(57)【要約】【課題】  従来よりも像質の良い３次元像像を得ることができる３次元像構築方法および透過電子顕微鏡を提供する。【解決手段】  各試料傾斜角度においてＴＥＭ像を撮影する際、デフォーカス量Δｆが複数のデフォーカス量Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３に変えられて像撮影が行われる。これらのデフォーカス量は予め求められて、デフォーカス量記憶回路１２に記憶されている。３次元像構築にあたっては、画像メモリ１５に記憶された画像データがＣＲＴ２０に送られ、デフォーカス量Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３のもとで撮影されたＴＥＭ像がＣＲＴ２０上に表示される。各試料傾斜角度につき１枚の最適なＴＥＭ像がオペレーターの目視判断によって選択され、３次元像構築回路１６は、その選択されたＴＥＭ像に基づいて３次元像を構築する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を複数段階に傾斜させて各試料傾斜角度において透過電子顕微鏡像を取得し、
取得した透過電子顕微鏡像に基づいて試料の３次元像を構築するようにした３次元像構築方法において、
各試料傾斜角度において以下の（ａ），（ｂ）の処理を行い、
（ａ）透過電子顕微鏡の対物レンズの正焦点位置を検出する
（ｂ）対物レンズの焦点位置を、前記正焦点位置からデフォーカス量Δｆ１，…，Δｆｎずれた複数の位置に設定すると共に、その設定された各焦点位置のもとで透過電子顕微鏡像を取得する
上記（ａ），（ｂ）の処理によって取得された複数の透過電子顕微鏡像の中から、各試料傾斜角度につき１枚の最適な透過電子顕微鏡像を選択し、
その選択した透過電子顕微鏡像に基づいて試料の３次元像を構築するようにした
ことを特徴とする３次元像構築方法。
【請求項２】
前記デフォーカス量Δｆ１は以下の（ｃ）〜（ｅ）の処理によって予め求められた値であり、Δｆ１以外のデフォーカス量もΔｆ１と同様にして予め求められた値であることを特徴とする請求項１記載の３次元像構築方法
（ｃ）試料傾斜角度を任意の角度θ１に設定する
（ｄ）設定された試料傾斜角度θ１において対物レンズの正焦点位置ｆ１を検出する
（ｅ）最適な透過電子顕微鏡像が得られるように対物レンズ励磁電流を変化させ、その時の対物レンズの焦点位置と前記正焦点位置ｆ１との差からΔｆ１を求める。
【請求項３】
試料を傾斜させて各試料傾斜角度において透過電子顕微鏡像を取得し、
取得した透過電子顕微鏡像に基づいて試料の３次元像を構築するようにした透過電子顕微鏡において、
複数のデフォーカス量Δｆ１，…，Δｆｎを記憶するためのデフォーカス量記憶手段と、
各試料傾斜角度において対物レンズの正焦点位置を検出する正焦点位置検出手段と、
各試料傾斜角度において、対物レンズの焦点位置を、前記正焦点位置検出手段で検出された正焦点位置から前記デフォーカス量Δｆ１，…，Δｆｎずれた位置に設定する焦点位置設定手段と、
焦点位置設定手段によって設定された各焦点位置のもとで得られた透過電子顕微鏡像を、その像が得られたときの試料傾斜角度と対応させて記憶する画像メモリと、
画像メモリに記憶された透過電子顕微鏡像を表示させる表示手段と、
表示手段に表示される透過電子顕微鏡像の中から、各試料傾斜角度につき１枚の透過電子顕微鏡像を選択するための像選択手段と、
像選択手段により選択された透過電子顕微鏡像に基づいて試料の３次元像を構築する３次元像構築手段と
を備えたことを特徴とする透過電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の３次元像を得るための３次元像構築方法および透過電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、試料の３次元像を得られる装置として透過電子顕微鏡が注目されている。この３次元像を構築する機能を備えた透過電子顕微鏡においては、試料を傾斜させて各試料傾斜角度において透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を取得し、取得したＴＥＭ像にＣＴ法（Computerized Tomography Method）を適用して試料の３次元像を構築するようにしている。
【０００３】
さて、コントラストの良いＴＥＭ像を得るには、対物レンズの焦点位置を正焦点位置（すなわち試料上）から少しずらした方がよいことが知られている。そこで、従来の３次元像構築機能を備えた透過電子顕微鏡においては、各試料傾斜角度においてコントラストの良いＴＥＭ像を撮影するため、各試料傾斜角度において以下の（ｉ），（ｉｉ）の処理が行われている。
（ｉ）対物レンズの正焦点位置を検出する。
（ｉｉ）対物レンズの焦点位置を、前記正焦点位置からデフォーカス量Δｆ（固定値）ずれた位置に設定し、その設定された焦点位置のもとで透過電子顕微鏡像を撮影する。
なお、上記（ｉ），（ｉｉ）の処理について記載した特許文献として、たとえば特開平４−１０４４５号公報（特許文献１）が知られている。また、３次元像を得る透過電子顕微鏡に関する特許文献として、たとえば特開平４−３３７２３６号公報（特許文献２）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−  １０４４５号公報
【特許文献２】特開平４−３３７２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した像撮影時のデフォーカス量Δｆ（正焦点位置からのフォーカスのずれ量）は、得られるＴＥＭ像の像質に大きな影響を与えると考えられる。特に、試料傾斜を行った場合には、試料の見かけの厚さが変化するために最適なデフォーカス量が傾斜角度によって変化すると考えられる。また、試料の材質によっても最適なデフォーカス量が変化すると考えられる。
しかしながら従来においては、そのデフォーカス量Δｆは固定値とされており、試料を傾斜させても常に同じデフォーカス量Δｆが用いられていた。
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的は、従来よりも像質の良い３次元像像を得ることができる３次元像構築方法および透過電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の３次元像構築方法は、
試料を複数段階に傾斜させて各試料傾斜角度において透過電子顕微鏡像を取得し、
取得した透過電子顕微鏡像に基づいて試料の３次元像を構築するようにした３次元像構築方法において、
各試料傾斜角度において以下の（ａ），（ｂ）の処理を行い、
（ａ）透過電子顕微鏡の対物レンズの正焦点位置を検出する
（ｂ）対物レンズの焦点位置を、前記正焦点位置からデフォーカス量Δｆ１，…，Δｆｎずれた複数の位置に設定すると共に、その設定された各焦点位置のもとで透過電子顕微鏡像を取得する
上記（ａ），（ｂ）の処理によって取得された複数の透過電子顕微鏡像の中から、各試料傾斜角度につき１枚の最適な透過電子顕微鏡像を選択し、
その選択した透過電子顕微鏡像に基づいて試料の３次元像を構築するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
したがって本発明によれば、従来よりも像質の良い３次元像像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の３次元像構築機能を備えた透過電子顕微鏡の一例を示した図である。まず、図１の装置構成について説明する。
【００１０】
図１において、１は真空チャンバであり、真空チャンバ１の内部は排気装置によって高真空に排気されている。真空チャンバ１の内部には、電子銃２側から順に、集束レンズ３、傾斜ステージ４、対物レンズ５、中間レンズ６、投影レンズ７、ＴＶカメラ８が配置されている。前記傾斜ステージ４は、光軸Ｏにほぼ直交する傾斜軸Ｔを中心として左右に傾斜可能に構成されており、その傾斜ステージ４上には試料Ｓが配置されている。
【００１１】
このように真空チャンバ１の内部には種々の電子光学的要素が配置されており、電子銃２から放出された電子線は集束レンズ３で集束されて試料Ｓを照射する。そして、試料Ｓを透過した電子線は対物レンズ５の結像作用を受け、試料Ｓの初段像が対物レンズ５と中間レンズ６間に形成される。その後、中間レンズ６と投影レンズ７により試料拡大像が形成されて行き、最終的に、試料拡大像すなわち透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）がＴＶカメラ８上に結像される。ＴＶカメラ８はＴＥＭ像を撮影し、そのＴＥＭ像に関する像信号ＩはＴＶカメラ８から中央制御装置９に送られるように構成されている。
【００１２】
この中央制御装置９は、その内部に、正焦点位置検出回路１０，焦点位置設定回路１１，デフォーカス量記憶回路１２，デフォーカス量可変回路１３，傾斜ステージ制御回路１４，画像メモリ１５および３次元像構築回路１６を備えている。また、中央制御装置９は、前記対物レンズ５のコイルに励磁電流ｉを流すための対物レンズ電源１７と、前記傾斜ステージ４を傾斜させる傾斜ステージ駆動部１８と、キーボードやマウスなどの入力手段（像選択手段）１９と、ＣＲＴ（表示手段）２０にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１３】
以上、図１の透過電子顕微鏡の構成を説明した。
以下、図１の透過電子顕微鏡の動作を、（１）「複数のデフォーカス量Δｆ１，…，Δｆｎの事前検出」、（２）「ＴＥＭ像の自動取り込み」、（３）「３次元像構築にあたってのＴＥＭ像の選択」の３つの項目に分けて順に説明する。
（１）複数のデフォーカス量Δｆ１，…，Δｆｎの事前検出
まずオペレーターは、入力手段１９上において、傾斜ステージ４の傾斜角度θ１を任意に入力する。オペレーターはたとえば−５０度を入力する。すると、入力手段１９からの傾斜角度信号を受けた傾斜ステージ制御回路１４は、傾斜ステージ４の傾斜角度θ１を−５０度に設定するための傾斜信号θ１（−５０）を傾斜ステージ駆動部１８に送る。この傾斜信号θ１（−５０）を受けた傾斜ステージ駆動部１８は、傾斜ステージ４を−５０度傾斜させる。
【００１４】
こうして試料Ｓが−５０度傾斜されると、次にオペレーターは、入力手段１９上において「正焦点位置検出」の指示を行う。すると、入力手段１９からの正焦点位置検出指示信号を受けた正焦点位置検出回路１０は、対物レンズ励磁電流ｉをステップ状に変化させるための励磁信号を対物レンズ電源１７に送る。この励磁信号を受けた対物レンズ電源１７は、対物レンズ励磁電流ｉをステップ状に変化させる。
【００１５】
この対物レンズ励磁電流ｉの変化に伴って、前記ＴＶカメラ８で撮影されるＴＥＭ像の像質は変化するが、そのＴＥＭ像の像質の変化は正焦点位置検出回路１０に記録される。すなわち、ＴＶカメラ８からの像信号Ｉは正焦点位置検出回路１０に供給されており、各対物レンズ励磁電流値のもとで撮影されたＴＥＭ像は、正焦点位置検出回路１０の画像メモリに対物レンズ励磁電流値と対応して記憶される。
ところで、対物レンズ５の焦点位置が正焦点位置に一致したとき、ＴＥＭ像のコントラスト値は最小となる。そこで正焦点位置検出回路１０は、記憶した各ＴＥＭ像に対して画像処理を行ってコントラスト値を求め、コントラスト値が最小のＴＥＭ像を抽出する。そして正焦点位置検出回路１０は、その抽出したＴＥＭ像が撮影されたときの対物レンズ励磁電流値ｉ（ｆ１）を検出する。なお、前記コントラスト値は、たとえば特許文献１に記載されているような画像処理により求められる。
こうして対物レンズ励磁電流値ｉ（ｆ１）が検出されると、すなわち試料傾斜角度−５０度における正焦点位置ｆ１が検出されると、正焦点位置検出回路１０はその検出した対物レンズ励磁電流値ｉ（ｆ１）の情報を焦点位置設定回路１１に送る。すると焦点位置設定回路１１は、対物レンズ励磁電流をｉ（ｆ１）にするための励磁信号を対物レンズ電源１７に送る。この励磁信号を受けた対物レンズ電源１７は、対物レンズ励磁電流をｉ（ｆ１）に設定する。
さて、現在、中央制御装置９はＴＶカメラ８からの像信号ＩをＣＲＴ２０に供給している状態にある。このため、ＣＲＴ２０上には、−５０度傾斜した試料Ｓの正焦点のＴＥＭ像が表示されている。正焦点のＴＥＭ像なので、コントラストのない像質のわるいＴＥＭ像がＣＲＴ２０上に表示されている。
そこでオペレーターは、ＣＲＴ２０上に表示されるＴＥＭ像の像質が良くなるように、入力手段１９上の「デフォーカス量つまみ」を操作する。この操作が行われると、デフォーカス量可変回路１３は、その操作量に応じて対物レンズ励磁電流をΔｉ変化させるための励磁信号を対物レンズ電源１７に送る。この励磁信号を受けた対物レンズ電源１７は、対物レンズ励磁電流を現在のｉ（ｆ１）からｉ（ｆ１）＋Δｉに設定する。そして、コントラストの良い最高の像質のＴＥＭ像がＣＲＴ２０上に最終的に表示されるようになったときには、対物レンズ励磁電流はｉ（ｆ１）＋Δｉ（ｆ１）に設定される。
このように対物レンズ励磁電流がｉ（ｆ１）＋Δｉ（ｆ１）に設定されたということは、対物レンズ５の焦点位置が、前記正焦点位置ｆ１からデフォーカス量Δｆ１ずれた位置に設定されたということである。こうして試料傾斜角度がθ１＝−５０度のときの最適なデフォーカス量Δｆ１が求まると、すなわちそのデフォーカス量Δｆ１に対応する対物レンズ励磁電流Δｉ（ｆ１）が求まると、その電流値Δｉ（ｆ１）はデフォーカス量Δｆ１としてデフォーカス量記憶回路１２に記憶される。
以上、試料傾斜角度がθ１＝−５０度のときのデフォーカス量Δｆ１の事前検出について説明した。以後同様にして、任意の試料傾斜角度において最適なデフォーカス量の事前検出が行われる。本実施例ではあと２つの試料傾斜角度において最適なデフォーカス量が求められる。たとえば、試料傾斜角度がθ２＝０度に設定されて最適なデフォーカス量Δｆ２（実際に求められるのは、Δｆ２に対応する対物レンズ励磁電流値Δｉ（ｆ２））が事前検出され、その後、試料傾斜角度がθ３＝５０度に設定されて最適なデフォーカス量Δｆ３（実際に求められるのは、Δｆ３に対応する対物レンズ励磁電流値Δｉ（ｆ３））が事前検出される。
（２）ＴＥＭ像の自動取り込み
オペレーターは、入力手段１９上において、ＴＥＭ像の自動取り込みにあたってのデータ入力を行う。たとえばオペレーターは、試料が−６０度から１度ずつ６０度まで傾斜されて、各試料傾斜角度（−６０度，−５９度，…，０度，…，５９度，６０度）においてＴＥＭ像が撮影されるように、データを入力手段１９に入力する。すると、傾斜ステージ制御回路１４は、傾斜ステージ４の傾斜角度を−６０度に設定するための傾斜信号を傾斜ステージ駆動部１８に送る。このため、傾斜ステージ駆動部１８は傾斜ステージ４を−６０度傾斜させる。
【００１６】
こうして試料Ｓが−６０度傾斜されると、正焦点位置検出回路１０は前記同様にして正焦点位置ｆ−６０を検出する。すなわち正焦点位置検出回路１０は、正焦点位置ｆ−６０に対応する対物レンズ励磁電流値ｉ（ｆ−６０）を検出して、その対物レンズ励磁電流値ｉ（ｆ−６０）の情報を焦点位置設定回路１１に送る。
【００１７】
すると焦点位置設定回路１１は、前記デフォーカス量記憶回路１２に記憶されている電流値Δｉ（ｆ１），Δｉ（ｆ２），Δｉ（ｆ３）を参照し、対物レンズ励磁電流を先ずはｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ１）にするための励磁信号を対物レンズ電源１７に送る。この励磁信号を受けた対物レンズ電源１７は、対物レンズ励磁電流をｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ１）に設定する。このときのＴＥＭ像はＴＶカメラ８で撮影され、ＴＶカメラ８からの像信号Ｉは画像メモリ１５に送られる。そして、この対物レンズ励磁電流がｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ１）のときのＴＥＭ像、すなわち、対物レンズ５の焦点位置が正焦点位置ｆ−６０からデフォーカス量Δｆ１ずらされたときのＴＥＭ像Ｉ（Δｆ１）は、画像メモリ１５に試料傾斜角度−６０度と対応して記憶される。
【００１８】
続いて焦点位置設定回路１１は、前記デフォーカス量記憶回路１２に記憶されている電流値Δｉ（ｆ２）を用い、対物レンズ励磁電流をｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ２）にするための励磁信号を対物レンズ電源１７に送る。この励磁信号を受けた対物レンズ電源１７は、対物レンズ励磁電流をｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ２）に設定する。そして、この対物レンズ励磁電流がｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ２）のときのＴＥＭ像、すなわち、対物レンズ５の焦点位置が正焦点位置ｆ−６０からデフォーカス量Δｆ２ずらされたときのＴＥＭ像Ｉ（Δｆ２）は、画像メモリ１５に試料傾斜角度−６０度と対応して記憶される。
【００１９】
さらに焦点位置設定回路１１は、前記デフォーカス量記憶回路１２に記憶されている電流値Δｉ（ｆ３）を用い、対物レンズ励磁電流をｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ３）にするための励磁信号を対物レンズ電源１７に送る。この励磁信号を受けた対物レンズ電源１７は、対物レンズ励磁電流をｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ３）に設定する。そして、この対物レンズ励磁電流がｉ（ｆ−６０）＋Δｉ（ｆ３）のときのＴＥＭ像、すなわち、対物レンズ５の焦点位置が正焦点位置ｆ−６０からデフォーカス量Δｆ３ずらされたときのＴＥＭ像Ｉ（Δｆ３）は、画像メモリ１５に試料傾斜角度−６０度と対応して記憶される。
【００２０】
以上、試料傾斜角度が−６０度のときのＴＥＭ像Ｉ（Δｆ１），Ｉ（Δｆ２），Ｉ（Δｆ３）の自動取り込みについて説明した。以後同様にして、各試料傾斜角度−５９度〜６０度において、デフォーカス量がΔｆ１，Δｆ２，Δｆ３のときのＴＥＭ像Ｉ（Δｆ１），Ｉ（Δｆ２），Ｉ（Δｆ３）が画像メモリ１５に各試料傾斜角度と対応して記憶される。
（３）３次元像構築にあたってのＴＥＭ像の選択
オペレーターは、入力手段１９上において「ＴＥＭ像選択」の指示を行う。すると、入力手段１９からのＴＥＭ像選択指示信号を受けた中央制御装置９は、前記画像メモリ１５に記憶されているＴＥＭ像の画像データを読み出してＣＲＴ２０に送る。その際、まず、試料傾斜角度が−６０度のときに得られたＴＥＭ像Ｉ（Δｆ１），Ｉ（Δｆ２），Ｉ（Δｆ３）の画像データがＣＲＴ２０に送られる。その結果、ＣＲＴ２０上には、−６０度傾斜した試料ＳのＴＥＭ像Ｉ（Δｆ１），Ｉ（Δｆ２），Ｉ（Δｆ３）が並べて表示される。そこでオペレーターは、入力手段１９上において、３枚のＴＥＭ像の中で最も像質の良いＴＥＭ像を１枚選択する。たとえばＴＥＭ像Ｉ（Δｆ１）が選択されると、中央制御装置９は、試料傾斜角度が−６０度のときのＴＥＭ像Ｉ（Δｆ１）の画像データを３次元像構築回路１６に送る。
【００２１】
以後同様にして、試料傾斜角度が−５９度〜６０度のときに得られたＴＥＭ像Ｉ（Δｆ１），Ｉ（Δｆ２），Ｉ（Δｆ３）に対してオペレーターによる像選択が行われ、各試料傾斜角度につき１枚の最適なＴＥＭ像が３次元像構築回路１６に記憶される。そして、３次元像構築回路１６は、オペレーターによって選択された各試料傾斜角度のＴＥＭ像にＣＴ法を適用して、試料Ｓの３次元像Ｉ（Ｔ）を構築する。その構築された３次元像Ｉ（Ｔ）の画像データは、中央制御装置９によって読み出されてＣＲＴ２０に送られる。この結果、３次元像Ｉ（Ｔ）がＣＲＴ２０上に表示される。
【００２２】
以上、図１の透過電子顕微鏡の動作を説明した。
【００２３】
本発明の図１に示した透過電子顕微鏡においては、各試料傾斜角度においてＴＥＭ像を撮影する際、従来のようにデフォーカス量Δｆを固定値とするのではなく、デフォーカス量Δｆが複数のデフォーカス量Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３に変えられて像撮影が行われる。そのデフォーカス量Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３は、これから観察が行われる試料に対して事前に求められたものであり、観察試料固有のデフォーカス量である。さらに、本発明の３次元像構築にあたっては、各試料傾斜角度につき１枚の最適なＴＥＭ像がオペレーターの目視判断によって選択され、その選択されたＴＥＭ像に基づいて３次元像が構築される。このような本発明により、従来よりも像質の良い３次元像を得ることができる。
【００２４】
なお、本発明は上記例に限定されるものではない。たとえば、上記例では３つのデフォーカス量Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３を求めるようにしたが、更に多く求めるようにしてもよい。
【００２５】
また、そのデフォーカス量を予め求めるにあたっては、複数求めたデフォーカス量のうち、最大と最小のデフォーカス量を採用すると共に、それらの間に等間隔でデフォーカス量を複数設定するようにしてもよい。
【００２６】
また、上記例では、ＴＶカメラで撮影されたＴＥＭ像を観察しながらデフォーカス量を設定するようにしたが、蛍光板上に投影されたＴＥＭ像を観察しながらデフォーカス量を設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の透過電子顕微鏡の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…真空チャンバ、２…電子銃、３…集束レンズ、４…傾斜ステージ、５…対物レンズ、６…中間レンズ、７…投影レンズ、８…ＴＶカメラ、９…中央制御装置、１０…正焦点位置検出回路、１１…焦点位置設定回路、１２…デフォーカス量記憶回路、１３…デフォーカス量可変回路、１４…傾斜ステージ制御回路、１５…画像メモリ、１６…３次元像構築回路、１７…対物レンズ電源、１８…傾斜ステージ駆動部、１９…入力手段、２０…ＣＲＴ、Ｓ…試料
【図１】
2006059687.tif 000003