特許 6739207 荷電粒子線装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6739207

(24)【登録日】2020年7月27日

(45)【発行日】2020年8月12日

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20200730BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/244

【請求項の数】12

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-69943(P2016-69943)

(22)【出願日】2016年3月31日

(65)【公開番号】特開2017-183126(P2017-183126A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年10月17日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】關口 好文

(72)【発明者】

【氏名】今村 伸

(72)【発明者】

【氏名】川野 源

(72)【発明者】

【氏名】ホック シャヘドゥル

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５４−０７０３５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０２６１７１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

Ｇ０１Ｔ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シンチレータと、
前記シンチレータからの光を入射する入射面と、当該入射面から入射した光を出射する出射面と、前記入射面から入射した光を前記出射面に案内する表面を備えたライトガイドと、を備えた荷電粒子線装置であって、
前記荷電粒子線装置は、前記シンチレータに向かって曲がることのできる電子光学系を、さらに備え、前記シンチレータには、試料から放出された２次粒子又は３次粒子が入射し、
前記ライトガイドは、
屈曲部を有し、
前記屈曲部の前記表面は、前記入射面の端部である入射面端を始点とし、前記ライトガイドの屈曲方向外側の曲面である外側曲面を有し、当該外側曲面と前記入射面との接点において、前記入射面の法線よりも、当該外側曲面は前記入射面側に傾いた接線を有し、
前記入射面の法線と平行方向に前記外側曲面に入射する光線と、前記光線の前記外側曲面への入射点における前記外側曲面の法線と、のなす角θ_１に対して、
前記外側曲面と前記入射面の接点における接線が、前記入射面の法線と平行となる仮想外側曲面を仮定した場合に、前記光線と、前記光線の前記仮想外側曲面への入射点における前記仮想外側曲面の法線と、のなす角θ_２を定義にしたときに、
前記なす角θ_２よりも前記なす角θ_１が大きくなるように前記外側曲面が形成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記ライトガイドには、前記入射面と当該入射面とは異なる方向に面方向を有する側壁面からなるシンチレータ収容空間と、前記側壁面から入射した光を反射する反射面が形成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記反射面は、光を２回以上反射する形状であることを特徴とするライトガイドを備えた荷電粒子線装置。

【請求項4】

請求項１において、
前記ライトガイドは、前記屈曲部よりも前記出射面側に傾斜部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項5】

請求項４において、
前記傾斜部は、前記入射面と前記出射面とを含む平面で前記ライトガイドを切断したときに、互いに略平行な直線により構成される断面形状を有することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項6】

請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
前記ライトガイドは、
前記シンチレータの荷電粒子入射面とは反対の面に対向する第１の面と、前記シンチレータの荷電粒子入射面の反対の面とは異なる面に対向する第２の面から形成されて前記シンチレータを収容するシンチレータ収容空間をなすシンチレータ収容部と、前記第２の面から入射する光を、前記ライトガイド内部に向かって反射する傾斜面を備え、
前記第１の面は、前記入射面であることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項7】

請求項６において、
前記第１の面は、前記第２の面より大きいことを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項8】

請求項６において、
前記傾斜面には、反射部材が設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項9】

請求項６において、
前記傾斜面は、複数の異なる方向に向いた面、或いは曲面で形成されることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項10】

請求項６において、
前記ライトガイドは、前記第１の面、及び第２の面から入射した光を異なる方向に案内する屈曲部を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項11】

請求項１０において、
前記ライトガイドは、前記出射面に前記光を案内する直線部と、当該直線部と、前記屈曲部との間に形成される傾斜部とを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項12】

請求項１において
前記入射面と前記出射面とを含む平面で前記ライトガイドを切断したときの前記外側曲面の断面は、円の方程式で近似できる部位を有し、当該円の中心は前記入射面と平行な面内のどの点よりも前記ライトガイドから離れた位置にあることを特徴とする荷電粒子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ライトガイド、ライトガイドを備えた検出器、及び荷電粒子線装置に係り、特に、光を高効率に受光素子に導くライトガイドを備えた荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

試料に電子ビーム等の荷電粒子ビームを照射することによって得られる荷電粒子を検出する荷電粒子線装置には、荷電粒子を検出するための検出器が備えられている。例えば電子ビームを試料に走査することによって、試料から放出された電子を検出する場合、電子検出器に１０ｋＶ程度の正電圧を印加することによって、電子を荷電粒子検出器のシンチレータに導く。電子の衝突によってシンチレータにて発生した光はライトガイドに導かれ、光電管などの受光素子によって電気信号に変換され、画像信号や波形信号となる。

【0003】

特許文献１には、シンチレータに取り付けられたライトガイドが説明されている。更に、特許文献１には、シンチレータから放出された光を、ＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ）に導くべく、ライトガイドに傾斜面を設ける構成が説明されている。特許文献２には、アクリル樹脂など透明度が高い材料を用いたライトガイドが記載されている。更に、引用文献２には、シンチレータで発生した光を、ライトガイドによって導光し、光電子増倍管や半導体の受光素子などからなる光電変換素子に入射させる装置が示されている。また、ライトガイドに向かって高効率に光を導くため、電子の入射面とは反対側の面を、傾斜面としたシンチレータ構造が説明されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＵＳＰ８，８９５，９３５

【特許文献2】特開２０１４−６７５２６号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２０１５／０２１４００２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一方、シンチレータで発生する光は、ライトガイドによって受光素子に導かれるが、受光素子に至る過程で、ライトガイド壁面に衝突する光がある。衝突した光は、反射によって受光素子に向かうが、ライトガイド外部に突き抜けてしまう光もある。ライトガイド外への光の透過を抑制しつつ、受光素子に光を導くことができれば、荷電粒子線装置のＳＮを向上させることができる。特許文献１に開示のライトガイドによれば、シンチレータで発生した光を、当該ライトガイドのシンチレータ取り付け面とは反対側の斜面によって反射させることによって、シンチレータで発生した光をＰＭＴに導くことができるが、上述のようにライトガイド壁面に衝突する光の中には、反射することなく突き抜けてしまうものがあり、高効率検出には限度がある。また、傾斜面に入射する光のできるだけ多くを反射できるように、シンチレータ取り付け面とは反対側の傾斜面と、取り付け面との相対角度を大きくすることが考えられるが、その場合、ライトガイドの電子顕微鏡等の光軸方向の寸法が大きくなり、真空室内の限られた空間内に配置する部材としては、不向きなものとなることが考えられる。

【0006】

特許文献２に開示の検出器構造によれば、シンチレータ側方から放出される光を受光素子に導くことができるが、シンチレータの荷電粒子の衝突面と反対側の面から、光が透過してしまうことがあり、やはり高効率検出には限度がある。

【0007】

以下に、シンチレータにて発生する光を高効率に受光素子に導くことを目的とするライトガイドを備えた荷電粒子線装置を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、シンチレータと、前記シンチレータからの光を入射する入射面と、当該入射面から入射した光を出射する出射面と、前記入射面から入射した光を前記出射面に案内する表面を備えたライトガイドと、を備えた荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線装置は、前記シンチレータに向かって曲がることのできる電子光学系を、さらに備え、前記シンチレータには、試料から放出された２次粒子又は３次粒子が入射し、前記ライトガイドは、屈曲部を有し、前記屈曲部の前記表面は、前記入射面の端部である入射面端を始点とし、前記ライトガイドの屈曲方向外側の曲面である外側曲面を有し、当該外側曲面と前記入射面との接点において、前記入射面の法線よりも、当該外側曲面は前記入射面側に傾いた接線を有し、前記入射面の法線と平行方向に前記外側曲面に入射する光線と、前記光線の前記外側曲面への入射点における前記外側曲面の法線と、のなす角θ_１に対して、前記外側曲面と前記入射面の接点における接線が、前記入射面の法線と平行となる仮想外側曲面を仮定した場合に、前記光線と、前記光線の前記仮想外側曲面への入射点における前記仮想外側曲面の法線と、のなす角θ_２を定義にしたときに、前記なす角θ_２よりも前記なす角θ_１が大きくなるように前記外側曲面が形成されている荷電粒子線装置を提案する。

【発明の効果】

【0011】

上記構成によれば、シンチレータにて発生した光を高効率に受光素子に導くことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】電子顕微鏡の構造を示す図。

【図2】シンチレータ内の光の通過の軌跡の一例を示す図。

【図3】シンチレータの収容空間と側面プリズムを備えたライトガイドの一例を示す図。

【図4】側面プリズムの変形例を説明する図。

【図5】電子顕微鏡の構造を示す図。

【図6】屈曲部を備えたライトガイドの一例を示す図。

【図7】屈曲部と直線部を接続する傾斜部を備えたライトガイドの一例を説明する図。

【図8】屈曲部の断面形状を円の方程式を用いてフィッティングした例を示す図

【図9】ライトガイドの具体的な形状を説明する図。

【図10】ライトガイドの具体的な形状を説明する図。

【図11】ライトガイドの光入射面を種々の方向からみた図。

【図12】ライトガイドの具体的な形状を説明する図。

【図13】ライトガイドの具体的な形状を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

シンチレータを検出素子とする荷電粒子検知器において、シンチレータ内部で発光した光を高効率に受光素子に導くことによって、荷電粒子の高効率検出を実現することができる。一方、立体形状のシンチレータは、複数の面を持ち、光を反射する反射材が備わっていない全てのシンチレータの表面から出射するが、ライトガイドに面していないシンチレータ面から放出された光を導くことはできない。即ち、一部の表面から出射した光しか、ライトガイドに入射させることができていない。また、ライトガイドが直線でなく、屈曲部を有する場合には、光が屈曲部で漏れて受光素子に届かない。それゆえ、シンチレータから出射した光を十分に受光素子まで伝播させることができていない。つまり、ライトガイドを用いた光学系は、シンチレータから出射した光に対し、受光素子に到達する光の割合（光利用効率）が低いことが多い。

【0014】

以下に、光利用効率を向上させるライトガイドを備えた荷電粒子線装置について説明する。なお、本実施例では、シンチレータを検出素子とする検出器を備え、シンチレータと受光素子間にライトガイドを備えた荷電粒子線装置について説明する。なお、以下に説明する実施例では、電子顕微鏡、特に走査電子顕微鏡の例について説明するが、これに限られることなく、以下に説明する実施例は、イオンビームを用いた走査イオン顕微鏡などの他の荷電粒子線装置への適用も可能である。また、走査電子顕微鏡を用いた半導体パターンの計測装置、検査装置、観察装置等にも適用可能である。

【0015】

本明細書でのシンチレータとは、荷電粒子線を入射して発光する素子を指すものとする。本明細書におけるシンチレータは、実施例に示されたものに限定されず、様々な形状や構造をとることができる。

【0016】

《第１の実施形態》
図１は、電子顕微鏡１の基本構成を示す図である。図１は側面から電子顕微鏡を見た図であり、図２および図３はシンチレータ５およびライトガイド３の詳細図である。電子源２から放出された一次電子線１００が試料５０に照射され、二次電子や反射電子等の二次粒子１０１が放出される。二次粒子１０１は信号粒子制限板６に衝突してから、シンチレータ５に入射する。なお、信号粒子制限板６に衝突した後の粒子を三次粒子と呼ぶこともあるが、説明を簡略化するため、試料５０から放出された二次粒子、及び試料から放出された二次粒子が信号粒子制限板６に衝突することによって発生する二次電子等を含めて二次粒子と呼ぶことにする。本実施形態では、円形の二次粒子入射面を持つシンチレータ５について説明する。本実施例では、二次粒子の入射面の大きさに対し、相対的に高さ方向の寸法が小さい円柱形状のシンチレータを例にとって説明する。シンチレータ５に二次粒子１０１が入射するとシンチレータ５で発光が起こる。シンチレータ５の発光は、ライトガイド３により導光され、受光素子４で電気信号に変換する。以下、シンチレータ５、ライトガイド３、受光素子４を合わせて検出系と呼ぶこともある。

【0017】

走査電子顕微鏡の場合、一次電子線（電子ビーム）の走査に同期して、受光素子４で得られた信号がフレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。電子線照射位置に対応した画像位置（画素）に、得られた信号量に応じた輝度の表示を行うことによって、走査領域のコントラスト像とすることができる。図１では、一次電子線１００を試料に集束して照射するための電子光学系、すなわち偏向器やレンズ、絞り、対物レンズ等は図示を省略している。

【0018】

電子光学系を構成する電子光学鏡筒６０の内部は、真空状態が保たれており、真空空間をビームが通過するように構成されている。また、試料５０は、当該試料を少なくともＸ−Ｙ方向（一次電子線の理想光軸をＺ方向とした場合）に移動させる試料ステージに載置され、試料５０と試料ステージは試料室６１に配置される。試料室６１は、一般的には電子線照射の時には真空状態に保たれている。また、電子顕微鏡には図示しないが全体および各部品の動作を制御する制御部や、画像を表示する表示部、ユーザが電子顕微鏡の動作指示を入力する入力部等が備えられている。更に、試料ステージには、図示しない負電圧印加電源が接続されており、電子ビームに対する減速電界を形成することができる。電子ビームに対する減速電界は、試料から放出される二次粒子（二次電子や後方散乱電子）にとって、加速電界となるため、電子源２の方向に向かって二次粒子等は加速され、信号電子制限板６等に衝突する。

【0019】

この電子顕微鏡は構成の一つの例であり、シンチレータ５、ライトガイド３、受光素子４を備えた電子顕微鏡であれば、他の構成でも適用が可能である。図１の例では、信号電子制限板６への二次粒子の衝突に基づいて発生する新たな二次粒子（三次粒子）を検出する例について説明しているが、信号電子制限板６の位置に、シンチレータを配置し、当該シンチレータで発生した光をライトガイドで受光素子に導くような構成とすることもできる。

【0020】

また、二次粒子１０１には、透過電子、走査透過電子等も含まれる。また、簡単のため、検出器は１つのみ示しているが、複数の検出器を設けても良い。反射電子検出用検出器と二次電子検出用検出器を別々に設けてもよいし、方位角または仰角を弁別して検出するために複数の検出器を備えていてもよい。

【0021】

次に、図２を用いて、本実施形態のシンチレータ５を詳細に説明する。図２において、正面方向ＤＦは、円柱状のシンチレータ５の底面（円柱の上下の底面を区別するために上底面５ｃと呼ぶことにする。）の法線に平行で二次粒子１０１が伝播してくる方向である。側面方向ＤＳは正面方向ＤＦに垂直な方向である。図は、円柱状のシンチレータ５を側面方向ＤＳから見た図である。シンチレータ５は、入射した二次粒子１０１のエネルギーを光に変換して発光する発光部５ａと、シンチレータ５に電圧を印加する伝導層５ｂから構成される。伝導層５ｂは発光部５ａ上に積層して形成された層であり、本実施形態ではＡｌ層である。但し、シンチレータ５としては、発光部５ａを有すれば良く、この構成に限らない。

【0022】

発光部５ａの材料としては、半導体（ＧａＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ）、セラミック蛍光体 ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、ＹＡＰ（ＹＡｌＯ_４:Ｃｅ）、ガラスなどの基板に成膜して用いる粉体蛍光体Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅなどがある。半導体シンチレータの例としては、ＩｎＧａｎＮとＧａＮを積層して量子井戸を形成した構造を光変換部とする半導体がある。ＩｎＧａｎＮ層とＧａＮ層は、荷電粒子の入射方向に向かって積層される。

【0023】

シンチレータ５に入射した二次粒子１０１は伝導層５ｂを貫通して発光部５ａで光に変換され、変換された光は発光部５ａを伝播してシンチレータ５の外へ出射する。伝導層５ｂは光に対しては反射部材として機能するため、伝導層５ｂが無い全ての表面から光は出射する。

【0024】

光線例を図中にＲａｙＦ１、ＲａｙＦ２、ＲａｙＳ１、ＲａｙＳ２として示した。ＲａｙＦ１、Ｆ２は正面方向ＤＦに上低面５ｃから出射する例で、ＲａｙＦ２は伝導層５ｂで反射して出射する例である。ＲａｙＳ１、ＲａｙＳ２は側面方向ＤＳに伝播して側面５ｄから出射する例である。ＲａｙＳ２は上底面５ｃで全反射し、伝導層５ｂで反射して側面５ｄから出射する例を示しており、発光部５ａ内を導光して側面５ｄから出射する例である。発光部５ａは空気よりも屈折率が高いので、一部の光はシンチレータ５の表面で全反射して導光する。

【0025】

側面５ｄから出射する光の総和（側面出射光量Ｉｓ）と、上底面５ｃから出射する光の総和（平面出射光量Ｉｐ）の比率は、シンチレータ５の内部構造に依存する。半導体、セラミック蛍光体材料のシンチレータを用いる場合や、粉体蛍光体を成膜した基板をシンチレータとして用い、基板からの光も取り出して活用する場合、一般に材料の屈折率は１．５よりも大きく、屈折率１．５のときのシンチレータ５表面での全反射角度は４０度程度である。それゆえ、表面へ入射した光の約７５％以上の光が全反射する。発光部５ａ内部が、散乱が起こりやすい構造であると、乱反射して再度表面に到達して表面から出射することもあるが、上記シンチレータの場合、光散乱が起こり難い構成であるため、側面５ｄまで光が導光し、側面５ｄからも多くの光が出射する。ＧａＮを材料とするシンチレータ５の場合、シミュレーションによれば、円柱の高さが０．５ｍｍ、円の直径が９ｍｍで、Ｉｐ:Ｉｓ＝１：１程度である。また、発光部５ａ内にピラミッド、円錐などのパターン構造や光の波長程度以下のパターン構造などを導入して、散乱により導光を抑制して、上底面５ｃからの平面出射光量Ｉｐを向上させる技術を導入しても、Ｉｐ:Ｉｓ＝７：３程度である。したがって、側面出射光量Ｉｓもライトガイドで捉えて光の収量を向上させることは重要である。

【0026】

次に、図３を用いて、ライトガイド３に関して説明する。図３はライトガイド３の断面図であり、ライトガイド３は、中心線ＣＬに対して回転対称な形状である。ライトガイド３の材質としては、ＰＭＭＡ樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂や、シリカ、石英などを用いれば良い。但し、本発明は材質に限定されない。

【0027】

ライトガイドの円柱の側面３ｄには、電子光学鏡筒６０内の真空と外側の大気を分離するための分離フランジ３ｃが設けられている。分離フランジ３ｃは電子顕微鏡１の構造に依存してある場合とない場合がある。本実施形態の場合、受光素子４を電子光学鏡筒６０の外側に配置し、シンチレータ５を電子光学鏡筒６０の内側に配置しているので、ライトガイド３に分離フランジ３ｃが設けられている。

【0028】

ライトガイド３の出射面３ｂは円形であり、受光素子４に対向して配置される面である。シンチレータ５の上底面５ｃに対向する面がライトガイド３の入射面３ａ（第１の面）である。入射面３ａから入射した光は、一部はライトガイド３に吸収されるが、大部分は出射面３ｂに到達する。ＲａｙＦ３は入射面３ａからライトガイドに入射し、出射面３ｂから出射する光線例である。

【0029】

シンチレータ５の側面５ｄに対向して配置される部位は、側面プリズム３ｅであり、側面プリズム３ｅは、シンチレータ５の側面５ｄに対向し、側面５ｄからの光を入射する側面プリズム入射面３ｅ１（第２の面）を有する。側面プリズム入射面３ｅ１は、ライトガイド３の入射面３ａとは異なる方向に面方向を有する側壁面である。

【0030】

さらに、ライトガイド３の入射面３ａと側面プリズム入射面３ｅ１はシンチレータ５を囲む収容空間を形成している。シンチレータ５からの光を全て取り込むためには、収容空間はシンチレータ５の光が出射する表面の全てに対向するように形成されていることが好ましい。但し、当該収容空間は、シンチレータ５の光が出射する表面の一部にしか対向する面が形成されていない構成であっても、側壁面を有すれば光利用効率を向上するという効果を奏する。

【0031】

側面プリズム３ｅは、側面プリズム入射面３ｅ１から入射した光を、出射面３ｂに光が向かうように反射する反射面３ｅ２（傾斜面）を有する。反射面３ｅ２は、側面プリズム入射面３ｅ１を包囲するように形成されている。ＲａｙＳ３は入射面３ｅ１から側面プリズム３ｅに入射し、反射面３ｅ２で全反射して出射面３ｂから出射する光線例である。本実施形態では反射面３ｅ２が側面プリズム入射面３ｅ１の法線方向３ｅＮと所定の角度θ_ｅ２を有することで、側面プリズム入射面３ｅ１の法線方向３ｅＮに入射した光を全反射できるようにした構成である。

【0032】

なお、全反射は反射面３ｅ２への光の入射角度が臨界角θ_ｃよりも大きい場合にのみ起きる。入射光は法線方向３ｅＮ以外の角度の光も有し、より多くの光を反射するためには、反射面３ｅ２の表面に反射部材を付与した方が良い。反射部材としては、アルミニウム、銀、多層反射膜などがある。

【0033】

角度θ_ｅ２に関しては、出射面３ｂの方向に反射するという観点では、２０度よりも大きくした方が良く、７０度よりも小さい方が良い。但し、角度の上限は、ライトガイド３の形状に依存し、例えば、曲がったライトガイド３の場合は別の値となる。角度θ_ｅ２を適切に設定することで、反射光を出射面３ｂに向けて伝搬させることが可能となるため、光利用効率を向上するという効果を奏する。

【0034】

また、入射面３ａの法線方向３ａＮに反射する角度θ_ｅ２は、ライトガイド３の形状に依存せず、４５度±１５度の範囲が良い。入射面３ａの法線方向３ａＮに向かう光の多くは、ライトガイド３の出射面以外から漏れることなく、ライトガイド３を導光することが可能であるので、光利用効率を向上するという効果を奏する。

【0035】

側面プリズム３ｅは、シンチレータ５の側面５ｄからの出射光もライトガイド３に入射させ、反射面３ｅ２で出射面３ｂに向けて反射し、受光素子４に向けて、より多くの光を伝搬させることができるので、光利用効率を向上するという効果を奏する。また、通常、シンチレータは、入射面に直交する方向の面（側面）の厚み方向の寸法が、荷電粒子の入射面の面方向の寸法より十分に小さい。よって、上底面５ｃから放出される光を、プリズム等を用いた反射を行うことなく、ライトガイドの中心線ＣＬの方向（ライトガイドの光路方向）に導くように構成すると共に、シンチレータ側面から放出された光を、側面プリズムを用いた反射を伴って、ライトガイド光路方向に導くように構成する。即ち、ライトガイド３にシンチレータ５の収容空間を形成する場合、側面プリズム入射面３ｅ１の高さ方向の寸法を、入射面３ａより小さく構成すると共に、シンチレータ５の側面５ｄと、ライトガイド３の側面プリズム入射面３ｅ１、及びシンチレータの上底面５ｃと、ライトガイド３の入射面３ａをそれぞれ対向させるように配置する。

【0036】

以上のような構成によれば、ライトガイド内で反射により伝播方向を変える光の量を少なくしつつ、シンチレータの各面から放出される光を高効率に検出素子に導くことが可能となる。

【0037】

次に、図４を用いて反射面３ｅ２の変形例に関して説明する。図４は側面プリズム３ｅ付近を拡大した断面図である。

【0038】

図４（ａ）は、反射面３ｅ２の表面に反射部材３ｅ２Ｒを貼りつけた例である。反射部材３ｅ２Ｒを設けることで、反射面３ｅ２で全反射できず貫通してしまう光も反射することが可能となり、光利用効率が向上する。光線ＲａｙＳ４は、反射部材３ｅ２Ｒが無い場合には、反射面３ｅ２を透過して損失となる光であるが、反射部材３ｅ２Ｒがある場合は反射して出射面３ｂに向かって導光する。反射部材は、貼り付ける以外にも蒸着など様々な方法の取り付け方があり、本実施形態は取り付け方に限定されない。ここで、本実施形態では、反射部材を用いてライトガイド全体を覆わずに、ライトガイドの一部（反射面）にのみ貼りつけている。一般の反射材は反射時に光の一部を吸収するので、光が複数回反射するライトガイドの側面３ｄには貼りつけない。反射材として金属を用いた場合の吸収率は、５〜１５％程度である。側面３ｄは光吸収が起きない全反射にて導光させることが重要である。

【0039】

図４（ｂ）は、反射面３ｅ２の形状が、直線ではなく折れ線の場合を示している。複数回の反射により光の伝播方向を変えている。一例として、光線例ＲａｙＳ５を図示した。

【0040】

図４（ｃ）は、反射面３ｅ２の形状が、直線ではなく曲線の場合を示している。複数回の反射により光の伝播方向を変えている。一例として、光線例ＲａｙＳ６を図示した。曲線の形状は、円、楕円、放物線、双曲線など様々な形状が考えられる。また、曲線だけに限らず、曲線と折れ線または曲線と直線の組み合わせでも良い。反射面３ｅ２の形状としては、光が出射面３ｂに向かって伝搬するように反射する形状であれば、光利用効率を向上するという効果を奏する。

【0041】

《第２の実施形態》
図５、６は第２の実施形態を説明するための図である。第１の実施形態と同じ個所、または、同じ機能を有する箇所に関しては説明を省略する。また、図中で同じ符号の箇所は、同様の機能を有する箇所である。図５（ａ）は、側面から電子顕微鏡を見た図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）の矢印Ａの方向から電子顕微鏡１を見た図である。点線Ｂと出射面の中心を含む平面を平面Ｓ１とした場合に、図６（ａ）は、平面Ｓ１におけるライトガイド３の断面図である。また、平面Ｓ１は入射面３ａの中心も含む面である。

【0042】

図５に例示するような電子顕微鏡には、図１で例示したような信号粒子制限板がなく、二次粒子１０１は直接シンチレータ５に入射する。また、図１の例と比較すると、ライトガイド形状が異なる。本実施形態のライトガイド３は、入射面３ａと出射面３ｂが対向していない（シンチレータの入射面の法線方向に、シンチレータの出射面がない）ため、ライトガイド３には屈曲部３ｆが設けられている。

【0043】

なお、簡単のため、検出系は１つのみ示しているが、複数の検出系を設けても良いし、信号粒子制限板がある別の検出系を設けてもよい。本実施形態では図示していないが、信号粒子制限板がある別の検出系が、図示されている検出系より試料５０に近い側に設けられている。

【0044】

本実施形態の電子光学系は、電子源２から放出された一次電子線１００は試料５０に向かって直進するが、二次粒子１０１はシンチレータ５に向かって曲がることができる光学系を有する。二次粒子１０１が直接シンチレータ５に入射するので、試料５０から直進してきた二次粒子１０１を高感度に検出することが可能である。

【0045】

図５（ｂ）で示すようにライトガイド３は屈曲部３ｆを有し、光も屈曲部３ｆを反射しながら出射面３ｂに向かって導光し、受光素子４に到達する。図６（ａ）を用いて断面形状を詳細に説明する。断面形状は大きく、３つの部位からなる。屈曲部３ｆ１、３ｆ２と、屈曲部よりなだらかに形状が変化する傾斜部３ｇ１、３ｇ２と、直線部３ｈ１、３ｈ２の３つの部位である。

【0046】

直線部３ｈの形状は出射面３ｂを底面（半径ｒ_aの円、図６（ｂ）参照）とする円柱である。直線部３ｈには、分離フランジ３ｃが設けられている。直線部３ｈに分離フランジ３ｃを設けることで、電子光学鏡筒６０の側壁などに垂直に分離フランジ３ｃを押し当てることができ、大気が真空に流入することを抑制する構成となっている。

【0047】

傾斜部３ｇの形状は、屈曲部３ｆと直線部３ｈを接続する形状である。断面形状３ｇ１、３ｇ２は緩やかに変化する曲線である。断面形状は曲線に限らず、直線、折れ線、曲線と直線、曲線と折れ線の組み合わせなどでも良い。

【0048】

屈曲部の断面形状３ｆ１、３ｆ２は、本実施形態では、中心角が６０度から８９度の間にある円弧である。なお、当該断面形状は、円弧からずれた曲線などでも良いし、一部は円弧または曲線で、その他は直線または折れ線でも良い。屈曲部は屈曲部の表面からライトガイドの外に漏れる光の量を低減するために複雑な形状をしている。入射面３ａは、図６（ｃ）に示す形状で、点ＤおよびＥに断面形状３ｆ１および３ｆ２がそれぞれ接続する。点線Ｆを境に左半分が円３ａ１、右半分が楕円３ａ２となっている。円の半径はｒ_ａで、楕円の短軸、長軸の１／２の長さは、それぞれｒ_ａとｒ_ｂである（ｒ_ａ＜ｒ_ｂ）。点線Ｆと、点ＤとＥが結ぶ線分との交点に略対向する位置にシンチレータ５の中心が配置される。

【0049】

平面Ｓ１に垂直で点線Ｃを含む面を平面Ｓ２とした場合に、平面Ｓ２におけるライトガイド３の断面形状は出射面３ｂと同じ円である。屈曲部３ｆの形状は、当該円と入射面３ａの形状を、断面形状３ｆ１、３ｆ２を輪郭として繋いだ形状である。例えば、一般的な３Ｄ ＣＡＤ（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｙｓｔｅｍ）を用いて、当該円と入射面３ａの形状を、断面形状３ｆ１、３ｆ２を輪郭としてロフトすることで屈曲部の形状が作成できる。図６（ｄ）は本実施形態のライトガイド３の斜視図である。符号３ｉは、ライトガイド３とシンチレータ５を固定するための部位を示す。

【0050】

図７を用いて、屈曲部の形状をより詳細に説明する。図７（ａ）は屈曲部３ｆで光が漏れる要因を説明するための平面Ｓ１における断面図である。この例では、図６で示したライトガイドのように傾斜部３ｇが存在しない。入射面３aと出射面３ｂの形状は図６（ｂ）に示す円で、屈曲部の断面形状３ｆ１、３ｆ２は中心角９０度、入射面３ａを始点する円弧である。屈曲部３ｆと出射面３ｂは直線部３ｈで繋がれている。入射面３ａと出射面３ｂを繋げる最も簡単なライトガイド形状である。

【0051】

３本の光線例を用いて代表的な光が漏れる光線経路を説明する。光線ＲａｙＦ５は、屈曲部の断面３ｆ１に到達し、到達点の面の法線３Ｎ１との角度が全反射の臨界角よりも小さいために、面を透過する例である。入射面３ａの法線と入射面３ａを出射するときの光線の角度が、図の角度より大きい光線は全て屈曲部３ｆを透過して損失となる。

【0052】

光線ＲａｙＦ６（他の光線と見分けるために点線で示す。）は、屈曲部の断面３ｆ２で、入射面３ａの法線方向に全反射して、屈曲部の断面３ｆ１に到達し、到達点の面の法線３Ｎ２との角度が全反射の臨界角よりも小さいために、面を透過する例である。屈曲部の断面３ｆ２に近い位置から出射する光は、屈曲部の断面３ｆ２で反射して同様の光線経路でライトガイド３から漏れる。

【0053】

光線ＲａｙＦ７は、入射面３ａの法線から出射面３ｂの方へ傾いて、入射面３ａから出射した光線が、直線部の断面３ｈ１に到達して、到達点の面の法線３Ｎ３との角度が全反射の臨界角よりも小さいために、面を透過する例である。入射面３ａの法線と略平行な法線を持つ面に到達した光は、当該面を透過する確率が高い。透過率はフレネルの透過率に従う。

【0054】

図６（ａ）に示したライトガイド３は、これら光漏れを抑制する形状となっている。図７（ｂ）に示すライトガイドは、図６（ａ）に示したライトガイド３であり、当該図を用いて、光漏れ抑制効果を説明する。図７（ｂ）のライトガイド３の主な特徴は、図７（ａ）に比べて屈曲部の断面３ｆ１の曲率半径が大きい点と、入射面３ａの形状が図６（ｃ）に示した長軸が出射面の方向にある楕円を含む形状である点である。屈曲部の断面３ｆ１の曲率半径が大きいがゆえに、入射面３aと出射面３ｂとの間の領域以外にも、光を出射面３ｂに案内するライトガイド３の表面が存在する構成である。入射面３aと出射面３ｂとの間の領域とは、図７（ｂ）において、矢印ＤＡで示される領域である。矢印が指す点線は領域を示すための補助線で、図中下側の点線は入射面３ａの端部と一致し、上側の点線は出射面３ｂの端部と一致する。図７（ａ）に示す傾斜部のないライトガイドは、当該領域以外には、光を出射面３ｂに案内するライトガイド３の表面が存在しない。なお、分離フランジ３ｃなどの固定部位は、光を出射面３ｂに案内する表面ではない。

【0055】

屈曲部の断面３ｆ１の曲率半径が大きいと、屈曲部で全反射が起きやすくなる。光線ＲａｙＦ８は、光線ＲａｙＦ５と同じ角度で入射面３ａから出射する光線であるが、屈曲部の断面３ｆ１への入射角度は、光線ＲａｙＦ５の場合よりも大きく、全反射する。曲率半径が大きいので、円弧へ光が入射する位置の法線３Ｎ４が入射面３ａの法線から大きく傾いた位置に入射する。それゆえ、屈曲部で全反射する光の量が増え、ライトガイドの光利用効率が向上する。

【0056】

光線ＲａｙＦ１０は、光線ＲａｙＦ７と同じ角度で入射面３ａから出射する光線である。曲率半径が大きいので、光線ＲａｙＦ１０は終点付近の屈曲部の断面３ｆ１に入射し、全反射して導光する。終点付近の屈曲部の断面３ｆ１の法線３Ｎ６は、入射面３ａから出射面３ｂとは反対方向に傾いているので、法線３Ｎ６と入射光線との角度は大きくなり、全反射し易くなる。全反射しない場合でもフレネル反射率は向上するので、反射する光の量が増え、ライトガイドの光利用効率が向上する。

【0057】

シンチレータ５が直径９ｍｍの円柱の場合に、入射面３aを直径１０ｍｍの円とし、屈曲部の断面３ｆ１および３ｆ２の曲率半径を、それぞれ１５ｍｍ、５ｍｍから１８ｍｍ、８ｍｍに変更することで、光利用効率が３７％向上することを光線追跡計算により確認した。

【0058】

光線ＲａｙＦ９は、光線ＲａｙＦ６と同じ角度で入射面３ａから出射する光線である。入射面３ａの一部を長軸が出射面の方向にある楕円とし、屈曲部の断面３ｆ２を出射面３ｂ側に移動することで、光線ＲａｙＦ９は、断面３ｆ２で反射すること無く傾斜部の断面３ｇ１に到達することが可能となる。光線ＲａｙＦ９は、断面３ｇ１で必ずしも全反射はしないが、光線ＲａｙＦ６の場合に比べて、断面３ｇ１の入射点において、光線ＲａｙＦ９と法線３Ｎ５との角度が大きくなるので、フレネル反射率は大きくなり、導光する光の量が増え、光利用効率が向上する。

【0059】

ここで、入射面３ａの楕円部の形状に関して説明する。例えば、シンチレータ５の半径が４．５ｍｍの場合、図６（ｃ）において、ｒ_ａとｒ_ｂは、それぞれ４．５ｍｍ、５．５ｍｍとすると、入射面３ａを直径９ｍｍの円とした場合に比較して、光利用効率が数％向上することを光線追跡計算により確認した。本実施形態では、入射面３ａの一部を楕円とし、形状を出射面側に長くすることで断面３ｆ２を出射面側に移動して光利用効率を向上させたが、入射面３ａの一部を楕円とすることには限定されず、形状を出射面側に長くすれば良い。別の言い方をすれば、シンチレータ５の中心から入射面３ａの端部までの距離が、出射面方向とそれとは反対方向で異なり、出射面方向の距離が長ければ良い。

【0060】

次に、屈曲部３ｆの一部または全部を円弧とする場合の形状に関して、図７（ｃ）、（ｄ）を用いて説明する。屈曲部の断面形状３ｆ１は本実施形態の円弧の形状である。断面形状３ｆ１Ｃ（点線で示す）は、円弧の中心ＣＰ１が入射面３ａを含む平面ＳＰ（点線で示す）内に存在し、断面形状３ｆ１Ｃの入射面３ａから立ち上がる接線が入射面の法線３ａＮと平行の場合の断面形状である。断面形状３ｆ１Ｃは、図７（ａ）に示す傾斜部のないライトガイドを構成する場合の屈曲部の形状であり、屈曲部として最も簡単な形状と言える。

【0061】

断面形状３ｆ１は、円弧の中心ＣＰ２が平面ＳＰ内には存在しない構成であり、入射面３ａより下側（ライトガイド３から離れる方向）にある。さらに、断面形状３ｆ１の入射面３ａから立ち上がる接線３ｆ１Ｔと入射面の法線３ａＮは所定の角度θtを持つ形状である。角度θｔは２度から１０度程度の範囲であることが光利用効率向上の観点で望ましい。図７（ｂ）に示したライトガイド３の角度θｔは２．５度である。また、中心ＣＰ２と平面ＳＰの距離は１ｍｍである。当該距離は０．３ｍｍから５ｍｍ程度の範囲内にあることが望ましい。

【0062】

ライトガイド３の表面をあるラインで分割し、外側曲面と内側曲面とした場合に、断面形状３ｆ１は、入射面３ａの端部を始点とした外側曲面に含まれ、断面形状３ｆ２は内側曲面に含まれる。上述した構成は、当該外側曲面と入射面３ａとの接点において、入射面の法線３ａＮより、当該外側曲面は前記入射面側に傾いた接線を有する構成である。

【0063】

光線ＲａｙＦ１１は入射面の法線３ａＮと平行方向に入射面３ａの略中心から屈曲部へ出射する光線である。なお、シンチレータ５から発光する光強度は、一般に当該方向および位置の強度が最も大きい。符号３ｆ１Ｎ、３ｆ１ＣＮは、それぞれ断面３ｆ１および３ｆ１Ｃと光線ＲａｙＦ１１の交点における法線を示す。角度θ１、θ２は、法線３ｆ１Ｎと光線ＲａｙＦ１１および３ｆ１ＣＮと光線ＲａｙＦ１１がそれぞれ成す角度である。図７（ｄ）は、角度θ１、θ２を比較するための図であり、光線ＲａｙＦ１１と各断面の交点を一致させた図である。この図から分かるように角度θ１の方が角度θ２よりも大きくなる。したがって、断面３ｆ１の方が光線ＲａｙＦ１１の当該断面への入射角度が大きくなるので、ライトガイド３に入射する光束のうち全反射する光束の割合が増え、さらに、フレネル反射率が大きくなるので、光漏れが低減され光利用効率が向上する。

【0064】

つまり、断面形状３ｆ１の一部（望ましくは、ＲａｙＦ１１が入射する部位）が円弧であって、円弧の中心ＣＰ２が入射面３ａを含む平面ＳＰ内には存在しない構成である場合に光利用効率は向上する。また、断面形状３ｆ１の入射面３ａから立ち上がる接線３ｆ１Ｔと入射面の法線３ａＮが所定の角度θｔを持つ形状である場合に光利用効率は向上する。

【0065】

傾斜部の断面形状３ｇ１と断面形状３ｇ２は、本実施形態のように略平行とすることが望ましい。なぜならば、図７（ｂ）に示すように、出射面３ｂに向けてライトガイドの高さが小さくなる場合、断面形状３ｇ１への入射角度は、断面形状３ｇ１へ光が入射する度に小さくなるが、断面形状３ｇ２への入射角度は、断面形状３ｇ２へ光が入射する度に大きくなるので（ライトガイドの高さが大きくなる場合、現象が逆になる。）、入射角度が補償される。それゆえ、最初に傾斜部３ｇに入射したときの入射角度が導光途中で大きくは変化せず、全反射角度より入射角度が小さくなり光漏れが起こるのを抑制するという効果を奏する。

【0066】

本実施形態では、屈曲部の断面形状３ｆ１、３ｆ２を円弧としたが、これに限定されず、円の方程式からずれた曲線でも折れ線でも良い。但し、屈曲部の外側の断面形状３ｆ１は、円、楕円、放物線の方程式を用いて部分的にはフィッティングされる形状であることが望ましい。

【0067】

図８のグラフを用いて、屈曲部の断面形状３ｆ１を円の方程式を用いてフィッティングした例を説明する。参考のためグラフ中に入射面３ａの位置を記入した。本グラフにおいて、断面形状３ｆ１は、図６、図７に記載のライトガイドの断面形状とは、反対向きで記載されている。横軸は入射面に平行な位置座標[ｍｍ]を表し、縦軸は入射面の法線に平行な方向の位置座標[ｍｍ]を示す。点線は屈曲部の断面形状３ｆ１の一例であり、完全な円弧とはなっていない。実線３ｆ１Ｆは点線を円の方程式でフィッティングした結果である。点線と実線は、入射面３ａの端部付近を除いて良く一致している。このフィッティング結果を用いて円弧の中心Ｐ１等を求めれば良い。

【0068】

本実施形態では、入射面３ａおよび出射面３ｂの形状として、円、一部円と楕円等を用いたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、シンチレータ５が四角形の角柱であれば、入射面を四角としても良く、受光素子の形状が四角であれば出射面を四角にしても良く、さまざまな形状が考えられる。また、例えば出射面と平行な面の断面形状は、円などに限定されるものではなく、四角や六角など様々な形状が考えられる。

【0069】

《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態を説明するための図である。第１の実施形態と同じ個所、または、同じ機能を有する箇所に関しては説明を省略する。また、図中で同じ符号の箇所は、同様の機能を有する箇所である。第１の実施形態と異なる箇所は、屈曲部３ｆを有するライトガイド３に側面プリズム３ｅを設けた点である。図９は、屈曲部３ｆと側面プリズム３ｅに着目した断面図である。なお、本実施形態のライトガイド３の形状は、側面プリズム３ｅが付与されている部位以外は、第２の実施形態で図６（ｂ）を用いて説明したライトガイドと同じである。

【0070】

図９（ａ）は、入射面３ａのシンチレータ５が対向していない部位に側面プリズム３ｅを設置した例である。当該部位は入射面３ａの楕円の長軸方向先端部で、もともと光はほとんど入射しない位置であり、かつ、入射面３ａ以降のライトガイド形状に影響を与えないので、導光にも影響を与えない。したがって、当該位置に側面プリズム３ｅを設置する場合、入射面３ａ以降のライトガイド形状と側面プリズム３ｅを独立に最適化することが可能となる。

【0071】

側面プリズム３ｅを設置することで光利用効率を向上するという効果を奏する。なお、側面プリズム３ｅの変形は、第１の実施形態において図４を用いて説明したように様々な変形が可能である。特に、反射面３ｅ２の表面に反射部材を付与することで効果的に光利用効率を向上することが可能となる。符号ＲａｙＳ７は光線例である。

【0072】

図９（ｂ）は、外側の屈曲部３ｆ１にも側面プリズム３ｅｏを設置した例で、外側の側面プリズム３ｅｏは光の伝播方向を略１８０度回転して出射面側に反射する必要があるので、反射面を２つ以上有する構成となる。つまり、側面プリズム３ｅｏは、光を２回以上反射する反射面形状を有する。図９（ｂ）は、シンチレータ５の側面５ｄに対向し、側面５ｄからの光を入射する側面プリズム入射面３ｅｏ１を有し、反射面３ｅｏ２で略入射面３ａの法線方向に光を反射し、反射面３ｅｏ３で略出射面３ｂの方向に光を反射している例である。このような構成とすることで、光利用効率を向上するという効果を奏する。但し、外側の側面プリズム３ｅｏの場合は、断面形状３ｆ１に変更を加えるので、導光に影響を与える。それゆえ、側面プリズム ３ｅｏの影響で大きな光漏れが発生し、全体としての光利用効率が低下しないように形状を小さくすることが好ましい。また、例えば、反射面３ｅｏ３を、断面形状３ｆ１の一部として、点線で示す断面形状３ｆ１’のように、入射面３ａと略同位置まで連続的な形状とすることが好ましい。符号ＲａｙＳ８は光線例である。

【0073】

図９（ｂ）の変形例を、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は屈曲部３ｆと側面プリズム３ｅに着目した断面図である。本変形例と図９（ｂ）の形状で異なる点は、外側の側面プリズム３ｅｏと屈曲部３ｆ間に空隙を設けた構成である。前述したように、断面形状３ｆ１に変更を加えると導光に影響を与えるので、影響を与えないように空隙を設けている。入射面３ａから入射した光は、断面形状３ｆ１と３ｆ２で反射して導光し、側面プリズム入射面３ｅ１、３ｅｏ１から入射した光は、側面プリズム３ｅ、３ｅｏで反射して導光する構成である。

【0074】

図１０（ｂ）は、側面プリズム３ｅｏをより詳細に説明する断面図である。光はシンチレータと対向する面３ｅｏ１から入射し、反射面３ｅｏ２、３で反射して、屈曲部３ｆと対向する側面プリズム出射面３ｅｏ４から出射して、屈曲部３ｆに入射する。反射面３ｅｏ２、３ｅｏ３としては、第１の実施形態において図４を用いて説明したように様々な変形が可能である。例えば、反射面３ｅｏ２と反射面３ｅｏ３を連続的な曲面としても良い。その際には、当該曲面に、略入射面３ａの法線方向に光を反射し、その後で略出射面３ｂの方向に光を反射する機能があれば良い。また、反射面３ｅｏ２、３ｅｏ３にアルミニウムなどの反射部材を付与すると、効果的に光利用効率を向上できる。

【0075】

なお、側面プリズム出射面３ｅｏ４と屈曲部３ｆ間を全て空隙として示しているが、一部は結合していても良い。例えば、側面プリズム出射面３ｅｏ４の入射面３ａに近い位置は屈曲部３ｆと結合していても良い。なぜならば、結合部が小さければ入射面３ａから入射した光の導光への影響は小さいためである。

【0076】

外側の側面プリズム３ｅｏとライトガイド３は一体としても良いが、空隙を設けるため、別体として、側面プリズム３ｅｏをライトガイド３に取り付けても良い。

【0077】

図１０（ｃ）は、入射面３ａが見える方向からの斜視図である。図中矢印ａの方向（入射面３ａの法線方向）からライトガイド３を見た図が図１１（ａ）である。図中矢印ｂの方向から見た図が図１１（ｂ）で、図中矢印ｃの方向から見た図が図１１（ｃ）である。図１１（ａ）を見ると、シンチレータ５（点線で図示）に沿って側面プリズム３ｅ、３ｅｏが配置されていることが分かる。入射面３ａと外側の側面プリズム３ｅｏとの間に空隙ＡＩＲがある。

【0078】

本変形例の構成とすることで、側面プリズム３ｅｏを備えることによる入射面３ａからの入射光の導光への影響をなくしつつ、光利用効率を向上させるという効果を奏する。

【0079】

次に別の変形例に関して平面Ｓ１における断面を示す図１２を用いて説明する。本変形例は、屈曲部３ｆの断面形状において曲線が１つの場合である。入射面３ａから入射した光の一部は、光線例ＲａｙＦ１２のように断面形状３ｆ１で反射して直線部３ｈに入射して導光する。側面プリズム入射面３ｅｏ１から入射した光の一部は、光線例ＲａｙＳ９のように、反射面３ｅｏ２で反射して、屈曲部３ｆの曲面と連続的に繋がっている反射面３ｅｏ３で反射して、出射面３ｂに向かって導光する。側壁面３ｅ１’から入射した光は、光線例ＲａｙＳ１０のように出射面３ｂに向かって導光する。本変形例は、入射面３ａに対向した曲面と、入射面３ａ、側面プリズム入射面３ｅｏ１と側壁面３ｅ１’に囲まれた収容空間と、側面プリズム３ｅｏ１を設けることで、シンチレータ５から出射する全方位の光をライトガイド３に取り込み、導光させることが可能となり、光利用効率を向上するという効果を奏する。なお、本変形例の収容空間は、シンチレータ５の光を出射する全ての面に対向して、光が入射する面を有しているが、シンチレータ５の光を出射する面の一部に対向して、光が入射する面を有することでも光利用効率を向上するという効果を奏する。

【0080】

次に別の変形例に関して平面Ｓ１における断面を示す図１３を用いて説明する。本変形例は、ある断面において、受光素子４が左右両側に配置され、両側に光を伝播させるために、ライトガイド３がシンチレータ５に対向する位置で二股に分かれる形状である。本変形例では、シンチレータ５の中心を通る中心線ＣＬ１に対して断面３ｆ１は左右対称な形状である。左右対称とすることで、入射面３ａから入射した光の伝搬方向を回転する角度を小さく（略９０度内と）することが可能となる。一般に、光の伝播方向を回転する角度が大きくなるほど、受光素子４に届くように光を反射させることが難しくなり、ライトガイド３から漏れる光が多くなる。それゆえ、屈曲部の断面３ｆ１を中心線ＣＬ１に対して、左右対称とすることで、光利用効率が向上するという効果を奏する。シンチレータ５の両側の側面５ｄに対向して、側面プリズム入射面３ｅ１が配置される構成である。左右それぞれの受光素子４に入射する光線例を、ＲａｙＳ１１、ＲａｙＳ１２として記載した。何れも、側面プリズム入射面３ｅ１から入射し、反射面３ｅ２で反射した後で、断面形状３ｆ２、３ｆ１で順次反射して、直線部３ｈ２で反射して、出射面３ｂから受光素子４に入射する例である。受光素子４が左右両側に配置される構成であっても、側面プリズムを有する構成により、光利用効率を向上させることが可能となる。本構成は、側面プリズム３ｅにより、１８０度伝播方向を回転させられる光線が無い、もしくは、ほとんど無い。したがって、光の伝搬方向を回転する角度が小さいので、光利用効率が向上するという効果を奏する。また、図９（ｂ）において示した外側の屈曲部３ｆ１に設置される側面プリズム３ｅｏが無いので、外側の屈曲部３ｆ１と側面プリズム３ｅを別々に最適化でき、光利用効率が向上するという効果を奏する。図１３には直線部の断面３ｈ１と屈曲部の断面３ｆ１の間に傾斜部が存在しないが、屈曲部の断面３ｆ１の曲率半径を大きくして光利用効率を高め、傾斜部を有する構成としても良い。

【0081】

以上より、本構成のように、ある断面で見た場合に両側に受光素子４を設ける構成は、光利用効率が向上するという効果を奏する。また、反射面３ｅ２は、第１から第３の実施形態３で説明した様々な形状を取ることができる。なお、シンチレータ５をドーナツ状の形状として、中心線ＣＬ１に沿って、1次電子線１００など、粒子を貫通させる場合に、ライトガイド５も中心線ＣＬ１に沿って貫通穴を設けても良い。当該貫通穴は、円、四角など様々な形状が考えられる。以上、第１の実施形態から第３の実施形態まで説明したが、それぞれで記載した事項は適宜組み合わせても良く、組み合わせることでより大きな効果を奏することもある。

【0082】

上記構成によれば、光利用効率を向上させることが可能となる。

【符号の説明】

【0083】

１ 電子顕微鏡
２ 電子源
３ ライトガイド
３ａ 入射面、第１の面
３ｂ 出射面
３ｅ 側面プリズム
３ｅ１ 側面プリズム入射面、側壁面、第２の面
３ｅ２ 反射面（傾斜面）
３ｆ 屈曲部
３ｆ１ 外側曲面、屈曲部、屈曲部の断面形状
３ｆ２ 屈曲部、屈曲部の断面形状
３ｇ 傾斜部
３ｇ１ 傾斜部
３ｇ２ 傾斜部
３ｈ 直線部
３ｈ１ 直線部
３ｈ２ 直線部
４ 受光素子
５ シンチレータ
６ 信号粒子制限板
５０ 試料
６０ 電子光学鏡筒
６１ 試料室
１００ 一次電子線
１０１ 二次粒子

【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】