である。３つの電子線バイプリズムのフィラメント電極により偏向された電子線は、観察面１１上に試料像１０１と干渉縞１０２、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１の影１０３，１０４および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２の影１０５，１０６を形成する。
【００３９】
図５は、図４の各電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置と、対物レンズ系、拡大レンズ系の位置関係をよりわかりやすく表示するため、図１、図３と対応する表示形式で、奥行きについては省略して描いた模式図である。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３を横長に描くことによって、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２との間にアジムス角があることを示している。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１は、対物レンズ系５の直下の第１像面６１に配置し、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２を単数または複数のレンズからなる第１拡大レンズ系６３直下の第２像面７１に配置し、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３は単数または複数のレンズからなる第２拡大レンズ系７３直下の第３電子源像面７５と第３像面９２との間に配置している。第３像面９２よりも電子線の進行方向下流側に第３拡大レンズ４２、第４拡大レンズ系４３および投射レンズ４４など結像レンズ系が設けられ、そのさらに下流側に観察面１１が来るが、第３像面９２以降の光学系の構成は、３段電子線バイプリズム干渉計の機能には影響しない。なお、図中各像面における試料像を太い矢印で示した。
【００４０】
図４、および５に示す光学系の諸関係式は幾何光学により、比較的簡単に導くことが出来るので、３つの電子線バイプリズムのフィラメント電極９により偏向された電子線が観察面１１上に形成する試料像１０１と干渉縞１０２、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１の影１０３，１０４および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２の影１０５，１０６の関係は、各構成要素と各パラメータを以下のように定義すると試料面上への投影後の関係を式（８）〜（１２）に示すことができる。（なお、フィラメント電極の影は、式（１０）、式（１１）に示す干渉領域幅Ｗｘ，Ｗｙの式に減算の項として表れている。）簡単のため、第３像面９２以降の拡大レンズ系、投射レンズ系については割愛している。ここで、ＭＯｂｊは試料に対する対物レンズ系５の倍率、ＭＭ１は試料に対する第１拡大レンズ系６３の倍率、ＭＭ２は試料に対する第２拡大レンズ系７３の倍率、ａ１は対物レンズ系５と電子源１との距離、ｂ１は対物レンズ系５と第１電子源像面７との距離、Ｄ１は第１電子源像面７と第１像面６１（上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１）との距離、ａ２は第１電子源像面７と第１拡大レンズ６３系の距離、ｂ２は第１拡大レンズ系６３と第２電子源像面６５との距離、ａ３は第２電子源像面６５と第２拡大レンズ系７３との距離、Ｄ２は第２電子源像面６５と第２像面７１（中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２）との距離、ｂ３は第２拡大レンズ系７３と第３電子源像面７５との距離、Ｄ３は第３電子源像面７５と観察面１１との距離、Ｌ３は第３像面９１（下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３）と観察面１１との距離である。観察面１１において、干渉縞１０２のＸ軸、Ｙ軸方向の幅をそれぞれ、Ｗｘ，Ｗｙ、干渉縞１０２のＸ軸に対する傾きをθとする。
【００４１】
【数８】
【００４２】
ただし、ｒは式（９）で定義される。
【００４３】
【数９】
【００４４】
【数１０】
【００４５】
【数１１】
【００４６】
【数１２】
【００４７】
図６は、３段の各段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置関係を第３像面９２上へ投影した図である。簡単のため、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２をＸ軸とし、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３のＸ軸からのアジムス角を、各々Φ１、Φ３とする。光軸上の高さについては、前述のとおり上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極は、各レンズ系の試料の像面位置に定めているが、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３は、Φ３＝０°、またはΦ３＝Φ１としたときに、完全に中段、または上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２，９１の陰に入る位置であれば、光学系上どこにあってもかまわない。
【００４８】
本発明によって得られる干渉領域の形状は、上部２段の電子線バイプリズムフィラメント電極の成す角度Φ１、および式（１０）、式（１１）で定まる幅ＷＯｂｊｘ，ＷＯｂｊｙの比（ＷＯｂｊｘ/ＷＯｂｊｙ）を持った平行四辺形となる。
【００４９】
図７（Ａ）−（Ｄ）は、本発明によって得られる干渉領域の形状をΦ３＝４５°に固定し、Φ１を変化させた場合に得られた実験結果の図である。図７（Ａ）は、Φ１＝５０°の場合、（Ｂ）は、Φ１＝７０°の場合、（Ｃ）は、Φ１＝９０°の場合、（Ｄ）は、Φ１＝１１０°の場合である。一連の実験中の各々のフィラメント電極への印加電圧は、上段電子線バイプリズムをＶ１＝３０Ｖ、中段電子線バイプリズムをＶ２＝３０Ｖ、下段電子線バイプリズムをＶ３＝１６０Ｖに保持した。ここで、左上がりで太い黒線で写っているのは上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１の影１０３，１０４、右上がりで太い黒線で写っているのは中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３の影１０５，１０６である。上部電子線バイプリズムのフィラメント電極９１のアジムス回転に伴って干渉領域の平行四辺形の形状が変化していく様子がわかる。すなわち、Φ３＝４５°に固定であるので、平行四辺形形状の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３が作り出す干渉領域外側の白い帯状になった干渉領域（従来の単バイプリズム干渉計での干渉領域に同じ）は動かないが、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１の影１０３，１０４はアジムス回転に伴って回転する。式（８）、式（９）、式（１２）に基づき、それぞれのフィラメント電極の影で囲まれる干渉領域の干渉縞の間隔ｓ、方位角θも変化しているが、これについては実験結果と共に後述する。
【００５０】
オペレーションの便宜さなど実用上は、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極は直交させる（Φ１＝９０°）ことが好都合である。図８（Ａ）−（Ｃ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２を直交（Φ１＝９０°）させた状態に固定し、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２と下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３との成す角度Φ３を変化させて、干渉領域の形状変化を観察した実験結果を示す図である。図８（Ａ）はΦ３＝３０°、（Ｂ）はΦ３＝４５°、（Ｃ）はΦ３＝６０°である。また、各々のフィラメント電極への印加電圧は、Ｖ１＝２０Ｖ、Ｖ２＝２０Ｖ、Ｖ３＝１２０Ｖに保持した。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３の回転にともない干渉領域の成す２辺は直交関係を保ったまま、辺の長さが変化する、すなわち、長方形→正方形→長方形の変化をしている。図８の一連の実験結果においてもそれぞれのフィラメント電極の影で囲まれる干渉領域の干渉縞の間隔ｓ、方位角θも変化しているが、上記同様後述する。
【００５１】
図９（Ａ）−（Ｄ）は各電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角を一定にした場合における、干渉領域の形状の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３依存性を観察した実験結果である。図９（Ａ）はＶ３＝０Ｖ、（Ｂ）はＶ３＝４０Ｖ、（Ｃ）はＶ３＝９０Ｖ、（Ｄ）はＶ３＝１４０Ｖである。また、各々のフィラメント電極間のアジムス角は、Φ１＝９０°、Φ３＝３０°であった。
【００５２】
下段電子線バイプリズムのフィラメント電極Ｖ３＝０Ｖでは、図９（Ａ）に示すように、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の影が直交し、干渉領域は形成されない。このとき、上中段の各々のフィラメント電極の影１０３，１０４と１０５，１０６は、それぞれ、１本となっている。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３が大きくなるのに従って下段フィラメント電極へ向き合うように電子波が偏向されてゆき（図９（Ｂ））、波面のオーバーラップに伴って干渉領域が生じはじめ（図９（Ｃ））、その干渉領域が相似形を保ったまま拡大していく様子がわかる。すなわち、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３により、干渉領域の大きさがコントロールできる。
【００５３】
また、この図９の一連の実験結果は、本発明に於ける電子波のコントロールの考え方を良く示す図でもある。すなわち、上側２段の電子線バイプリズムにて波面を４分割し、これらの内のどの２波を干渉させるかを選ぶのが、下段フィラメント電極９３のアジムス角Φ３である。図９では、向かって右上と左下の２波を選んでいる）。対角を成す２波を選ぶ場合に、本発明の特徴である全ての干渉パラメータの独立コントロールが可能となる。左右、または上下の２波を選んだ場合、すなわちΦ３＝０°、またはΦ３＝９０°の場合には、干渉現象のコントロール特性は、特願２００４−００４１５６に一致する。選ばれた２波による干渉領域の形状（縦横比など）を下段電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角Φ３で、干渉領域の大きさを印加電圧Ｖ３にてコントロールすることは、すでに述べたとおりである。また、このときに得られた干渉縞の間隔ｓ、方位角θは、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧にて独立にコントロールできる（後述）。このような考え方は、本光学系を用いる実験に際して、実験条件を定める上で実用上大変に有効である。
【００５４】
また、図７、８、９に示す実験結果は、下段電子線バイプリズムフィラメント電極９３によるフレネル縞が干渉領域外では発生しているが、上段バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２で囲まれた観察領域内への影響は、ほとんど無視できるレベルにまで小さいことを示している。これは実用上大変有効である。なお、下段電子線バイプリズムフィラメント電極９３のアジムス角が、Φ３＝０°、または、Φ３＝Φ１の場合には、本発明による３段電子線バイプリズム光学系は、２段電子線バイプリズム光学系に一致するため、問題となるフレネル縞は原理的に発生しない。
【００５５】
上述の様に、上側２段の電子線バイプリズムによって形成した干渉領域内の干渉縞のコントロールについて考える。簡単のため、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極９１，９２が直交している場合（Φ１＝９０°）を想定して説明するが、一般の場合も同様に取り扱うことができる。はじめに、図４に示したように、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の縞間隔ｓｘ、ｓｙを検討する。この新たな２つのパラメータは、干渉縞間隔ｓ、および干渉縞の方位角θを用いて、式（１３）、式（１４）のごとく示すことができる。
【００５６】
【数１３】
【００５７】
【数１４】
【００５８】
すなわち、下段電子線バイプリズムの動作条件（印加電圧Ｖ３（偏向角α３）とアジムス角Φ３）が定まれば、ｓｘはＸ軸方向の干渉をコントロールする上段電子線バイプリズムの印加電圧（偏向角α１）のみに依存し、一方ｓｙはＹ軸方向の干渉をコントロールする中段バイプリズムの印加電圧（偏向角α２）のみに依存していることがわかる。これは上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極９１，９２が直交している場合（Φ１＝９０°）に、それぞれのフィラメント電極への印加電圧により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に独立して波面の偏向が与えられることを根拠としている。すなわち、ｓｘとｓｙの比を変更しないで各々の大きさを変化させると、干渉縞間隔ｓのみがコントロールできる。また、ｓｘとｓｙの自乗和の大きさを変更しないで比のみを変化させると、干渉縞の方位角θのみのコントロールが可能である。これら干渉縞間隔ｓと干渉縞の方位角θは、式（１５）、式（１６）に基づき、上段、および、中段電子線バイプリズムへの印加電圧によって、それぞれ独立したコントロールが可能となる。
【００５９】
【数１５】
【００６０】
【数１６】
【００６１】
図１０は、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の干渉縞間隔（ｓｘ、ｓｙ）を独立して変化させた実験結果である。干渉縞の間隔ｓと方位角θが図中明瞭に観察できるように、図９（Ｄ）に示す干渉領域の中央部を抜き出して拡大したものである。横方向に配列した３枚の写真は中段電子線バイプリズムへの印加電圧Ｖ２のみを３０Ｖ，６０Ｖ，９０Ｖに制御して干渉縞間隔ｓｙのみを独立して変化させた結果を示す。干渉縞間隔ｓｙのみを変化させているために、干渉縞の方位角θはすべて異なっているが、３枚の写真の干渉縞と接続部を見れば、３本の折れ線状となっていて縦方向の縞間隔ｓｘが一致していることが分かる。縦方向に配列した３枚の写真は上段電子線バイプリズムへの印加電圧Ｖ１のみを３０Ｖ，６０Ｖ，９０Ｖに制御して干渉縞間隔ｓｘのみを独立して変化させた結果を示す。干渉縞間隔ｓｘのみを変化させているために、干渉縞の方位角θはすべて異なっているが、３枚の写真の干渉縞と接続部を見れば、３本の折れ線状となっていて横方向の縞間隔ｓｙが一致していることが分かる。すなわち、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の干渉縞間隔（ｓｘ、ｓｙ）の独立したコントロールができている。これらの図ではｓｘ、または干渉縞間隔ｓｙのどちらか一方のみを変化させているために、干渉縞の方位角θはすべて異なっている。しかし、干渉縞の方位角θは、式（１６）に示したごとく、各々の方向の縞間隔の比で定まっているため、上部２段の電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧を適切に選ぶことによって、独立したコントロールが可能となる。
【００６２】
図１１（Ａ）−（Ｃ）は上段電子線バイプリズムへの印加電圧位Ｖ１および中段電子線バイプリズムへの印加電圧Ｖ２を制御して、干渉縞の方位角θを一定（θ＝−４５°）に保った状態で干渉縞間隔を変化させた実験結果を示す図である。試料には酸化マグネシウムの微結晶を用いた。干渉縞間隔は、（Ａ）ｓｏｂｊ＝５ｎｍ、（Ｂ）ｓｏｂｊ＝４ｎｍ、（Ｃ）ｓｏｂｊ＝３ｎｍである。図の周辺に黒く見えるのは、上段電子線バイプリズムおよび中段電子線バイプリズムのフィラメント電極の影である。
【００６３】
図１２（Ａ）−（Ｃ）は上段電子線バイプリズムへの印加電圧Ｖ１および中段バイプリズムへの印加電圧Ｖ２を制御して、干渉縞の間隔を一定（ｓｏｂｊ＝４ｎｍ）に保った状態で干渉縞の方位角のみを変化させた実験結果を示す図である。方位角θは、（Ａ）θ＝−３０°、（Ｂ）θ＝−４５°、（Ｃ）θ＝−６０°である。
【００６４】
これら図１１、図１２に示す例は、従来の電子線ホログラフィーでは、像再生時にのみ行なってきた干渉縞の間隔、方位角の調整が電子顕微鏡内で、電子線により直接可能となったことを示している。
【００６５】
（実施例２）
図４、および図５に示す構成において、第１拡大レンズ系６３の倍率を１とした場合には、Ｘ軸、Ｙ軸方向の倍率による相対的な補正は不要となるため、干渉現象の取り扱いは、Ｘ軸、Ｙ軸方向でほぼ等価となり容易となる。この考え方をさらに推し進めると、上２段の電子線バイプリズムフィラメント９１，９２を第１像面６１に設けることにより、２段の電子線バイプリズム光学系によって、実施例１で説明した３段電子線バイプリズム干渉計とほぼ等価な効果を得られることが分かる。
【００６６】
図１３は実施例１で説明した３段電子線バイプリズム干渉計の上段バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とに対応する２本のフィラメント電極を直交させて、上段電子線バイプリズムの位置にマウントし、下段電子線バイプリズムフィラメント電極９３を面９１にマウントした光学系を示す図である。図１３において、図２に示す構成要素と同じもの、または、同等の機能のものには同じ参照符号を付した。ここで、上段電子線バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とに対応する２本のフィラメント電極は、直交していても、電気的には絶縁されて、独立に電圧が制御される。
【００６７】
先にも述べたように、上段電子線バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とを直交させて使用するのが、実用上好都合であることを考えれば、実施例２の構造により、先の特願２００５−０２７２７４で提案した２段電子線バイプリズム光学系の簡易な構造によって、実施例１の図４で説明した３段電子線バイプリズム光学系の構造で得られる干渉装置と同等の効果を得られることは、装置の製作上有利である。ただし、電子顕微鏡のような荷電粒子線を用いる場合、電子線バイプリズムのフィラメント電極の交わるその部分では電界の効果がＸ軸、Ｙ軸方向共に多少の鈍りを生じると推定され、得られる干渉領域の角の部分では、干渉縞にその影響が重畳される可能性がある。しかし、干渉領域の中央部では、この電界の鈍りの影響を受けない、または無視できる程度に小さな状態での使用が可能と考えられる。
【００６８】
（光を光源とする干渉装置への適用）
上述までの説明は、電子を光源とする干渉装置に主体を置いて説明したが、特願２００４−００４１５６でも説明したように、本発明は光を光源とする干渉装置に於いても実施できる。図１４は図４に示す光学系の電子線バイプリズム９１，９２，９３に代えて、３個の光学バイプリズムを配置し、上段、中段の各々の光学バイプリズムの中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板を設けた例を示す図である。図１４において、９’１，９’２，９’３が電子線バイプリズム９１，９２，９３に代わる光学バイプリズムである。それぞれ、中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板９５,９６,９７が設けられている。
【００６９】
さらに、同じ考え方で、図１３に示した２段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置に於いても実施できる。図１５は、図１３に示した２段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置とした構成を示す図である。図１４と同様に電子線バイプリズムに換えて、光学バイプリズムを各々の位置に配した構造である。このとき、電子を光源とする干渉装置に於いては、図１３に示したごとく上段電子線バイプリズムに於いて、二つのフィラメント電極を交差させているが、これに対応する光学素子としては、図１５に記載の四角錘型プリズムが考えられる。フィラメント電極が直交し偏向角度がＸ軸、Ｙ軸方向で同じ場合にはピラミッド型の正四角錘型プリズム、偏向作用が異なる場合にはそれに応じて形の変化した四角錘型プリズムを用いれば、上述した荷電粒子線に対するのと等価な光を光源とする干渉装置が構成できる。図１５において９１２が電子線バイプリズム９１，９２に代わる光学バイプリズムであり、中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板９５,９６が設けられている。また、９’３が電子線バイプリズム９３に代わる光学バイプリズムであり、中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板９７が設けられている。
【００７０】
なお、特願２００４−００４１５６でも説明したように、一般的には光学バイプリズムは、電子線バイプリズムのように、電圧を制御して偏向角αを変えると言うことができない。したがって、目標とする干渉縞間隔ｓおよび干渉領域幅Ｗに応じてこれを交換する必要があるので、使用にあたっての煩雑さがある。しかし、これについては、光学バイプリズムの形状を成した容器を作り、内部に、例えば、気体を封入しその圧力を可変とすることによって、すなわち密度を可変とすることによって、光学バイプリズムの屈折率を変化させ任意の角度偏向を行なったり、バイプリズムに変わって２枚の鏡の反射角度をコントロールしたりすることによって電子線バイプリズムと同等の効果を期待することができる（例えば、K. Harada, K. Ogai and R. Shimizu: Technology Reports of The Osaka University 39, 117 （1989））。四角錘型プリズム９１２の場合には、たとえば遮蔽版の下、プリズム内部に仕切り壁のある容器とし、各々の内圧をコントロールすることによって光学バイプリズムの屈折率を個別にコントロールすることができる。
【００７１】
（まとめ）
本発明は、上段電子線バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とにより、光源の波面を４つに分け、そのうちの１つを物体波とし、参照波として他の３つのうちの一つを選択し干渉像を得る２波干渉型の干渉装置である。さらに選ばれた物体波と参照波との干渉関係を自在にコントロール可能とするものである。
【００７２】
本発明による干渉装置の使用手順を以下にまとめる。
（１）試料の観察対象領域とそれを干渉像として観察するための参照波を透過させる位置を定める。
（２）該当の干渉像を形成できるよう上段、中段電子線バイプリズムの位置および相対アジムス角Φ１を定める。このとき、干渉領域、干渉縞の操作性から特に必要でない限り、直交関係Φ１＝９０°を選択するのが実用的である。
（３）下段バイプリズムのアジムス角Φ３を調整し、試料形状にあった干渉領域の形状（縦横比）を定める。
（４）下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３を変化させ、干渉領域の大きさを定める。
（５）上段電子線バイプリズム、および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧、各々Ｖ１、Ｖ２を変化させ、観察領域内に形成される干渉縞間隔ｓ、干渉縞の方位角θが、観察対象に対して最適になるよう調整する。
（６）以上の手順で得られた干渉像（電子線ホログラム）を記録し、再生等解析に供する。
【００７３】
以上の手順により、干渉領域の形状（領域を形成する２辺Ｗｘ，Ｗｙの比Ｗｘ/Ｗｙとその２辺の成す角Φ１）、干渉領域の大きさ、干渉縞の縞間隔ｓ、縞の方位角θがそれぞれ結果として独立にコントロール可能となり、任意の干渉条件による干渉顕微鏡像がホログラム再生等の画像記録後の処理を行なうことなく、干渉像記録光学系にて直接観察・記録可能となる。なお、これらの手順、干渉条件の策定が、式（８）から式（１６）に依存していることは言うまでも無い。
【００７４】
本発明の干渉光学系は、従来までの光学系の発展型であり、それぞれの光学系の利点を網羅しつつ新たな機能を発揮させるものである。本発明によれば以下の作用・効果が期待される。
（１）試料形状に応じた干渉領域形状の作成：
電子線の干渉性をいたずらに劣化させること無く、ホログラム作成に必要な干渉領域の形状を定めることが可能となる。
（２）干渉領域内への任意の縞間隔、方位角をもつ干渉縞の形成：
試料形状または観察したい部分の形状、格子像の方位、同空間サイズなど、被観察対象に応じて最も適切な間隔・方位の干渉縞を重畳させることが可能となる。これにより、空間分解能、位相分解能において最適な状態のホログラムの作成、記録を可能とする。
（３）フレネル縞の発生の抑制：
ホログラムにとって最も大きく、顕著なノイズ源であるフレネル縞の発生を抑制し、ホログラムへの影響を排除する。
（４）電子線ホログラフィーの概念の２次元への拡張：
干渉領域形状、干渉縞間隔、干渉縞の方位角を任意にコントロールすることが可能となり、電子線の波面を２次元平面内でほぼ自由に操作・干渉させることが可能となる。これにより電子線での干渉現象を、光のそれと対比しながらの実験が可能な電子波干渉装置となり得る。
【００７５】
本発明は、波面分割型干渉計の操作性を向上させ、１次に得られる干渉像への自由度を飛躍的に高める、その手段と方法を確立したものである。言わば波面分割型干渉計の操作性、性能を振幅分割型干渉計のそれらに近づける手法である。この意味において、本発明は電子線等荷電粒子線に限らず、光学装置に於いて波面分割型干渉計を導入する際に有効となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】特願２００４−００４１５６の図３で説明された電子線バイプリズムを用いた干渉光学系を示す図である。
【図２】特願２００５−０２７２７４の図２で説明された上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角Φを操作して得られる干渉縞の形成を説明する概念図である。
【図３】図２で説明した特願２００５−０２７２７４の発明による上下２段の電子線バイプリズムフィラメント電極９ｕ、９ｂ間のアジムス角Φを操作する構成の光学系を図１に対応する表示形式で示す模式図である。
【図４】本発明の上、中、下段の３段の電子線バイプリズムを持つ干渉装置の実施例１の光学系を示す摸式図である。
【図５】図４の各電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置と、対物レンズ系、拡大レンズ系の位置関係をよりわかりやすく表示するため、図１、図３と対応する表示形式で、奥行きについては省略して描いた模式図である。
【図６】３段の各段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置関係を第３像面９２上へ投影した図である。
【図７】（Ａ）−（Ｄ）は、本発明によって得られる干渉領域の形状をΦ３＝４５°に固定し、Φ１を変化させた場合に得られた実験結果の図である。
【図８】（Ａ）−（Ｃ）は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２を直交（Φ１＝９０°）させた状態に固定し、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極９２と下段電子線バイプリズムのフィラメント電極９３との成す角度Φ３を変化させて、干渉領域の形状変化を観察した実験結果を示す図である。
【図９】（Ａ）−（Ｄ）は各電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角を一定にした場合における、干渉領域の形状の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧Ｖ３依存性を観察した実験結果である。
【図１０】Ｘ軸方向、およびＹ軸方向の干渉縞間隔（ｓｘ、ｓｙ）を独立して変化させた実験結果である。干渉縞の間隔ｓと方位角θが図中明瞭に観察できるように、図９（Ｄ）に示す干渉領域の中央部を抜き出して拡大したものである。
【図１１】（Ａ）−（Ｃ）は上段バイプリズムへの印加電位Ｖ１および中段バイプリズムへの印加電位Ｖ２を制御して、干渉縞の方位角θを一定（θ＝−４５°）に保った状態で干渉縞間隔を変化させた実験結果を示す図である。
【図１２】（Ａ）−（Ｃ）は上段バイプリズムへの印加電位Ｖ１および中段バイプリズムへの印加電位Ｖ２を制御して、干渉縞の間隔を一定（ｓｏｂｊ＝４ｎｍ）に保った状態で干渉縞の方位角のみを変化させた実験結果を示す図である。
【図１３】実施例１で説明した３段電子線バイプリズム干渉計の上段バイプリズムフィラメント電極９１と中段電子線バイプリズムフィラメント電極９２とに対応する２本のフィラメント電極を直交させて、上段電子線バイプリズムの位置にマウントし、下段電子線バイプリズムフィラメント電極９３を面９１にマウントした光学系を示す図である。
【図１４】図４に示す光学系の電子線バイプリズム９１，９２，９３に代えて、３個の光学バイプリズムを配置し、上段、中段、下段の各々の光学バイプリズムの中心位置（稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板を設けた例を示す図である。
【図１５】図１３に示した２段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置とした構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…電子源、２…光軸、３…試料、５…対物レンズ系、７…第１電子源像面、９１…上段電子線バイプリズムフィラメント電極、９２…中段の電子線バイプリズムフィラメント電極、９３…下段の電子線バイプリズムフィラメント電極、１１…観察面、２１…物体波、２３…参照波、６１…第１像面、６２…第１像面６１上の試料像、６３…第１拡大レンズ系、６５…第２電子源像面、６６，６７…第２電子源像面６５上の電子源の実像、７１…第２像面、７２…第２像面７１上の試料像、７３…第２拡大レンズ系、７５…第３電子源像面、７６−７９…第３電子源像面７５上の電子源の実像、８１−８４…第３電子源像面７５上の電子源の虚像、９１…下段電子線バイプリズムのフィラメント電極の配置される面、９２…第３像面、１０１…観察面１１上の試料像、１０３−１０６…観察面１１上の上段、中段電子線バイプリズムフィラメント電極の影、９’１…上段電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、９’２…中段の電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、９’３…下段の電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、９１２…上、中段電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、９５−９７…光の遮蔽版。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子もしくはイオン等の荷電粒子線の光源と、前記光源から放出される荷電粒子線を試料に照射するための照射光学系と、前記荷電粒子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像レンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有するとともに、荷電粒子線の光軸上で前記試料の配置される位置より荷電粒子線の進行方向の下流側に位置する前記結像レンズ系の内の対物レンズが１つもしくは各々独立して焦点距離が制御できる複数のレンズにより形成される対物レンズ系で構成され、該対物レンズ系の下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置された上段のバイプリズムと前記結像レンズ系の内の１つもしくは複数のレンズを介して前記上段バイプリズムの下流側に形成される前記試料の像面位置で前記上段バイプリズムと平行な平面内に配置された中段のバイプリズムと前記結像レンズ系の内の１つもしくは複数のレンズを介して前記中段バイプリズムの下流側で前記上段バイプリズムと平行な平面内に配置される下段のバイプリズムとを備え、該３つのバイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、電極の回転を行なうことができるとともに、それら前記上段バイプリズムと前記中段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加できることにより、任意の方向に荷電粒子線を偏向させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記光軸に直交し、前記上段バイプリズムが位置する平面に、前記複数のレンズにより構成される対物レンズ系の各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の中段バイプリズムの下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズの形成する光源の像の下流側に位置する請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の中段バイプリズムの下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズと該レンズの形成する光源の像の間に位置する請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
電子もしくはイオン等の荷電粒子線の光源と、前記光源から放出される荷電粒子線を試料に照射するための照射光学系と、前記荷電粒子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像レンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有するとともに、荷電粒子線の光軸上で前記試料の配置される位置より荷電粒子線の進行方向の下流側に位置する前記結像レンズ系を構成する対物レンズが１つもしくは各々独立して焦点距離が制御できる複数のレンズにより形成される対物レンズ系で構成され、該対物レンズ系の下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置された上段の四角錘型プリズムと前記結像レンズ系の１つもしくは複数のレンズを介して前記上段の四角錘型プリズムの下流側で前記上段四角錘型プリズムと平行な平面内に配置される下段のバイプリズムとを備え、該２つのプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、電極の回転を行なうことができるとともに、それら前記上段四角錘型プリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加できることにより、任意の方向に荷電粒子線を偏向させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記光軸に直交し、前記上段四角錘型プリズムが位置する平面に、前記複数のレンズにより構成される対物レンズ系の各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の上段四角錘型プリズムの下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズの形成する光源の像の下流側に位置する請求項５に記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の上段四角錘型プリズムの下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズと該レンズの形成する光源の像の間に位置する請求項５に記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記四角錘型プリズムを構成する該同一像面内の２本の電子線バイプリズムフィラメント電極の成す角度を調整することによって四角錘型プリズムによる荷電粒子線の偏向の方向を制御することが可能であることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
前記四角錘型プリズムを構成する該同一像面内の２本の電子線バイプリズムフィラメント電極の各々に印加する電圧を調整することによって四角錘型プリズムによる荷電粒子線の偏向の角度を各々のフィラメント電極に垂直な方向に個別に制御することが可能であることを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１１】
光の光源と、前記光源から放出される光線を試料に照射するための照射光学系と、前記光線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像レンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有するとともに、光線の光軸上で前記試料の配置される位置より光線の進行方向の下流側に位置する対物レンズの下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置され、中央稜線部、あるいは稜線裏側に光線の遮蔽板を配置した上段の光学バイプリズムと、前記結像レンズ系の１つもしくは複数のレンズを介して前記上段の光学バイプリズムの下流側に形成される前記試料の像面位置で前記上段の光学バイプリズムと平行な平面内に配置された中段の光学バイプリズムと、前記結像レンズ系の１つもしくは複数のレンズを介して前記中段の光学バイプリズムの下流側で前記上段の光学バイプリズムと平行な平面内に配置される下段の光学バイプリズムとを備え、該３つの光学バイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、回転を行なうことにより任意の方向に光線の偏向が可能であることを特徴とする干渉装置。
【請求項１２】
前記光学プリズムにおいて、その全部もしくは一部の光学プリズムがそれぞれ独立に光線に対する偏向角度の大きさを制御できる、もしくはそれら光学プリズムを異なるものと交換することによって、光線に対する偏向角度の大きさを制御できることを特徴とする請求項１１に記載の干渉装置。
【請求項１３】
光の光源と、前記光源から放出される光線を試料に照射するための照射光学系と、前記光線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像レンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有するとともに、光線の光軸上で前記試料の配置される位置より光線の進行方向の下流側に位置する対物レンズの下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置され、中央稜線部、あるいは稜線裏側に光線の遮蔽板を配置した上段の光学四角錘型プリズムと前記結像レンズ系の１つもしくは複数のレンズを介して前記上段の光学四角錘型プリズムの光線の下流側で前記上段の光学四角錘型プリズムと平行な平面内に配置される下段の光学バイプリズムとを備え、該両光学プリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、回転を行なうことにより任意の方向に光線の偏向が可能であることを特徴とする干渉装置。
【請求項１４】
前記光学プリズムにおいて、その全部もしくは一部の光学プリズムがそれぞれ独立に光線に対する偏向角度の大きさを制御できる、もしくはそれら光学プリズムを異なるものと交換することによって、光線に対する偏向角度の大きさを制御できることを特徴とする請求項１３に記載の干渉装置。
【請求項１５】
前記上段の光学四角錘型プリズムは２本の稜線が成す面の傾斜角度が個別に異なるものとされ前記上段の光学四角錘型プリズムによる光線の偏向角度の大きさが方向により個別に制御できる請求項１３もしくは１４に記載の干渉装置。
【請求項１】
電子もしくはイオン等の荷電粒子線の光源と、前記光源から放出される荷電粒子線を試料に照射するための照射光学系と、前記荷電粒子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像レンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有するとともに、荷電粒子線の光軸上で前記試料の配置される位置より荷電粒子線の進行方向の下流側に位置する前記結像レンズ系の内の対物レンズが１つもしくは各々独立して焦点距離が制御できる複数のレンズにより形成される対物レンズ系で構成され、該対物レンズ系の下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置された上段のバイプリズムと前記結像レンズ系の内の１つもしくは複数のレンズを介して前記上段バイプリズムの下流側に形成される前記試料の像面位置で前記上段バイプリズムと平行な平面内に配置された中段のバイプリズムと前記結像レンズ系の内の１つもしくは複数のレンズを介して前記中段バイプリズムの下流側で前記上段バイプリズムと平行な平面内に配置される下段のバイプリズムとを備え、該３つのバイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、電極の回転を行なうことができるとともに、それら前記上段バイプリズムと前記中段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加できることにより、任意の方向に荷電粒子線を偏向させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記光軸に直交し、前記上段バイプリズムが位置する平面に、前記複数のレンズにより構成される対物レンズ系の各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の中段バイプリズムの下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズの形成する光源の像の下流側に位置する請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の中段バイプリズムの下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズと該レンズの形成する光源の像の間に位置する請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
電子もしくはイオン等の荷電粒子線の光源と、前記光源から放出される荷電粒子線を試料に照射するための照射光学系と、前記荷電粒子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像レンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有するとともに、荷電粒子線の光軸上で前記試料の配置される位置より荷電粒子線の進行方向の下流側に位置する前記結像レンズ系を構成する対物レンズが１つもしくは各々独立して焦点距離が制御できる複数のレンズにより形成される対物レンズ系で構成され、該対物レンズ系の下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置された上段の四角錘型プリズムと前記結像レンズ系の１つもしくは複数のレンズを介して前記上段の四角錘型プリズムの下流側で前記上段四角錘型プリズムと平行な平面内に配置される下段のバイプリズムとを備え、該２つのプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、電極の回転を行なうことができるとともに、それら前記上段四角錘型プリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加できることにより、任意の方向に荷電粒子線を偏向させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記光軸に直交し、前記上段四角錘型プリズムが位置する平面に、前記複数のレンズにより構成される対物レンズ系の各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の上段四角錘型プリズムの下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズの形成する光源の像の下流側に位置する請求項５に記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の上段四角錘型プリズムの下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズと該レンズの形成する光源の像の間に位置する請求項５に記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記四角錘型プリズムを構成する該同一像面内の２本の電子線バイプリズムフィラメント電極の成す角度を調整することによって四角錘型プリズムによる荷電粒子線の偏向の方向を制御することが可能であることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
前記四角錘型プリズムを構成する該同一像面内の２本の電子線バイプリズムフィラメント電極の各々に印加する電圧を調整することによって四角錘型プリズムによる荷電粒子線の偏向の角度を各々のフィラメント電極に垂直な方向に個別に制御することが可能であることを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１１】
光の光源と、前記光源から放出される光線を試料に照射するための照射光学系と、前記光線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像レンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有するとともに、光線の光軸上で前記試料の配置される位置より光線の進行方向の下流側に位置する対物レンズの下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置され、中央稜線部、あるいは稜線裏側に光線の遮蔽板を配置した上段の光学バイプリズムと、前記結像レンズ系の１つもしくは複数のレンズを介して前記上段の光学バイプリズムの下流側に形成される前記試料の像面位置で前記上段の光学バイプリズムと平行な平面内に配置された中段の光学バイプリズムと、前記結像レンズ系の１つもしくは複数のレンズを介して前記中段の光学バイプリズムの下流側で前記上段の光学バイプリズムと平行な平面内に配置される下段の光学バイプリズムとを備え、該３つの光学バイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、回転を行なうことにより任意の方向に光線の偏向が可能であることを特徴とする干渉装置。
【請求項１２】
前記光学プリズムにおいて、その全部もしくは一部の光学プリズムがそれぞれ独立に光線に対する偏向角度の大きさを制御できる、もしくはそれら光学プリズムを異なるものと交換することによって、光線に対する偏向角度の大きさを制御できることを特徴とする請求項１１に記載の干渉装置。
【請求項１３】
光の光源と、前記光源から放出される光線を試料に照射するための照射光学系と、前記光線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像レンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有するとともに、光線の光軸上で前記試料の配置される位置より光線の進行方向の下流側に位置する対物レンズの下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置され、中央稜線部、あるいは稜線裏側に光線の遮蔽板を配置した上段の光学四角錘型プリズムと前記結像レンズ系の１つもしくは複数のレンズを介して前記上段の光学四角錘型プリズムの光線の下流側で前記上段の光学四角錘型プリズムと平行な平面内に配置される下段の光学バイプリズムとを備え、該両光学プリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、回転を行なうことにより任意の方向に光線の偏向が可能であることを特徴とする干渉装置。
【請求項１４】
前記光学プリズムにおいて、その全部もしくは一部の光学プリズムがそれぞれ独立に光線に対する偏向角度の大きさを制御できる、もしくはそれら光学プリズムを異なるものと交換することによって、光線に対する偏向角度の大きさを制御できることを特徴とする請求項１３に記載の干渉装置。
【請求項１５】
前記上段の光学四角錘型プリズムは２本の稜線が成す面の傾斜角度が個別に異なるものとされ前記上段の光学四角錘型プリズムによる光線の偏向角度の大きさが方向により個別に制御できる請求項１３もしくは１４に記載の干渉装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−３１３０６９（Ｐ２００６−３１３０６９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４６６３３（Ｐ２００５−４６６３３）
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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