(57)【要約】【課題】３次元画像を生成する際の複数の画像の位置合わせを容易に行う。【解決手段】３次元画像生成方法は、異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域および第２分割表示領域に、それぞれ３次元画像を生成する基準となる第２の観察像を撮像するための観察対象を第２分割表示領域に表示させると共に、第１分割表示領域に第１の観察像に関する位置合わせのための参照画像を表示させ、第２分割表示領域に表示される観察対象の倍率を倍率設定部で調整すると、第１分割表示領域に表示される参照画像の倍率も倍率連動部により第２分割表示領域と同じ倍率となるように追随させ、観察対象を第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点として撮像し、第１の観察像及び第２の観察像に基づいて３次元画像生成部で３次元画像を生成する。【選択図】図１０
2006072689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の視差画像から３次元画像の構築を行う３次元画像生成装置であって、
異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域と第２分割表示領域を有する表示部と、
前記表示部に表示される画像に対して、表示倍率の調整が可能な倍率設定部と、
前記第２分割表示領域に表示される画像の倍率を前記倍率設定部で変更すると、前記第１分割表示領域に表示される画像も同じ倍率に調整する倍率連動部と、
前記表示部に表示される観察対象を撮像して観察像を取得するための撮像部と、
第１の観察像と、前記第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点とした観察対象を撮像した第２の観察像とに基づいて３次元画像を生成する３次元画像生成部と、
を備えており、
３次元画像を生成するための第２の観察像を撮像する際に第２分割表示領域に観察対象を表示させると共に、第１分割表示領域に第１の観察像に関する位置合わせのための参照画像を表示させ、
第２分割表示領域に表示される観察対象を前記倍率設定部で拡大・縮小するのに追従して、第１分割表示領域に表示される参照画像が前記倍率連動部によって第２分割表示領域の観察対象と同じ倍率に拡大・縮小可能であることを特徴とする３次元画像生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元画像生成装置であって、
前記参照画像が、第１の観察像と同じ観察対象を低倍率で撮像した画像であることを特徴とする３次元画像生成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の３次元画像生成装置であって、
前記第１分割表示領域および第２分割表示領域に、位置の確認を補助するためのガイド線を重ねて表示可能に構成してなることを特徴とする３次元画像生成装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の３次元画像生成装置であって、
前記表示部がさらに第２表示領域を備え、前記第２表示領域に前記参照画像の全体を広域画像として表示すると共に、前記第１分割表示領域に表示中の領域を枠状にして前記参照画像上に重ねて表示可能としたことを特徴とする３次元画像生成装置。
【請求項５】
複数の視差画像から３次元画像の構築を行う３次元画像生成装置であって、
観察対象を裁置するためのステージと、前記ステージ上の観察対象に対して電子線を照射するための電子銃と、観察対象から放出される二次電子または反射電子を検出するための１以上の検出器と、前記検出器で検出された情報に基づいて電子線観察像を結像するための電子線撮像部と、前記電子線撮像部で撮像された観察像を表示するための表示部であって異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域と第２分割表示領域を有する表示部と、
を備え、
所定の像観察条件に基づいて、前記電子銃に加速電圧を印加して電子線を観察対象に照射し、観察対象から放出される二次電子または反射電子を前記検出器で検出しながら観察対象表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し前記表示部に表示可能な電子顕微鏡であり、
前記表示部に表示される観察対象に対して、表示倍率の拡大／縮小および少なくとも移動、傾きのいずれかを調整可能な視野設定部と、
前記第２分割表示領域に表示される画像の倍率を前記視野設定部で変更すると、前記第１分割表示領域に表示される画像も同じ倍率に調整する倍率連動部と、
第１の観察像と、前記第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点とした観察対象を撮像した第２の観察像とに基づいて３次元画像を生成する３次元画像生成部と、
を備えており、
３次元画像を生成するための第２の観察像を撮像する際に第２分割表示領域に観察対象を表示させると共に、第１分割表示領域に位置合わせのため第１の観察像と同じ観察対象を低倍率で撮像した広域画像を参照画像として表示させ、
第２分割表示領域に表示される観察対象を前記視野設定部で拡大・縮小するのに追従して、第１分割表示領域に表示される参照画像が前記倍率連動部によって第２分割表示領域の観察対象と同じ倍率に拡大・縮小可能であることを特徴とする３次元画像生成装置。
【請求項６】
複数の視差画像から３次元画像の構築を行う３次元画像生成方法であって、
第１の観察像を取得するステップと、
観察対象を表示する表示部において異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域および第２分割表示領域に、それぞれ３次元画像を生成する基準となる第２の観察像を撮像するための観察対象を第２分割表示領域に表示させると共に、第１分割表示領域に第１の観察像に関する位置合わせのための参照画像を表示させるステップと、
前記第２分割表示領域に表示される観察対象の倍率を倍率設定部で調整すると、前記第１分割表示領域に表示される参照画像の倍率も倍率連動部により第２分割表示領域と同じ倍率となるように追随させながら、観察対象を前記第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点として撮像し、第２の観察像を撮像するステップと、
前記第１の観察像及び第２の観察像に基づいて３次元画像生成部で３次元画像を生成するステップと、
を有することを特徴とする３次元画像生成方法。
【請求項７】
複数の視差画像から３次元画像の構築を行う３次元画像生成プログラムであって、
第１の観察像を取得する機能と、
観察対象を表示する表示部において異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域および第２分割表示領域に、それぞれ３次元画像を生成する基準となる第２の観察像を撮像するための観察対象を第２分割表示領域に表示させると共に、第１分割表示領域に第１の観察像に関する位置合わせのための参照画像を表示させる機能と、
前記第２分割表示領域に表示される観察対象の倍率を倍率設定部で調整すると、前記第１分割表示領域に表示される参照画像の倍率も第２分割表示領域と同じ倍率となるように追随させる倍率連動機能と、
観察対象を前記第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点とした第２の観察像を撮像する機能と、
前記第１の観察像及び第２の観察像に基づいて３次元画像生成部で３次元画像を生成する機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする３次元画像生成プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型、透過型等の電子顕微鏡やデジタルマイクロスコープ等に適用可能な３次元画像生成装置、３次元画像生成方法、３次元画像生成プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器に関し、詳細には取得した観察像に基づいて３次元画像を構築可能な３次元画像生成装置、３次元画像生成方法、３次元画像生成プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、微小物体を拡大する拡大観察装置として、光学レンズを使った光学顕微鏡やデジタルマイクロスコープ等の他、電子レンズを使った電子顕微鏡が利用されている。電子顕微鏡は、電子の進行方向を自由に屈折させ、光学顕微鏡のような結像システムを電子光学的に設計したものである。電子顕微鏡には、試料や標本を透過した電子を電子レンズを用いて結像する透過型の他、試料表面で反射した電子を結像する反射型、収束電子線を試料表面上に走査して各走査点からの二次電子を用いて結像する走査型電子顕微鏡、加熱あるいはイオン照射によって試料から放出される電子を結像する表面放出型（電界イオン顕微鏡）等がある。
【０００３】
走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）は、対象となる試料に細い電子線（電子プローブ）を照射した際に発生する二次電子や反射電子を、二次電子検出器、反射電子検出器等それぞれの検出器を用いて取り出し、ブラウン管やＬＣＤ等の表示画面上に表示して、主として試料の表面形態を観察する装置である。一方、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）は、薄膜試料に電子線を透過させ、その際に試料中で原子により散乱、回折された電子を電子回折パターンまたは透過電顕像として得ることによって主に物質の内部構造を観察できる。
【０００４】
電子線が固体試料に照射されたとき、電子のエネルギーによって固体中を透過するが、その際に試料を構成する原子核や電子との相互作用によって弾性的な衝突、弾性散乱やエネルギー損失を伴う非弾性散乱を生じる。非弾性散乱によって試料元素の殻内電子を励起したり、Ｘ線等を励起したり、また二次電子を放出し、それに相当するエネルギーを損失する。二次電子は衝突する角度によって放出される量が異なる。一方、弾性散乱によって後方に散乱し、試料から再び放出される反射電子は、原子番号に固有の量が放出される。ＳＥＭはこの二次電子や反射電子を利用する。ＳＥＭは電子を試料に照射し、放出される二次電子や反射電子を検出して観察像を結像している。
【０００５】
このような電子顕微鏡で撮像した電子線観察像を利用して、３次元画像を生成することが行われている。一般的には、電子顕微鏡で視差を生じさせるよう傾けて撮像した２枚以上のステレオペア像に基づいて、３次元画像を再構築することが行われている（例えば特許文献１）。この方法は、一般的にはまず１枚目の画像を撮像し、次に視差を生じされるよう所定の角度に観察対象を傾斜させて、かつ１枚目の画像と同じ視点となるように位置合わせを行い、２枚目の画像を撮像した後、これらの２枚の画像に基づいて画像処理を行い３次元画像を演算する。
【０００６】
３次元画像を正確に構築するには、１枚目の画像に対して２枚目の画像を同一部分を観察するように正確に取得することが必要となる。しかしながら、視差を生じさせるために撮影対象等を傾ける際に視野の移動が生じると、画像の位置合わせを行わなければならず、その位置調整が困難になる。特に１枚目の画像を正面画像とすると、２枚目の画像は傾いた画像となるため、位置合わせは容易でない。従来は、２枚目以降の画像取得の際には、１枚目の画像の取得時に離散的に低倍率の画像を位置合わせ用の参照画像として取得しておき、これら１枚目の画像に関する参照画像を印刷して参照したり、ユーザが手動で近い倍率の画像を選択してこの倍率の画像を表示するように順次切り替え、これを参照しながら画像の位置調整を行い、同一部分を観察するように調整していたが、このような作業は極めて煩雑であった。特に各画像は切り換えて表示されていたため、基準となる画像を表示し、視野探しをしてから対象となる画像の表示に切り替えて位置合わせを行い、さらに基準画像の表示に戻って確認するといった作業を繰り返す必要があるため、非常に手間がかかっていた。また同時に複数画像を並列表示する方法もあるが、並列表示された画像は同じ倍率で表示しないと比較し難い。特にＳＥＭやＴＥＭ等の荷電粒子線装置の観察倍率は、ダイナミックレンジが非常に広く、数万倍、数十万倍の高倍率まで観察可能であるため、極めて広範な範囲から目的とする視野を探し出す必要がある一方で、３次元画像の生成にはほぼ同じ視点からの画像となるような高精度な位置合わせが要求される。このような場合に、詳細な位置合わせを行うべく対象画像を拡大表示して位置決めしようとすれば、参照画像も同じ倍率となるように拡大させる必要があり、拡大、縮小を各画像毎に行う必要があり煩雑であった。
【０００７】
このような視野を生じさせた画像の位置合わせを正確に行う方法としては、観察対象の試料を傾斜させても視野が大きくズレないようにするため、試料を裁置する試料台として、試料を傾斜させても観察視野が移動しない精密なユーセントリックステージを用いる方法がある。また、ユーザが試料を試料台に取り付ける際、既定のユーセントリック位置に正確に合うように取り付けたり、あるいは試料をユーセントリック位置に正確に取り付けられなかった誤差分を、試料取付け後に微調整可能な機構を備えた試料台を用いることにより、試料の取り付けられた位置をユーセントリック位置に微小に調整移動させる方法もある。しかしながら、前者の方法では、高精度なユーセントリックステージが必要でありコストが高くなりまた位置合わせ等の制御も複雑になること、また後者の方法では試料をセットする際に正確な位置決めを行う必要があり、極めて煩雑で手間がかかるといった問題があった。
【特許文献１】特開平１−２３５１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、複数の画像の観察位置を一致させる調整作業を容易に行える３次元画像生成装置、３次元画像生成方法、３次元画像生成プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の３次元画像生成装置は、複数の視差画像から３次元画像の構築を行う３次元画像生成装置であって、異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域と第２分割表示領域を有する表示部と、表示部に表示される画像に対して、表示倍率の調整が可能な倍率設定部と、第２分割表示領域に表示される画像の倍率を倍率設定部で変更すると、第１分割表示領域に表示される画像も同じ倍率に調整する倍率連動部と、表示部に表示される観察対象を撮像して観察像を取得するための撮像部と、第１の観察像と、第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点とした観察対象を撮像した第２の観察像とに基づいて３次元画像を生成する３次元画像生成部とを備えており、３次元画像を生成するための第２の観察像を撮像する際に第２分割表示領域に観察対象を表示させると共に、第１分割表示領域に第１の観察像に関する位置合わせのための参照画像を表示させ、第２分割表示領域に表示される観察対象を倍率設定部で拡大・縮小するのに追従して、第１分割表示領域に表示される参照画像が倍率連動部によって第２分割表示領域の観察対象と同じ倍率に拡大・縮小可能である。この構成によって、第２の観察像を撮像するための位置合わせ作業を行う際に、第１分割表示領域に参照画像を表示でき、さらに第２分割表示領域に表示中の観察対象の拡大／縮小に追従して第１分割表示領域の参照画像も同倍率に拡大／縮小されるため、視野探しや位置合わせ等の作業が極めて容易になる。
【００１０】
さらに、本発明の他の３次元画像生成装置は、参照画像が、第１の観察像と同じ観察対象を低倍率で撮像した画像である。この構成によって、第２分割表示領域に表示される観察対象を低倍率に表示させても、連動して同一倍率にて第１表示領域で表示される参照画像を低倍率で表示でき、広い視野で視野探し、位置合わせを行え容易に観察できる。
【００１１】
また、本発明の他の３次元画像生成装置は、第１分割表示領域および第２分割表示領域に、位置の確認を補助するためのガイド線を重ねて表示可能に構成している。この構成によって、詳細な位置を調整する際にガイド線で第１分割表示領域および第２分割表示領域の対応する位置を容易に確認でき、調整作業をサポートできる。
【００１２】
さらに、本発明の他の３次元画像生成装置は、表示部がさらに第２表示領域を備え、第２表示領域に参照画像の全体を広域画像として表示すると共に、第１分割表示領域に表示中の領域を枠状にして参照画像上に重ねて表示可能としている。この構成によって、第１分割表示領域で表示中の部分が、広域画像のどの部位に相当するかを枠状の位置にて把握でき、視野探しの際に現在位置を見失うことを回避できる。
【００１３】
さらにまた、本発明の他の３次元画像生成装置は、複数の視差画像から３次元画像の構築を行う３次元画像生成装置であって、観察対象を裁置するためのステージと、ステージ上の観察対象に対して電子線を照射するための電子銃と、観察対象から放出される二次電子または反射電子を検出するための１以上の検出器と、検出器で検出された情報に基づいて電子線観察像を結像するための電子線撮像部と、電子線撮像部で撮像された観察像を表示するための表示部であって異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域と第２分割表示領域を有する表示部とを備え、所定の像観察条件に基づいて、電子銃に加速電圧を印加して電子線を観察対象に照射し、観察対象から放出される二次電子または反射電子を検出器で検出しながら観察対象表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡である。この３次元画像生成装置は、表示部に表示される観察対象に対して、表示倍率の拡大／縮小および少なくとも移動、傾きのいずれかを調整可能な視野設定部と、第２分割表示領域に表示される画像の倍率を視野設定部で変更すると、第１分割表示領域に表示される画像も同じ倍率に調整する倍率連動部と、第１の観察像と、第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点とした観察対象を撮像した第２の観察像とに基づいて３次元画像を生成する３次元画像生成部とを備えており、３次元画像を生成するための第２の観察像を撮像する際に第２分割表示領域に観察対象を表示させると共に、第１分割表示領域に位置合わせのため第１の観察像と同じ観察対象を低倍率で撮像した広域画像を参照画像として表示させ、第２分割表示領域に表示される観察対象を視野設定部で拡大・縮小するのに追従して、第１分割表示領域に表示される参照画像が倍率連動部によって第２分割表示領域の観察対象と同じ倍率に拡大・縮小可能である。この構成によって、第２の観察像を撮像するための位置合わせ作業を行う際に、第１分割表示領域に参照画像を表示でき、さらに第２分割表示領域に表示中の観察対象の拡大／縮小に追従して第１分割表示領域の参照画像も同倍率に拡大／縮小されるため、視野探しや位置合わせ等の作業が極めて容易になる。
【００１４】
さらにまた、本発明の他の３次元画像生成方法は、複数の視差画像から３次元画像の構築を行う３次元画像生成方法であって、第１の観察像を取得するステップと、観察対象を表示する表示部において異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域および第２分割表示領域に、それぞれ３次元画像を生成する基準となる第２の観察像を撮像するための観察対象を第２分割表示領域に表示させると共に、第１分割表示領域に第１の観察像に関する位置合わせのための参照画像を表示させるステップと、第２分割表示領域に表示される観察対象の倍率を倍率設定部で調整すると、第１分割表示領域に表示される参照画像の倍率も倍率連動部により第２分割表示領域と同じ倍率となるように追随させながら、観察対象を第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点として撮像し、第２の観察像を撮像するステップと、第１の観察像及び第２の観察像に基づいて３次元画像生成部で３次元画像を生成するステップとを有する。この構成によって、第２の観察像を撮像するための位置合わせ作業を行う際に、第１分割表示領域に参照画像を表示でき、さらに第２分割表示領域に表示中の観察対象の拡大／縮小に追従して第１分割表示領域の参照画像も同倍率に拡大／縮小されるため、視野探しや位置合わせ等の作業が極めて容易になる。
【００１５】
さらにまた、本発明の他の３次元画像生成プログラムは、複数の視差画像から３次元画像の構築を行う３次元画像生成プログラムであって、第１の観察像を取得する機能と、観察対象を表示する表示部において異なる画像を各々表示可能な第１分割表示領域および第２分割表示領域に、それぞれ３次元画像を生成する基準となる第２の観察像を撮像するための観察対象を第２分割表示領域に表示させると共に、第１分割表示領域に第１の観察像に関する位置合わせのための参照画像を表示させる機能と、第２分割表示領域に表示される観察対象の倍率を倍率設定部で調整すると、第１分割表示領域に表示される参照画像の倍率も第２分割表示領域と同じ倍率となるように追随させる倍率連動機能と、観察対象を第１の観察像に対して視差を生じるように観察対象又は撮像部、光路の少なくとのいずれかを所定の角度に相対的に傾斜させ、かつ第１の観察像と同じ視点とした第２の観察像を撮像する機能と、第１の観察像及び第２の観察像に基づいて３次元画像生成部で３次元画像を生成する機能とをコンピュータに実現させるものである。この構成によって、第２の観察像を撮像するための位置合わせ作業を行う際に、第１分割表示領域に参照画像を表示でき、さらに第２分割表示領域に表示中の観察対象の拡大／縮小に追従して第１分割表示領域の参照画像も同倍率に拡大／縮小されるため、視野探しや位置合わせ等の作業が極めて容易になる。
【００１６】
また本発明のコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、上記プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＨＤ  ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の３次元画像生成装置、３次元画像生成方法、３次元画像生成プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器によれば、１枚目の画像に対して視差を生じさせた２枚目の画像を撮像する際の位置合わせを容易に行うことができる。それは、表示部に複数の画像を表示可能な第１分割表示領域と第２分割表示領域を設けると共に、第２分割表示領域の倍率を調整するのに追随して、第１分割表示領域の倍率も自動的に同じ倍率となるように調整されるからである。これによって、視野探しや位置合わせを行う際、対象画像や基準画像の一方の倍率のみを操作することで、両者の倍率を連動させて常に同じ倍率で対比できるので、極めて操作し易い環境が実現され、面倒な位置合わせ作業を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための３次元画像生成装置、３次元画像生成方法、３次元画像生成プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器を例示するものであって、本発明は３次元画像生成装置、３次元画像生成方法、３次元画像生成プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１９】
本明細書において電子顕微鏡とこれに接続される操作、制御、入出力、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらに観察像のデータ保存や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。
【００２０】
以下の実施例ではＳＥＭについて説明する。但し、本発明はＴＥＭやその他の電子顕微鏡関連装置、荷電粒子線装置においても利用できる。本発明を具現化した一実施例に係るＳＥＭについて、図１に基づいて説明する。ＳＥＭは一般に加速電子の電子線を発生させ試料に到達させるまでの光学系と、試料を配置する試料室（チャンバ）と、試料室内を真空にするための排気系と、像観察のための操作系で構成される。図１の電子顕微鏡１００は、このような部材により荷電粒子線による電子線観察像の観察を行うための電子線撮像部４２の構成を示している。また、図１のコンピュータ１にインストールされた電子顕微鏡の操作プログラムで、電子顕微鏡の像観察条件の設定や各種操作を行い、観察像の表示を行う表示部２８に表示する。
【００２１】
光学系は、加速電子の電子線を発生させる電子銃７、加速電子の束を絞り込んで細束化するレンズ系、試料から発生する二次電子や反射電子を検出する検出器を備える。図１に示す走査型電子顕微鏡１００は、光学系として電子線を照射する電子銃７と、電子銃７から照射される電子線がレンズ系の中心を通過するように補正するガンアライメントコイル９と、電子線のスポットの大きさを細く絞る収束レンズ１２であるコンデンサレンズと、収束レンズ１２で収束された電子線を試料２０上で走査させる電子線偏向走査コイル１８と、走査に伴い試料２０から放出される二次電子を検出する二次電子検出器２１と、反射電子を検出する反射電子検出器２２を備える。
【００２２】
試料室３１には、試料台３３、試料導入装置、Ｘ線検出用分光器等が備えられる。試料台３３（ステージ）はＸ、Ｙ、Ｚ移動、回転、傾斜機能を備える。排気系は、加速電子の電子線が気体成分通過中に極力エネルギーを失うことなく試料に到達するために必要で、ロータリーポンプ、油拡散ポンプが主として用いられる。
【００２３】
操作系は二次電子像、反射電子像、Ｘ線像等を表示、観察しながら照射電流の調整、焦点合わせ等を行う。二次電子像等の出力は、アナログ信号であれば写真機によるフィルム撮影が一般的であったが、近年は画像をデジタル信号に変換した出力が可能となり、データの保存や画像処理、印刷等の多種多様な処理が可能である。図１のＳＥＭは、二次電子像や反射電子像等の観察像を表示する表示部２８と印刷のためのプリンタ２９を備える。また操作系は、像観察条件として少なくとも加速電圧またはスポットサイズ（入射電子線束の直径）を設定するために必要な設定項目の設定手順を誘導（ガイダンス）する誘導手段を備える。
【００２４】
図１に示すＳＥＭは、コンピュータ１と接続され、コンピュータ１を電子顕微鏡１００の操作を行うコンソールとして使用し、また必要に応じて像観察条件や画像データを保存したり、画像処理や演算を行う。図１に示すＣＰＵやＬＳＩ等で構成される中央演算処理部２は、走査型電子顕微鏡１００を構成する各ブロックを制御する。電子銃高圧電源３を制御することにより、フィラメント４、ウェーネルト５、アノード６からなる電子銃７より電子線を発生させる。電子銃７から発生された電子線８は、必ずしもレンズ系の中心を通過するとは限らず、ガンアライメントコイル９をガンアライメントコイル制御部１０によって制御することで、レンズ系の中心を通過するように補正を行う。次に、電子線８は収束レンズ制御部１１によって制御される収束レンズ１２であるコンデンサコイルによって細く絞られる。収束された電子線８は、電子線８を偏向する非点収差補正コイル１７、電子線偏向走査コイル１８、対物レンズ１９、および電子線８のビーム開き角を決定する対物レンズ絞り１３を通過し、試料２０に至る。非点収差補正コイル１７は非点収差補正コイル制御部１４によって制御され、走査速度等を制御する。同様に電子線偏向走査コイル１８は電子線偏向走査コイル制御部１５によって、対物レンズ１９は対物レンズ制御部１６によって、それぞれ制御され、これらの作用によって試料上を走査する。試料２０上を電子線８が走査することにより、試料２０から二次電子、反射電子等の情報信号が発生され、この情報信号は二次電子検出器２１、反射電子検出器２２によりそれぞれ検出される。検出された二次電子の情報信号は二次電子検出増幅部２３を経て、また反射電子の情報信号は反射電子検出器２２で検出されて反射電子検出増幅部２４を経て、それぞれＡ／Ｄ変換器２５、２６によりＡ／Ｄ変換され、画像データ生成部２７に送られ、画像データとして構成される。この画像データはコンピュータ１に送られ、コンピュータ１に接続されたモニタ等の表示部２８にて表示され、必要に応じてプリンタ２９にて印刷される。排気系ポンプ３０は、試料室３１内部を真空状態にする。排気系ポンプ３０に接続された排気制御部３２が真空度を調整し、試料２０や観察目的に応じて高真空から低真空まで制御する。
【００２５】
電子銃７はあるエネルギーをもった加速電子を発生させるソースとなる部分で、Ｗ（タングステン）フィラメントやＬａＢ６フィラメントを加熱して電子を放出させる熱電子銃の他、尖状に構成したＷの先端に強電界を印加して電子を放出させる電界放射電子銃がある。レンズ系には、収束レンズ、対物レンズ、対物レンズ絞り、電子線偏向走査コイル、非点収差補正コイル等が装着されている。収束レンズは電子銃で発生した電子線をさらに収斂して細くする。対物レンズは最終的に電子プローブを試料に焦点合わせするためのレンズである。対物レンズ絞りは収差を小さくするために用いられる。検出器には、二次電子を検出する二次電子検出器と反射電子を検出する反射電子検出器がある。二次電子はエネルギーが低いのでコレクタにより捕獲され、シンチレータにより光電子に変換されて、光電子倍増管で信号増幅される。一方、反射電子の検出にはシンチレータあるいは半導体型が用いられる。
（試料台３３）
【００２６】
観察位置の位置決めは、試料２０を載置した試料台３３を物理的に移動させて行う。この場合は観察位置決め手段が試料台３３で構成される。試料台３３は試料２０の観察位置を調整可能なように様々な方向への移動、調整が可能である。移動、調整の方向は、試料台３３の観察位置を移動、調整させるため、試料台３３の平面方向であるＸ軸およびＹ軸方向、Ｒ軸（回転）方向への移動および微調整が可能である他、試料の傾斜角度を調整するために試料台３３のＴ軸方向の調整、ならびに対物レンズと試料との距離（ワーキングディスタンス）を調整するために試料台３３のＺ軸方向の調整が可能である。
【００２７】
観察像の位置決めや観察視野の移動には、試料台を物理的に移動させる方法に限られず、例えば電子銃から照射される電子線の走査位置をシフトさせる方法（イメージシフト）も利用できる。あるいは両者を併用する方法も利用できる。あるいはまた、広い範囲で一旦画像データを取り込み、データをソフトウェア的に処理する方法も利用できる。この方法では、一旦データが取り込まれてデータ内で処理されるため、ソフトウェア的に観察位置を移動させることが可能で、試料台の移動や電子線の走査といったハードウェア的な移動を伴わないメリットがある。予め大きな画像データを取り込む方法としては、例えば様々な位置の画像データを複数取得し、これらの画像データをつなぎ合わせることで広い面積の画像データを取得する方法がある。あるいは、低倍率で画像データを取得することによって、取得面積を広く取ることができる。
（ｅプレビュー）
【００２８】
この電子顕微鏡は、簡易観察像取得機能（プレビュー機能）としてｅプレビューを備える。ｅプレビューとは、最適な観測条件を得るために電子顕微鏡もしくはコンピュータ側で推奨の観測条件を簡易的に複数作成し、各々の観測条件で観察像を取得し、複数の簡易観察像として一覧表示するものである。まずＳＥＭの像観察条件の設定項目の内、１つまたは複数を変化させた設定を、簡易的な像観察条件として複数組準備しておく。例えば加速電圧や検出器の種類を変更した複数の簡易像観察条件を自動的に生成する。そして準備した複数組の簡易像観察条件を順にＳＥＭに設定し、それぞれの条件で試料を連続的に観察する。観察した複数の簡易観察像は一時的に保存し、表示部２８のウィンドウ等に一覧表示する。一覧表示の際には、簡易観察像を縮小して同時に表示させることができる。例えばユーザは、表示された複数の簡易観察像を比較し、チャージアップの発生を確認する。簡易観察像の画面でチャージアップによる像障害が発生しているものがあれば、その手前の観察像で用いた加速電圧が、チャージアップが発生しない最大の加速電圧になる。必要に応じて、ｅプレビューは複数回実行する。例えばチャージアップが確認されない場合は、加速電圧を上げて再度ｅプレビューを行う。あるいは、チャージアップが生じない最大加速電圧を詳細に調べるために、ｅプレビューで使用する加速電圧の変化量を小さくして絞り込みを行うこともできる。このようにして測定したチャージアップしない最大加速電圧を、除電終了電圧として設定する。設定は、第２表示領域４８から該当する簡易観察像をユーザが選択することで、自動的にその加速電圧をチャージアップしない最大加速電圧として電子顕微鏡またはコンピュータが保持し、設定する。またチャージアップしない最大加速電圧をユーザが手動で記録もしくは入力してもよい。
【００２９】
また、この電子顕微鏡において、以前に結像された観察像を像観察条件と共に記憶される画像ファイル、および前回に結像された観察像に対応する像観察条件は、例えばコンピュータ１のメモリやハードディスク等の記憶装置に記憶される。さらにこの電子顕微鏡では、排気系によって試料室内の真空度を変更して像観察を行うことが可能である。一般に試料室が高真空であれば分解能の高い鮮明な画像を得ることができるが、反面チャージアップが生じ易くなり、また水分を含む試料の観察に不適といった欠点がある。一方で低真空であればチャージアップが生じ難くなり、絶縁体や水分を含む試料の観察に適している反面、鮮明な観察像を得ることが困難になるという欠点がある。したがって、観察対象の試料や観察目的に応じて試料室内の圧力（真空度）を調整することで更に適切な観察像を得ることが可能となる。しかしながら、真空度を調整することによって、像観察条件のパラメータが更に増えることとなり、ＳＥＭの操作に慣れていない初心者にとっては条件設定がより困難となる。特に低真空観察では像観察条件の調整が困難となり、結像すら容易でない。そこでこの電子顕微鏡では、低真空観察用の観察モードに特化したガイダンス機能を設けることにより、このガイダンスに従って初心者でも容易に低真空観察が可能なユーザ環境を提供している。さらに、通常の高真空観察に適した高真空観察用のガイダンス機能も設け、ユーザにいずれの圧力（真空度）で観察を行いたいかを選択させることによって、それぞれに適したガイダンス機能が実行される。また、高真空観察、低真空観察の二段階のみならず、中真空観察、超高真空観察等も加えて三段階、四段階以上といった複数のガイダンス機能を設けることもできる。なお本明細書においては高真空、低真空の値を特に限定するものでないが、一般に高真空とは圧力が０．１Ｐａ〜１０−５Ｐａ（１０−３〜１０−７Ｔｏｒｒ）あるいは更に真空度の高い１０−５Ｐａ〜１０−８Ｐａ（１０−７〜１０−１０Ｔｏｒｒ）、また低真空とは１００ｋＰａ〜１００Ｐａ（７６０〜１Ｔｏｒｒ）あるいは１００Ｐａ〜０．１Ｐａ（１〜１０−３Ｔｏｒｒ）を指す。低真空観察は、例えばＥＳＥＭ（環境制御型ＳＥＭ）を用いて試料室の圧力を調整することにより実行される。
（３次元画像の生成）
【００３０】
次に、以上のようにして撮像された観察像に基づいて、３次元画像を再構築する手順について図２〜図７に基づいて説明する。図２は、電子顕微鏡の３次元画像生成機能を示すブロック図であり、図３は、３次元画像を生成する手順を示すフローチャートであり、図４〜図７は、３次元画像生成プログラムのユーザインターフェース画面をそれぞれ示している。図２に示すように、電子線撮像部４２で撮像された電子線観察像、あるいは撮像済みの画像データが保存された画像データ記憶部６８に記録された観察像が、３次元画像生成部７０に取り込まれる。３次元画像生成部７０は、電子顕微鏡１００に接続されたコンピュータ１や電子顕微鏡１００の画像データ生成部２７等で実現される。３次元画像生成部７０は、２以上の視差画像に基づいて３次元画像を演算し、構築された３次元画像を表示部２８に表示する。したがって、２枚の視差画像、特に基準となる一の観察像に対して、視差を生じさせるように傾斜させた画像を取得することが重要となる。しかしながら、ユーザが手動で正確な視差画像を取得するには、観察対象の試料を傾斜させたり位置合わせを行うといった面倒な作業が必要となり、操作に詳しくないユーザには敷居が高かった。そこで３次元画像生成部７０は、誘導部７２とモード切替部７４を備えており、視差画像の撮像を容易にするために設定項目のガイダンスを行う誘導機能を備え、誘導部７２によって操作手順を誘導する誘導モードと、手動設定を行う手動モードとをモード切替部７４で切り替え可能としている。
（３次元画像生成プログラム）
【００３１】
本実施の形態では、３次元画像の生成は、ユーザが３次元画像生成プログラムを操作することで行われる。３次元画像生成プログラムは、図１においてはコンピュータ１にインストールされ実行可能な状態としている。３次元画像生成プログラムをインストールされたコンピュータ１が電子顕微鏡１００等の機器とデータの送受信や通信を行い、必要な情報を取得し、設定を行う。通信は、例えばＲＳ−２３２ＣケーブルやＵＳＢケーブルを介してシリアル通信で行われる。ただ、この形態に限られず電子顕微鏡自体に３次元画像生成プログラムを組み込む態様等も適宜採用できる。また、この３次元画像生成プログラムは、電子顕微鏡の操作プログラムを兼ねており、一のプログラムで電子顕微鏡で像観察を行うための操作と、得られた電子線観察像に基づいて３次元画像を再構築する操作を行え、これによって統合された環境でユーザが操作し易いプログラムとできる。ただ、各機能を別個のプログラムで実現することも可能であり、この場合は各プログラムの呼び出しを専用のメニュー画面等から行ったり、各機能を示すボタンにプログラムの呼び出しをリンクさせる等により、プログラムのスムーズな切換を行い、ユーザが操作し易い環境とできる。また、本発明を電子顕微鏡でなくデジタルマイクロスコープ等の拡大観察装置に適用する場合は、拡大観察装置の操作プログラムに３次元画像生成プログラムを付加、統合、連動等させることができる。さらに、３次元画像生成プログラムは、３次元画像を生成するのみならず、生成された３次元画像に対して表示、操作、計測等の処理を行う機能を付加することもできる。
【００３２】
また図４〜図７等に示す３次元画像生成プログラムのユーザインターフェース画面の例において、各入力欄や各ボタン等の配置、形状、表示の仕方、サイズ、配色、模様等は適宜変更できることはいうまでもない。デザインの変更によってより見やすく、評価や判断が容易な表示としたり操作しやすいレイアウトとすることもできる。例えば詳細設定画面を別ウィンドウで表示させる、複数画面を同一表示画面内で表示する等、適宜変更できる。またこれらのプログラムのユーザインターフェース画面において、仮想的に設けられたボタン類や入力欄に対するＯＮ／ＯＦＦ操作、数値や命令入力等の指定は、３次元画像生成プログラムを組み込んだコンピュータに接続された入力部で行う。本明細書において「押下する」とは、ボタン類に物理的に触れて操作する他、入力部によりクリックあるいは選択して擬似的に押下することを含む。入出力デバイスはコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータ等に固定されている。一般的な入力部としては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの入出力デバイスは、プログラムの操作のみに限られず、３次元画像生成装置等のハードウェアの操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示する表示部２８のディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、または音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。
【００３３】
３次元画像生成プログラムを起動すると、図８に示すようなメニュー画面が表示部２８に表示される。メニュー画面にはアイコン状のボタンが配置されており、各々のボタンを押下すると、該当する画面に切り替わる。本実施の形態では、後述する３次元画像生成のための操作を支援するガイダンス機能の他、電子線観察像の取得のための条件設定等を誘導するガイダンス機能も備えている。そのような電子線観察を支援するための複数のガイダンス機能として第一のオート観察モード、第二のオート観察モードを用意し、メニュー画面からいずれかを選択できる。ここでは第一のオート観察モードを高真空観察用のガイダンス機能とし、第二のオート観察モードを低真空観察用のガイダンス機能としている。さらに初心者ユーザに理解し易いよう、「低真空観察」を、電気を通さない試料や水分を含んだ試料の観察に適した「オート観察２」と呼び、通常の高真空観察を「オート観察１」と呼ぶことで、ユーザは真空度や圧力といった概念を意識することなく、単に観察したい試料に応じて適切なガイダンス機能を選択することができ、専門知識のないユーザでも容易に使用できる。また図８のメニュー画面には、手軽に使用したいユーザ向けの簡単操作による観察モード（第一のオート観察モード）に対応する操作画面に移行する「オート観察１」アイコン（第一のオート観察モード設定手段）１０１、電気を通さない試料や水分を含んだ試料の観察に適している観察モード（第二のオート観察モード）に対応する操作画面に移行する「オート観察２」アイコン（第二のオート観察モード設定手段）１０２、および全てのパラメータを操作できる観察モード（マニュアル観察モード）に対応する操作画面に移行する「マニュアル観察」アイコン（マニュアル観察モード設定手段）１０３からなる観察モード設定手段が表示される。また、メニュー画面には、観察モード設定アイコンの他に、取り込んだ画像の整理を行うアルバムモード（画像ファイル編集モード）の操作画面に移行する「アルバム」アイコン（画像ファイル編集モード設定手段）１０４、距離や面積を計測する計測モード操作画面に移行する「計測」アイコン（計測モード設定手段）１０５、消耗品の交換時に使われるメンテナンスモードの操作画面に移行する「メンテナンス」アイコン（メンテナンスモード設定手段）１０６、各種初期設定を行う初期設定モードの操作画面に移行する「初期設定」アイコン（初期設定モード設定手段）１０７、メニュー画面を終了する「終了」アイコン１０８、および３次元画像の生成、観察を行う３次元画像モードに移行するための「３Ｄ」アイコン（３次元画像モード設定手段）１０９が表示される。「オート観察１」アイコン１０１あるいは「オート観察２」アイコンを押下することにより、表示部２８に表示される表示画面は、専用の画質設定画面に切り替えられる。「マニュアル観察」アイコン１０３を押下することにより、表示部２８に表示される表示画面は、マニュアル観察モードの操作画面に切り替えられる。また「３Ｄ」アイコン１０９を押下すると、図４に示す３次元画像生成プログラムに切り換えられる。このように「３Ｄ」アイコン１０９はモード切替部７４として機能する。
（マニュアル観察モード）
【００３４】
マニュアル観察モードは、ユーザが像観察条件を設定可能なモードである。図９に、マニュアル観察モードにおける操作画面の一例を示す。この図に示す操作画面は、結像された観察像を表示する第１表示領域４７と、位置表示、広域図、ｅプレビュー、および比較画像を表示する第２表示領域４８と、観察像の画像補正を設定する画像補正設定手段６０１と、検出器、加速電圧、真空度、およびスポットサイズ等の像観察条件を個別に設定する個別条件設定手段６０３と、以前に記憶された画像ファイルに対応する像観察条件から一の観察条件を設定するファイル対応条件設定手段６０４と、プレビュー機能を設定するプレビュー設定手段６０５と、視野設定部として、観察像等の倍率を設定する倍率設定部６１１と、観察視野の移動を設定する観察視野移動設定部６１２と、コントラストおよび明るさを設定するコントラスト・明るさ設定手段６１３と、非点収差の調整を設定する非点収差調整設定手段６１４と、光軸の調整を設定する光軸調整設定手段６１５とを備える。マニュアル観察モードでは、画像補正設定手段６０１において、シャープネスを設定するシャープネス設定手段６０１ａと、ハイライトを設定するハイライト設定手段６０１ｂと、ガンマ補正を設定するガンマ補正設定手段６０１ｃと、観察像の輝度分布を示す輝度分布図（ヒストグラム）６０１ｄと、オーバーレンジ抽出設定手段６０１ｅとが表示される。オーバーレンジ抽出設定手段は、オーバーレンジした領域を抽出して表示するよう設定するものである。具体的には、観察像が表示された状態で、オーバーレンジ抽出設定手段６０１ｅの一態様である「オーバーレンジチェック」欄をチェックすると、観察像のアンダー領域あるいはオーバー領域なったオーバーレンジ領域を他の中間色領域と異なる態様で表示される。また、上記と同様個別条件設定手段６０３によって像観察条件を個別に設定することもできる。個別条件設定手段６０３で設定可能な項目としては、「検出器」ボックス６０３ａ、「加速電圧」ボックス６０３ｂ、「真空度」ボックス６０３ｃ、「スポットサイズ」ボックス６０３ｄ等が用意されているが、非点収差調整設定手段、光軸調整設定手段等を含めてもよい。また、「ファイルから読み出す」ボタン（ファイル対応条件設定手段）４０４によって、以前に記憶された画像ファイルに対応する像観察条件から一の観察条件を設定することができる。さらに、プレビュー設定手段の一態様である「ｅプレビュー設定」ボタン６０５によって、上述したプレビュー機能が実行される。
（３次元画像を生成する手順）
【００３５】
次に、３次元画像を生成する手順を、図３のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ１で、基準となる第１の観察像を取得する。図４は、ＳＥＭを操作して第１の観察像を撮像する様子を示す。図４〜図７の画面は図２の表示部２８に表示されており、ここでは画面下段のタブの内「３Ｄ」タブ６２１が選択され、３次元画像の生成機能が選択されている。この３次元画像生成プログラムでは、下段のタブが各機能を切り換えるモード切替部７４を構成しており、このタブを切り換えることで、機能を選択することができる。また上述した図８のメニュー画面からモードを切り換えることもできる。図４の画面では、表示部２８に表示されるインターフェースの内、画面の右側が現在処置中の画像を示す第１表示領域４７である。また画面左側の上部には、第２表示領域４８が設けられ、第２表示領域４８の下部に設けられたタブを切り換えることによって広域図や位置表示、ｅプレビュー、比較画像等を切り替えて表示する。
（第２表示領域４８）
【００３６】
またこの例では、第２表示領域４８に広域図を表示させて、第１表示領域４７で表示中の領域がどの部位に相当するかを枠状６８１で表示している。枠状６８１は、図の例では赤色の矩形状としている。また広域図とは、予め観察対象物を低倍率で撮像した広域画像であり、位置合わせのための参照画像等に利用できる。特に第１の観察像の撮像時に、予め同じ観察対象を低倍率で撮像しておき、これを参照画像として記録しておくことにより、広い視野の情報を有すことができる。
（説明表示欄６３０）
【００３７】
さらに第２表示領域４８の下方には、誘導部７２の誘導動作により設定すべき項目の選択もしくは入力を説明する説明表示欄６３０が設けられる。説明表示欄６３０は、設定すべき項目について説明文を表示する欄である。文章の説明においては、説明を要する用語にマウスカーソルを重ねるとさらに用語の説明文をバルーンやチップ等で表示したり、ＨＴＭＬヘルプのようにハイパーリンクを設定し、リンクをクリックすると説明文のファイルや画像が表示されるように構成することもできる。さらに必要に応じて、音声案内やアニメーションによる動画等を適宜組み合わせて説明することもできる。説明表示欄６３０は更に、手順の流れを示すフロー図６４０を左側に表示し、かつ現在表示中の手順がフロー図６４０のどの項目に該当するかをハイライト表示により示している。図４の例においては、「１枚目の撮影」欄６４１が明るく表示される。また、これに対応させて、この段階で行うべきこと、および確認すべき点や設定項目等を説明表示欄６３０に文字情報として表示している。ユーザはこの情報にしたがって、確認すべき項目、設定すべき項目を画面上から理解し、必要な設定を各種の操作を行うための観察条件設定部６５０から行う。観察条件設定部６５０は、図４の例では第１表示領域４７の下方に設けられており、図９とほぼ同様の倍率の変更や中心移動、コントラスト、明るさ、フォーカス、非点、撮影、除電、印刷といった各種操作ボタンやメニューが配置される。
（「１枚目の撮影」ステップ）
【００３８】
まず「１枚目の撮影」ステップでは、第１の観察像の撮影条件の決定および画像の調整を行う。ここでは、説明表示欄６３０で３次元画像の作成には２枚の画像が必要なことを説明した後、「撮影準備」として、対象となる画像が第１表示領域４７に表示されているかどうかをユーザに確認させる。所望の観察像が第１表示領域４７に表示されていない場合は、下方のタブを「３Ｄ」タブ６２１から「オート観察１」、「オート観察２」、「マニュアル観察」等のタブに切り換えて、３次元画像として表示したい観察対象の観察条件や観察位置等を指定し、第１表示領域４７に表示させる。また必要に応じて画像の微調整を行う。例えばフォーカスの調整を行う際には「倍率誤差補正」ボタン６５２を押下する。このようにして所望の観察像を第１表示領域４７に表示させた後、説明表示欄６３０の説明通り、「撮影」ボタン６５４を押下して第１の観察像を撮影する。撮影された第１の観察像は、必要に応じて画像データ記憶部６８であるコンピュータのハードディスク、記録媒体等に保存される。このようにして第１の観察像を取得すると、説明表示欄６３０の下方に設けられた「次へ」ボタン６５６が押下可能となり、これを押下することで、図５の画面に切り替わり、図３のフローチャートのステップＳ２に進む。
【００３９】
なお、第１の観察像は、上述のようにＳＥＭ等の電子線撮像部で新たに撮像する他、既に撮像されデータとして保存された画像データの中から選択することもできる。例えば図４の画面左で切替タブの上部には「最近保存した画像」の一覧表示欄６６０が設けられており、過去に保存した画像を呼び出すことができる。また図２に示す例では、画像データ記憶部６８に記録された画像データ中から、ファイラ等を用いて所望の画像を第１の観察像として選択する。
（「２枚目の撮影」ステップ）
【００４０】
次に、第１の観察像に基づいて第２の観察像を取得するために、図３のフローチャートのステップＳ２で観察対象となる試料の傾斜、位置合わせを行う。試料の傾斜は、第１の観察像に対して視差を生じさせる程度とする。その傾斜角度は、倍率によって最適値は異なるが、例えば３〜７°、好ましくは５°程度とする。図４および図５の例では、図４の「次へ」ボタン６５６を押下すると、第１表示領域４７に表示中の試料が自動的に適切な回転軸及び傾斜角度にて傾斜され、図５の第１表示領域４７に示すように傾斜前の第１の観察像と、傾斜後の第２の観察像とが並べて表示される。このように、プログラム側で自動的に傾斜を実行させることにより、ユーザは回転の角度や回転軸等を意識することなく３次元画像の生成を行える。例えばマウス等による回転操作では、回転軸や回転角度の微調整が困難であり、またキーボードからの指定では、数値での入力となるため実際の回転軸の位置等をイメージし辛い。そこで、このような面倒な操作を自動で行わせることにより、ユーザの負担を軽減できる。なお、操作に慣れたユーザ向けには、このような自動設定でなくマニュアル設定に切り換えるよう構成してもよい。すなわち、マニュアル操作によって傾斜角度を任意に設定することができる。
【００４１】
試料を傾斜して表示させる方法としては、観察対象を傾斜させる方法、撮像部を傾斜される方法、光路を傾斜方法がある。この例では、試料を裁置する試料台を傾斜させている。ただ、電子線撮像部側を傾けたり、電子顕微鏡の入射電子の入射角を傾ける等光路を傾斜させる方法によっても同様の効果を実現することができる。これらの場合は試料台を固定させたままで傾斜画像を取得できる。
【００４２】
また図５に示すように、回転前と回転後の観察像を並べて表示することにより、特に手動設定の場合はユーザが傾斜の状態を回転の前後で対比しながら確認できるので、調整が容易となる。図５の例では、第１表示領域４７を左右に分割して、左の第１分割表示領域４７Ａに第１の観察像を、右の第２分割表示領域４７Ｂに、第２の観察像を撮像するために操作中の対象画像が表示される。なお、これらの表示を入れ替えることも可能であることはいうまでもない。またこの例では第１表示領域４７を２分割しているが、３以上の画面に分割することも可能であり、さらに左右に限られず上下に分割する等、そのレイアウトや画面サイズも適宜変更できる。さらに、第２表示領域４８を利用して画像の対比に利用したり、第２表示領域４８を複数の画面に分割することも可能である。加えて、分割表示領域を別ウィンドウで表示させ、部分的に重ねて表示させたり切り替えて表示させることもできる。本明細書において「第１分割表示領域と第２分割表示領域を有する表示部」とは、二つの表示領域を備えることを意味するものであり、一画面を分割する態様のみならず、個別のウィンドウで表示したり画面を切り替えて表示する等の態様も包含する意味で使用する。
【００４３】
このような自動設定の後、図３のステップＳ２ではさらに、傾斜された表示中の試料が、第１の観察像と同じ視点で表示されるように位置合わせと画像の微調整を行う。図５の説明表示欄６３０では、「位置を合わせる」、「２枚目を撮像する」との手順が説明される。ユーザはこれに従い、「倍率」ボタン６１１ａで傾斜された観察像を拡大しながら、「中心移動」ボタン６１２ａ等を使用して、第１の観察像とほぼ同じ位置となるように移動させる。「中心移動」ボタン６１２ａを押下すると、マウス等で表示領域状をクリックしたポイントが画面の中心となるように移動される。また移動には、マウスやキーボード等のポインティングデバイスを利用することもできる。さらに位置合わせの方法は、中心移動以外に、手動でステージを移動させたり、電動ステージで上下左右移動に移動させる方法、あるいは参照画像の特徴点とそれに対応する現在の画像の特徴点をそれぞれ指定し、両者のずれ量を画素位置と観察倍率、ステージの傾きから算出し、電動ステージで移動させる方法、さらにはパターンマッチング等の画像マッチング機能を用いて画像間の画素ずれ量を算出し、その値と観察倍率、ステージの傾きから移動量を算出し、電動ステージで移動させる方法等が利用できる。
【００４４】
なお、上記の手順は順番を入れ替えることも可能である。すなわち、一枚目の画像を取得し、視差を生じさせ、二枚目の画像を取得するフロー図の手順に限られず、例えば視差を生じさせるために傾斜させ、事前に撮影してあった一枚目の画像を読み出し、二枚目の画像取得する手順、あるいは視差を生じさせるために傾斜させ、一枚目の画像を取得し、事前に撮影してあった画像を二枚目の画像として読み出す、といった手順も可能である。
（倍率連動機能）
【００４５】
さらに、第１分割表示領域４７Ａと第２分割表示領域４７Ｂの表示倍率を同一に保つ倍率連動機能を備えている。すなわち、第１分割表示領域４７Ａまたは第２分割表示領域４７Ｂのいずれか一方を拡大／縮小すると、他方もこれに追随して同様に拡大／縮小される。これによって、一方の拡大／縮小操作に合わせて他方の拡大／縮小操作を行う手間を省くことができ、常に第１分割表示領域４７Ａと第２分割表示領域４７Ｂの表示倍率を等しくして、両画像の対比を容易に行える。特に、基準となる第１の観察像に関する参照画像を第１分割表示領域４７Ａに表示し、これに合わせるように第２分割表示領域４７Ｂに表示される観察対象の位置や姿勢を倍率設定部６１１や観察視野移動設定部６１２等の視野設定部で調整する際、詳細な位置合わせのために拡大表示させる場合に、一々対応する画像の倍率を調整しなくて済むため、操作手数を少なくして使い易い環境が実現される。特にＳＥＭ等の荷電粒子線装置の観察倍率は、ダイナミックレンジが非常に広く、数万倍、数十万倍の高倍率まで観察可能であるため、同じ視野を探す対象が非常に広範になる可能性がある。このような場合に、倍率連動した参照画像を利用することで、作業能率を大きく向上させることができる。また倍率のみならず、視野の移動にも自動的に追随させるよう構成してもよく、これによってさらに操作を省力化して比較を容易に行える。また２画面に分割された比較表示と全体表示を切り替えることも可能であり、さらに特定の倍率の画像を保存、登録しておき、第２表示領域４８に表示させることもできる。
【００４６】
このような倍率連動機能の一例を図１０〜図１２の例に基づいて説明する。この例では、第１の観察像の撮像時に、同じ視点にて低倍率で撮像した広域画像を参照画像として第１分割表示領域４７Ａに表示し、第２分割表示領域４７Ｂには現在観察中の観察対象が表示されている。低倍率とは、例えば第１の観察像の１／１０〜１／１０００の縮小率とする。広域画像の撮影は、ユーザが手動で行う他、電子顕微鏡が撮像時に自動で行うように構成することもできる。図１０の状態から、倍率設定部６１１を操作すると自動的に倍率連動機能が働き、拡大することで図１１、さらに拡大すると図１２のように変化する。この際、上述のように第２表示領域４８に表示される広域図では、第２分割表示領域４７Ｂで表示中の領域が矩形状の枠状６８１に表示されるので、現在どの部位に視点が移動されているのかを容易に把握でき、ポイントを見失うことを回避できる。なおこの例では倍率設定部６１１が倍率連動部を兼用しているが、倍率連動部を別途設けて、倍率連動機能のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるように構成することも可能である。また上記の例では、各分割表示領域を縦長にしているが、その際左右方向を圧縮して広く表示させてもよい。
（ガイド線６８２）
【００４７】
さらに、各分割表示領域にはガイド線６８２を表示させることもできる。図１０〜図１２の例では、第１分割表示領域および第２分割表示領域４７Ｂにそれぞれ十字状のガイド線６８２を重ねて表示させており、それぞれの対応する位置の確認をサポートしている。ガイド線６８２は十字状の例に限られず、碁盤目状のグリッドやターゲット状の同心円、斜め方眼状等が適宜利用できる。
【００４８】
以上のようにして第２の観察像の像観察条件が設定されると、図３のステップＳ３に進み「撮影」ボタン６５４を押下して第２の観察像を撮像する。撮像された第２の観察像は、画像データファイルとして画像データ記憶部６８であるコンピュータのハードディスク、記録媒体等に保存される。
【００４９】
そして図３のステップＳ４で、図６の画面に切り換えられ、これら第２の観察像および第１の観察像に基づいて、３次元画像生成部７０で３次元画像を合成する。図６の例では、生成される３次元画像の精細さ、処理速度に応じて生成条件を調整した３次元画像生成モード選択部６７０として、「ファーストモード」と「ファインモード」の２つのモードを用意している。「ファーストモード」では３次元画像の構築時間が短いものの得られる３次元画像が若干荒くなり、「ファインモード」では構築に時間がかかるものの滑らかな３次元画像を得ることができる。ユーザは観察目的等に応じてこのような速度重視または画質重視のモードを選択し、「次へ」ボタン６７２を押下すると、選択されたモードにて３次元画像が生成される。２枚の視差画像から３次元画像を生成する手法は、既知の、あるいは将来開発される手法が適宜利用できる。
（３次元画像表示領域７２０）
【００５０】
このようにして３次元画像が生成されると、表示部２８に３次元画像が表示される。ここでは、図７に示すように別ウィンドウとして生成された３次元画像を表示するための３次元画像表示領域７２０が３次元画像生成プログラムのインターフェース画面上に重ねて表示される。この３次元画像表示領域７２０は、３次元画像の表示、操作、計測、照明シミュレーション等を実行する３次元画像表示プログラムのインターフェース画面７００に組み込まれている。ユーザはこのインターフェース画面７００から、構築された３次元画像に対して移動や回転、計測を行ったり、照明条件に基づいて仮想的に配置した光源で生じる照明光の反射状態を擬似的に表現した照明シミュレーションを再現できる。
【００５１】
図７に示す３次元画像表示プログラムのユーザインターフェース画面７００の例では、画面の左側に３次元画像表示領域７２０を、右側に照明シミュレーション設定部７３０を配置している。照明シミュレーション設定部７３０は、上から操作対象を指定するための「ドラッグ対象」欄７３１、３次元画像の表面における反射状態を設定するための「見え方」欄７３６、３次元画像の凹凸のみを表示するための「凹凸のみ表示」欄７６０、「見え方」欄７３６で「カスタム」を選択すると表示される、照明条件を構成する３次元画像表面の反射係数や拡散係数等の照明パラメータを連続的に変化させて反射の状態を調整するための「表面」スライダ７３６Ｂ、照明の光量を調整するための「ライト明るさ」欄７３４、３次元画像や背景の色を指定、変更するための「色指定」欄７３８、３次元画像の高さを強調するための「高さ調整」欄７４０、３次元画像の高さ毎に等高線状に色分けした画像と実画像とを重ねて表示する比率を変更するための「高さ／ＳＥＭ像」欄７５０、高さの目安となるＸＹＺ軸に関する寸法を示したスケールの表示、非表示を選択するための「スケール」欄７７０、及び印刷、保存、リセット、比較、終了等の各種操作を行うためのボタン類７８０が設けられている。図７の画面では「ドラッグ対象」欄７３１のラジオボタンを「物」に選択しており、３次元画像表示領域７２０で表示される３次元画像をマウス等の操作部で選択して移動、回転等操作できる。３次元画像表示領域７２０の下段にはマウスの操作方法が示されており、マウスの左ボタンでドラッグすると３次元画像を回転でき、右ボタンでドラッグすると拡大縮小でき、ホイールボタンでドラッグするとＸ−Ｙ平面に移動できる。また、ツールボタンやスライダ等を設けて操作するように構成してもよい。また「見え方」欄７３６のドロップダウンリストでは「カスタム」の他、既定の照明条件セットとして「石膏風」、「プラスチック風」、「金属風」、「蛙の肌」、「照明なし」、「ワイヤフレーム」等、得られる反射付３次元画像のイメージを想起し易い名称を付された様々な照明条件に予め設定された照明状態を選択することで、照明シミュレーションを実行した反射付３次元画像を表示できる。また「ドラッグ対象」欄７３１で「ライト」を選択することにより、光源アイコンが３次元画像表示領域７２０に表示され、「ライト明るさ」欄７３４のスライダを調整することにより、照明光の光量を調整できる。また「凹凸のみ表示」欄７６０のチェックボックスをＯＮすることにより、反射付３次元画像が表面のテクスチャを非表示とした凹凸のみのソリッドモデルで表示される。さらに「見え方」欄７３６のドロップダウンリストで「ワイヤフレーム」を選択すれば、３次元画像をワイヤフレームで表示することもできる。
【００５２】
以上の３次元画像表示プログラムは３次元画像生成プログラムと一体的に統合されており、３次元画像生成プログラムの一機能として利用できる。また３次元画像の生成画面や表示画面、操作画面等のユーザインターフェース画面は、上記の例に限られず、例えば３次元画像表示領域と照明シミュレーション設定部を一体にした３次元画像表示プログラムとする等、デザインや配置、大きさや形状等を適宜変更することができる。
【００５３】
なお以上の方法では、２枚の観察像に基づいて３次元画像を構築する例を説明したが、画像取得枚数は２枚に限られず、必要な画像枚数分視差を生じさせて画像取得を繰り返し、これらに基づいて３次元画像を構築することもできる。さらに、誘導部７２による誘導動作は、３次元画像の構築までの手順に限られず、構築された３次元画像に対する表示、操作、計測といったステップを含めてもよい。
【００５４】
さらに誘導部７２は、各工程で操作が必要な項目のみ操作可能となるように操作に制限をかけてもよい。例えばユーザによる誤動作を防止するために、予めユーザが変更できない項目を設定しておき、このような項目についてはロックやグレーアウト等の処理を加えて変更不可能とすることもできる。また、このような項目を画面上に表示させない構成としてもよい。さらに各工程の操作は、適宜自動化させたり、あるいは手動設定への切り替えを可能とすることもできる。例えば、位置合わせの工程を、画像のパターン認識技術によって自動化させることもできる。自動化による処理も、パターン認識等の処理時間や精度が所定のレベルに達しておれば適宜採用できる。さらに誘導動作についても、フロー図によるガイダンスに限られず、例えば、質問に答える形式のウィザード方式やボタンにカーソルを合わせたときに次の手順を表示するポップアップやバルーン、チップ方式、画面下部等特定の領域に現在の状態や必要なメッセージを表示させるステータス表示等、既知のもしくは将来開発される手法が単独もしくは組み合わせにより適宜利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の３次元画像生成装置、３次元画像生成方法、３次元画像生成プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、走査型、透過型等の電子顕微鏡やデジタルマイクロスコープに適用して、撮像された観察像から３次元画像を生成する際に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電子顕微鏡の電子線撮像部の構成を示すブロック図である。
【図２】電子顕微鏡の３次元画像生成機能を示すブロック図である。
【図３】３次元画像を生成する手順を示すフローチャートである。
【図４】「１枚目の撮像」ステップを実行中の３次元画像生成プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。
【図５】「２枚目の撮像」ステップを実行中の３次元画像生成プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。
【図６】「３Ｄ画像作成」ステップを実行中の３次元画像生成プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。
【図７】３次元画像を表示する画面の一例を示す３次元画像生成プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。
【図８】電子顕微鏡操作プログラムのメニュー画面を示すイメージ図である。
【図９】電子顕微鏡操作プログラムのマニュアル観察モードにおける操作画面を示すイメージ図である。
【図１０】電子顕微鏡操作プログラムの倍率連動機能の一例を示すイメージ図である。
【図１１】電子顕微鏡操作プログラムの倍率連動機能の一例を示すイメージ図である。
【図１２】電子顕微鏡操作プログラムの倍率連動機能の一例を示すイメージ図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００…電子顕微鏡
１…コンピュータ；２…中央演算処理部
３…電子銃高圧電源；４…フィラメント
５…ウェーネルト；６…アノード
７…電子銃；８…電子線
９…ガンアライメントコイル；１０…ガンアライメントコイル制御部
１１…収束レンズ制御部；１２…収束レンズ
１３…対物レンズ絞り；１４…非点収差補正コイル制御部
１５…電子線偏向走査コイル制御部；１６…対物レンズ制御部
１７…非点収差補正コイル；１８…電子線偏向走査コイル
１９…対物レンズ；２０…試料
２１…二次電子検出器；２２…反射電子検出器
２３…二次電子検出増幅部；２４…反射電子検出増幅部
２５…Ａ／Ｄ変換器；２６…Ａ／Ｄ変換器
２７…画像データ生成部；２８…表示部
２９…プリンタ；３０…排気系ポンプ
３１…試料室；３２…排気制御部；３３…試料台
４２…電子線撮像部
４７…第１表示領域；４７Ａ…第１分割表示領域；４７Ｂ…第２分割表示領域
４８…第２表示領域
６８…画像データ記憶部
７０…３次元画像生成部；７２…誘導部；７４…モード切替部
１０１…第一のオート観察モード設定手段；１０２…第二のオート観察モード設定手段
１０３…マニュアル観察モード設定手段；１０４…画像ファイル編集モード設定手段
１０５…計測モード設定手段；１０６…メンテナンスモード設定手段
１０７…初期設定モード設定手段；１０８…「終了」アイコン
１０９…３次元画像モード設定手段
６０１…画像補正設定手段；６０１ａ…シャープネス設定手段
６０１ｂ…ハイライト設定手段；６０１ｃ…ガンマ補正設定手段
６０１ｄ…輝度分布図；６０１ｅ…オーバーレンジ抽出設定手段
６０３…個別条件設定手段；６０３ａ…「検出器」ボックス
６０３ｂ…「加速電圧」ボックス；６０３ｃ…「真空度」ボックス
６０３ｄ…「スポットサイズ」ボックス
６０４…ファイル対応条件設定手段；６０５…「ｅプレビュー設定」ボタン
６１１…倍率設定部；６１１ａ…「倍率」ボタン
６１２…観察視野移動設定部；６１２ａ…「中心移動」ボタン
６１３…コントラスト・明るさ設定手段；６１４…非点収差調整設定手段
６１５…光軸調整設定手段
６２１…「３Ｄ」タブ
６３０…説明表示欄；６４０…フロー図
６４１…「１枚目の撮影」欄
６５０…観察条件設定部
６５２…「倍率誤差補正」ボタン
６５４…「撮影」ボタン；６５６…「次へ」ボタン
６６０…「最近保存した画像」の一覧表示欄
６７０…３次元画像生成モード選択部；６７２…「次へ」ボタン
６８１…枠状；６８２…ガイド線
７００…３次元画像表示プログラムのインターフェース画面
７２０…３次元画像表示領域
７３０…照明シミュレーション設定部
７３１…「ドラッグ対象」欄；７３４…「ライト明るさ」欄
７３６…「見え方」欄；７３６Ｂ…「表面」スライダ；７３８…「色指定」欄
７４０…「高さ調整」欄；７５０…「高さ／ＳＥＭ像」欄
７６０…「凹凸のみ表示」欄；７７０…「スケール」欄
７８０…ボタン類
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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