(57)【要約】【課題】  ＣＣＤカメラを有する透過型電子顕微鏡装置において、高解像度の画像を得る。【解決手段】  透過型電子顕微鏡装置は、電子線を試料に照射する照射光学系と、試料の透過像を撮像するためのＣＣＤを有する撮像装置と、透過像を移動させるための透過像移動装置と、複数の画像を合成して１つの画像を生成する画像合成部と、を有し、上記画像合成部は、透過像から得た画像と該透過像を移動させて得た画像を合成することによって、ＣＣＤの非受光部に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一の画像を生成する。【選択図】  図１
2006114348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を試料に照射する照射光学系と、試料の透過像を撮像するためのＣＣＤを有する撮像装置と、透過像を移動させるための透過像移動装置と、複数の画像を合成して１つの画像を生成する画像合成部と、を有し、上記画像合成部は、透過像から得た画像と該透過像を移動させて得た画像を合成することによって、ＣＣＤの非受光部に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一の画像を生成することを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項２】
請求項１記載の透過型電子顕微鏡装置において、上記画像合成部は、透過像から得た第１画像と上記透過像を０．５画素分だけｘ方向に移動させて得た第２画像とを合成することを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項３】
請求項１記載の透過型電子顕微鏡装置において、上記画像合成部は、透過像から得た第１画像と上記透過像を０．５画素分だけｘ方向に移動させて得た第２画像と上記透過像を０．５画素分だけｙ方向に移動させて得た第３画像とを合成することを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項１記載の透過型電子顕微鏡装置において、上記画像合成部は、透過像から得た第１画像と上記透過像を０．５画素分だけｘ方向に移動させて得た第２画像と上記透過像を０．５画素分だけｙ方向に移動させて得た第３画像と上記透過像を０．５画素分だけｘ方向に移動させ且つ０．５画素分だけｙ方向に移動させて得た第４画像とを合成することを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項５】
請求項１記載の透過型電子顕微鏡装置において、上記画像合成部は、透過像から得た画像と該透過像を１画素の30％〜50%の寸法分だけ移動させて得た画像とを合成することを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項６】
請求項１記載の透過型電子顕微鏡装置において、上記透過像移動装置は、透過像を偏向させる偏向コイル又は試料を移動させる試料ステージであることを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項７】
電子線を試料に照射する照射光学系と、試料の透過像を撮像するためのＣＣＤを有する撮像装置と、透過像を移動させるための透過像移動装置と、透過像の移動量を演算する移動量演算部と、複数の画像を合成して１つの画像を生成する画像合成部と、を有し、上記画像合成部は、透過像から得た画像と該透過像を移動させて得た画像を合成することによって、ＣＣＤの非受光部に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一の画像を生成することを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項８】
請求項７記載の透過型電子顕微鏡装置において、上記透過像移動装置は、上記移動量演算部によって演算された移動量が入力値と一致するまで上記透過像を移動させるようにフィードバック制御されていることを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項９】
請求項７記載の透過型電子顕微鏡装置において、透過像の一致度を演算する一致度演算部が設けられていることを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項１０】
請求項９記載の透過型電子顕微鏡装置において、上記透過像移動装置は、上記一致度演算部によって演算された一致度が入力値を超えるまで上記透過像を移動させるようにフィードバック制御されていることを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項１１】
請求項７記載の透過型電子顕微鏡装置において、補完法によって画像を推定演算する演算部が設けられ、該演算部は、上記移動量演算部によって演算された移動量が入力値と異なる場合に、透過像が上記入力値だけ移動した場合に得られると推定される画像を補完法によって演算することを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項１２】
請求項７記載の透過型電子顕微鏡装置において、上記移動演算部は、位相限定相関法によって移動量を演算することを特徴とする透過型電子顕微鏡装置。
【請求項１３】
試料に電子線を照射して得られた透過像をＣＣＤによって撮像し、それによって得られた像を第１画像として記憶することと、
上記透過像を、上記ＣＣＤに対して、ｘ方向に０．５画素分だけ移動させて、撮像し、それによって得られた像を第２画像として記憶することと、
上記透過像を、ＣＣＤに対して、ｙ方向に０．５画素分だけ移動させて、撮像し、それによって得られた像を第３画像として記憶することと、
上記透過像を、ＣＣＤに対して、ｘ方向及びｙ方向に０．５画素分だけ移動させて、撮像し、それによって得られた像を第４画像として記憶することと、
上記４つの画像を合成することにより、ＣＣＤの全表面に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一の画像を生成することと、
を含む透過型電子顕微鏡装置によって透過像を撮像する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透過型電子顕微鏡装置に関し、特に、ＣＣＤカメラを備えた透過型電子顕微鏡装置における画像処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、透過電子顕微鏡装置では、透過像を撮像するために、フィルムの代わりにインターレス型ＣＣＤ（Charged  Coupled  Device：電荷撮像素子）カメラが使用される。ＣＣＤは、画像信号の処理が容易である利点を有する。ＣＣＤカメラより高解像度の画像を得るには、画素数が多いＣＣＤを使用すれよいが、画素数が増加すると、ＣＣＤの価格が高くなる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２７７６０号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７５０８号公報
【特許文献３】特開平１０−９３８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、透過型電子顕微鏡において、高解像度像が得るにはＣＣＤの画素数を増加させればよいが、画素数を増加させると、価格が高くなり、ＣＣＤカメラの構造が大きくなる。
【０００５】
本発明の目的は、ＣＣＤカメラを備えた透過型電子顕微鏡において、低価格にて且つ簡単な構造により、高解像度の画像を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、先ず、撮像対象が見つかったら、そのときの透過像をＣＣＤによって撮像する。これを第１画像とする。次に、透過像を、ＣＣＤに対して、ｘ方向に０．５画素分だけ移動させて、撮像する。これを第２画像とする。次に、透過像を、ＣＣＤに対して、ｙ方向に０．５画素分だけ移動させて、撮像する。これを第３画像とする。次に、透過像を、ＣＣＤに対して、ｘ方向及びｙ方向に０．５画素分だけ移動させて、撮像する。これを第４画像とする。こうして、得られた４つの画像を合成することにより、ＣＣＤの全表面に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一の画像が生成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、低価格にて且つ簡単な構造により、高解像度のＣＣＤによる画像を得ることができる。例えば、1024×1024画素のＣＣＤカメラを用いて2048×2048画素以上の高解像度画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】
図１を参照して本発明による透過型電子顕微鏡装置の例を説明する。本例の透過型電子顕微鏡装置は、電子銃１、第１及び第２の照射レンズコイル２、３、対物レンズコイル６、第１及び第２の電磁式試料イメージ移動用コイル７、８、第１及び第２の中間レンズコイル９、１０、第１及び第２の投射レンズコイル１１、１２、第１及び第２の偏向コイル４、５、励磁電源１３〜２３、デジタルアナログ変換器（DAC）２４〜３４、マイクロプロッセサ３５、記憶装置３６、演算装置３７、ＣＲＴコントローラ３８、ＣＲＴ（モニタ）３９、インターフェース（I/F）４０〜４１、倍率切替用ロータリーエンコーダ４２、入力用ロータリーエンコーダ４３、キーボード４４、マウス４５、ＲＡＭ４６、ＲＯＭ４７、画像取込みインターフェース４８、ＴＶカメラ制御部４９、及び、ＴＶカメラ５０を有する。ＴＶカメラ５０は、光学レンズ５１及びＣＣＤ５２を有する。光軸上には、試料ステージ５３及びシンチレータ５４が設けられている。
【０００９】
次に、透過型電子顕微鏡による撮像手順を簡単に説明する。観察者は、キーボード４４及びマウス４５を使用して、視野より撮像対象を探す。倍率を変更する場合には、ＲＯＭ４７に格納されたレンズデータを読み出し、デジタルアナログ変換器（DAC）２４〜３４に供給する。デジタルアナログ変換器（DAC）２４〜３４は、レンズ系のデータをアナログ信号に変換し、励磁電源１３〜２３に供給する。励磁電源１３〜２３は、各レンズ系のレンズコイル２，３，６，９〜１２に電流を出力する。
【００１０】
電子銃１によって生成された電子線は、第１及び第２の照射レンズコイル２、３により収束され、対物レンズコイル６によって決像され、試料ステージ５３上の試料に照射される。試料を透過した電子線は、第１及び第２の電磁式試料イメージ移動用コイル７、８、第１及び第２の中間レンズコイル９、１０、第１及び第２の投射レンズコイル１１、１２、及び、第１及び第２の偏向コイル４、５を経由して、シンチレータ５４上に投影される。第１及び第２の偏向コイル４、５によって透過像は光軸に対して所定の方向に所定の距離だけ偏向される。偏向コイルの機能は、後に図５を参照して説明する。
【００１１】
シンチレータ５４は、透明ガラス上に塗布された蛍光体を有する。従って、蛍光体は、試料の透過像を発光する。発光した透過像は、透明ガラスを透過し、光学レンズ５１を介して、ＣＣＤ５２によって受光される。ＣＣＤ５２は、受光した透過像を電気信号に変換し、それをＴＶカメラ制御部４９に送信する。ＴＶカメラ制御部４９は画像データを、画像取込みインターフェース４８を介して、マイクロプロッセサ３５、記憶装置３６、及び、演算装置３７に送信する。透過像は、記憶装置３６に記憶され、モニタ３９によって表示される。
【００１２】
図２を参照して、ＣＣＤ（電荷撮像素子）の構造の概略を説明する。図２（ａ）は、ＣＣＤの平面構成を示し、図２（ｂ）はＣＣＤの断面構成を示す。ＣＣＤの表面は、所定の間隔にて縦横に整列して設けられた受光部２０１とそれ以外の非受光部２００を有する。このＣＣＤの画素数は、1024×1024画素である。従って、受光部２０１は、縦及び横にそれぞれ、1024個が規則正しく並んでいる。
【００１３】
受光部２０１のピッチは、７μｍであり、これは、画素サイズとなる。受光部２０１の寸法は、画素サイズの半分の３．５μｍである。即ち、１画素＝７μｍ、０．５画素＝３．５μｍである。図２（ｂ）に示すように、受光部２０１のうち、実際に受光する部分は、３．５μｍより僅かに小さい。非受光部２００には転送部が形成されている。
【００１４】
図３を参照して、本発明の概念を説明する。図３はＣＣＤの表面を模式的に示したものである。ＣＣＤの表面は、受光部２０１と非受光部２０２、２０３、２０４からなる。図示のように、参照符号２０２は、受光部２０１の右側の非受光部、参照符号２０３は、受光部２０１の下側の非受光部、参照符号２０４は、受光部２０１の右下側の非受光部を示す。
【００１５】
ＣＣＤでは、全表面積の１／４が受光部であり、残りの３／４は非受光部である。ＣＣＤの全表面積のうち、１／４の部分からの画素信号によって透過像の画像を生成している。そこで、本発明では、ＣＣＤの全表面積から画素信号を得ることを考える。先ず、撮像対象が見つかったら、そのときの透過像をＣＣＤによって撮像する。それによって得られた像を第１画像とする。次に、透過像を、ＣＣＤに対して、ｘ方向に０．５画素分、即ち、３．５μｍだけ移動させて、撮像する。それによって得られた像を第２画像とする。第２画像は、受光部２０１の右側の非受光部２０２に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一である。次に、透過像を、ＣＣＤに対して、ｙ方向に０．５画素分、即ち、３．５μｍだけ移動させて、撮像する。それによって得られた像を第３画像とする。第３画像は、受光部２０１の下側の非受光部２０３に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一である。次に、透過像を、ＣＣＤに対して、ｘ方向及びｙ方向に０．５画素分、即ち、３．５μｍだけ移動させて、撮像する。それによって得られた像を第４画像とする。第４画像は、受光部２０１の右下側の非受光部２０４に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一である。こうして、得られた４つの画像を合成することにより、ＣＣＤの全表面に受光部を配置したと仮定して得られる画像と同一の画像が生成される。
【００１６】
透過像を０．５画素分移動させるには、試料ステージ５３によって試料を移動させてもよいが、偏向コイル４、５を使用してもよい。偏向コイルによって透過像を移動させる方法は、後に、図５を参照して説明する。
【００１７】
本発明の透過型電子顕微鏡装置は、次のような特徴がある。
１）1024×1024のＣＣＤカメラで2048×2048の高解像度画像を作成できる。
２）明るさ斑のない合成画像が作成できる。
３）透過電子顕微鏡特有の周辺歪に依存しない合成画像が作成できる。
【００１８】
図４を参照して、４つの画像より１つの合成画像を生成する方法を説明する。第１画像４０１の第ｍ行第ｎ列の画素をｐ１（ｍ，ｎ）とする。但し、ｍ＝１〜１０２４、ｎ＝１〜１０２４である。同様に、第２画像４０２の第ｍ行第ｎ列の画素をｐ２（ｍ，ｎ）、第３画像４０３の第ｍ行第ｎ列の画素をｐ３（ｍ，ｎ）、第４画像４０４の第ｍ行第ｎ列の画素をｐ４（ｍ，ｎ）とする。合成画像４０５の第Ｍ行第Ｎ列の画素をｐ５（Ｍ，Ｎ）とする。但し、Ｍ＝１〜２０４８、Ｎ＝１〜２０４８である。
【００１９】
図４（ｂ）は、合成画像の左上端部を拡大して示したものである。格子状のセルは合成画像の画素を示し、セル内の上段は、合成画像の画素の行列番号を表し、セル内の下段は、元の画像の画素の行列を表す。合成画像を生成するには、第１画像の画素信号の間に第２、第３、第４画像の画素信号を挿入すればよい。合成画像の第１行第１列ｐ５（１，１）は、第１画像の第１行第１列ｐ１（１，１）の画素信号である。合成画像の第１行第２列ｐ５（１，２）は、第２画像の第１行第１列ｐ２（１，１）の画素信号であり、合成画像の第２行第１列ｐ５（２，１）は、第３画像の第１行第１列ｐ３（１，１）の画素信号であり、合成画像の第２行第２列ｐ５（２，２）は、第４画像の第１行第１列ｐ４（１，１）の画素信号である。こうして、４つの1024×1024画素信号より2048×2048画素の合成信号が得られる。
【００２０】
ここでは、透過像の移動量が0.5画素の場合を説明した。しかしながら、透過像の移動量は、0.25、0.5、0.75 画素であってもよい。この場合、第１画像〜第６画像まで作成を行い、4096×4096の画像を作成することができる。
【００２１】
図５を参照して透過像を移動させる方法を説明する。本例では、第１及び第２の偏向コイル４、５を使用して透過像を移動させる。試料５０１を透過した電子線５０２は、偏向コイル４、５からの磁界によって偏向され、電子線の光軸５０３よりずれた位置に像５０４を生成する。
【００２２】
図６を参照して、本発明による透過型顕微鏡による撮像方法の第１の例を詳細に説明する。ステップＳ１０１にて、視野内の撮像対象が見つかったらそれをＣＣＤカメラにより撮像する。こうして、第１画像を得る。第１画像を撮像した視野上の位置を基準位置とする。ステップＳ１０２にて、透過像が０．５画素分、即ち、３．５μｍだけ、ｘ方向に移動するように、偏向コイル４、５への電流信号を制御する。ステップＳ１０３にて、ＣＣＤカメラによって透過像を撮像する。こうして第２画像を得る。ステップＳ１０４にて、第１画像と第２画像の間のｘ方向の距離及び一致度を演算する。２つの画像間の距離及び一致度は、位相限定相関法により求める。位相限定相関法の詳細は、後に、図１０を参照して説明する。２つの画像間の距離及び一致度をモニタ上に表示してもよい。
【００２３】
ステップＳ１０５にて、透過像が正確に０．５画素分だけ移動したか否かを判定する。ここでは、２つの画像間のｘ方向の距離が３．５μｍであり且つ２つの画像間の一致度が５％より大きいか否かを判定する。２つの画像間のｘ方向の距離が３．５μｍでない場合又は２つの画像の一致度が５％以下である場合には、偏向コイル４、５による透過像の移動量が正確でなかったと判断し、ステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１０２にて、移動量の誤差分だけ、透過像がｘ方向に移動するように、偏向コイル４、５への電流信号をフィードバック制御する。ステップＳ１０３、及び、Ｓ１０４を繰り返す。こうして、ステップＳ１０２、Ｓ１０３及びＳ１０４を繰り返すことにより、ステップＳ１０５にて、２つの画像間のｘ方向の距離は正確に３．５μｍとなり、且つ、２つの画像の一致度は５％より大きくなる。こうして第２画像が得られる。
【００２４】
ステップＳ１０６にて、透過像が基準位置より、ｘ方向及びｙ方向に０．５画素分、移動するように、偏向コイル４、５への電流信号を制御する。ここでは、既に、ｘ方向に０．５画素分、移動しているので、更に、０．５画素分、ｙ方向に移動するように、偏向コイル４、５への電流信号を制御する。ステップＳ１０７にて、ＣＣＤカメラによって透過像を撮像し、第４画像を得る。ステップＳ１０８にて、第２画像と第４画像の間のｙ方向の距離及び一致度を演算する。ステップＳ１０９にて、２つの画像間のｙ方向の距離が３．５μｍであり且つ２つの画像間の一致度が５％より大きいか否かを判定する。２つの画像間のｘ方向の距離が３．５μｍでない場合又は一致度が５％以下である場合には、偏向コイル４、５による透過像の移動量が正確でなかったと判断し、ステップＳ１０６に戻る。ステップＳ１０６にて、移動量の誤差分だけ、透過像がｙ方向に移動するように、偏向コイル４、５への電流信号をフィードバック制御する。ステップＳ１０６、Ｓ１０７及びＳ１０８を繰り返すことにより、ステップＳ１０９にて、２つの画像間のｙ方向の距離は正確に３．５μｍとなり、且つ、２つの画像の一致度は５％より大きくなる。こうして、第４画像が得られる。
【００２５】
ステップＳ１１０にて、偏向コイル４、５への電流信号を制御して、透過像を最初の位置、即ち、基準位置に戻す。次に、透過像が０．５画素分、ｙ方向に移動するように、偏向コイル４、５への電流信号を制御する。ステップＳ１１１にて、ＣＣＤカメラによって透過像を撮像し、第３画像を得る。ステップＳ１１２にて、第１画像と第３画像の間のｙ方向の距離及び一致度を演算する。ステップＳ１１３にて、２つの画像間のｙ方向の距離が３．５μｍであり且つ一致度が５％より大きいか否かを判定する。２つの画像間のｘ方向の距離が３．５μｍでない場合又は一致度が５％以下である場合には、偏向コイル４、５による透過像の移動量が正確でなかったと判断し、ステップＳ１１０に戻る。ステップＳ１１０にて、移動量の誤差分だけ、透過像がｙ方向に移動するように、偏向コイル４、５への電流信号を制御する。
【００２６】
ステップＳ１１０、Ｓ１１１及びＳ１１２を繰り返すことにより、ステップＳ１１３にて、２つの画像間のｙ方向の距離は正確に３．５μｍとなり、且つ、２つの画像の一致度は５％より大きくなる。こうして第３画像が得られる。
最後に、ステップＳ１１４にて、４つの画像より１個の合成画像を生成する。
【００２７】
図７を参照して、本発明による透過型顕微鏡による撮像方法の第２の例を詳細に説明する。本例では、透過像を移動させる方法として、試料ステージ５３を使用する。従って、本例の撮像方法では、透過像を移動させるステップＳ２０２、ステップＳ２０６、及び、ステップＳ２１０のみが異なり、それ以外のステップは図６の例と同様である。
【００２８】
図８を参照して、本発明による透過型顕微鏡による撮像方法の第３の例を詳細に説明する。上述の例では、透過像が正確に０．５画素分移動するように、偏向コイル４、５をフィードバック制御した。従って、透過像が正確に０．５画素分移動するまで、何度も偏向コイル４、５の電流信号を制御しなければならない。本例では、透過像を１回だけ移動させて、画像信号を得る。このときの移動量を演算し、それが０．５画素分でなかったら、移動量が０．５画素分の場合の画像信号を補完法により演算する。
【００２９】
ステップＳ３０１にて、視野内に撮像対象が見つかったらそれをＣＣＤカメラにより撮像する。こうして、第１画像を得る。第１画像を撮像した視野上の位置を基準位置とする。ステップＳ３０２にて、偏向コイル４、５への電流信号を制御することにより又は試料ステージ５３を移動させることにより、透過像をｘ方向に移動させる。移動量は、略０．５画素分、即ち、略３．５μｍであればよく、必ずしも、正確に０．５画素分でなくてもよい。ステップＳ３０３にて、ＣＣＤカメラによって透過像を撮像する。こうして第２画像を得る。
【００３０】
ステップＳ３０４にて、第１画像と第２画像の間のｘ方向の距離、即ち、透過像の移動距離を演算する。２つの画像間の距離は、位相限定相関法により求める。位相限定相関法の詳細は、後に、図１０を参照して説明する。２つの画像間の距離をモニタ上に表示してもよい。
【００３１】
ステップＳ３０５にて、透過像を正確に０．５画素分だけｘ方向に移動させた場合に得られた推定される画像を、第２画像の画像データから補完法によって演算する。こうして修正第２画像を得る。補完法の詳細は後に図９を参照して説明する。ステップＳ３０６にて、偏向コイル４、５への電流信号を制御することにより又は試料ステージ５３を移動させることにより、透過像が基準位置より、ｘ方向及びｙ方向に移動させる。ここでは、既に、ｘ方向に移動しているので、更に、透過像をｙ方向に移動させる。移動量は、略０．５画素分、即ち、略３．５μｍであればよく、必ずしも、正確に０．５画素分でなくてもよい。ステップＳ３０７にて、ＣＣＤカメラによって透過像を撮像する。こうして、第４画像を得る。ステップＳ３０８にて、第２画像と第４画像の間のｙ方向の距離、即ち、透過像のｙ方向の移動距離を演算する。２つの画像間の距離は、位相限定相関法により求める。ステップＳ３０９にて、透過像を正確に０．５画素分だけｙ方向に移動させた場合に得られた推定される画像を、補完法によって第２画像の画像データから演算する。こうして修正第４画像を得る。次に、透過像を正確に更に０．５画素分だけｘ方向に移動させた場合に得られた推定される画像を、補完法によって、修正第４画像の画像データから演算する。こうして再修正第４画像を得る。ステップＳ３１０にて、偏向コイル４、５への電流信号を制御することにより又は試料ステージ５３を移動させることにより、透過像を最初の位置、即ち、基準位置に戻す。次に、透過像が０．５画素分、ｙ方向に移動するように、偏向コイル４、５への電流信号を制御し又は試料ステージ５３を移動させる。ステップＳ３１１にて、ＣＣＤカメラによって透過像を撮像する。こうして第３画像を得る。ステップＳ３１２にて、第１画像と第３画像の間のｙ方向の距離、即ち、透過像の移動距離を演算する。２つの画像間の距離は、位相限定相関法により求める。ステップＳ３１３にて、透過像を正確に０．５画素分だけｘ方向に移動させた場合に得られた推定される画像を、補完法によって第３画像の画像データから演算する。こうして修正第３画像を得る。最後に、ステップＳ３１４にて、第１画像、修正第２画像、修正第３画像、及び、再修正第４画像より１個の合成画像を生成する。
【００３２】
図９を参照して、補完法により画像を推定演算する方法を説明する。図９の縦軸は画像の階調、横軸は透過像の移動量である。ここでは、画像の階調と移動量の関係を２次曲線９０１によって近似する。
Y（階調）=aX2 + bX + c                             (1)
【００３３】
ここに、Ｙは階調、Ｘは移動量である。ａ、ｂ、ｃは定数であり、３点が与えられると決まる。ここでは、ステップＳ３０５の場合を計算する。第１画像の第１行第１列ｐ１（１，１）の画素の位置をＸ１、階調をＹ１とし、これをＰ１（Ｘ１，Ｙ１）と表示する。同様に、第１画像の第１行第２列ｐ１（１，２）の画素をＰ３（Ｘ３，Ｙ３）、第２画像の画素をＰ２（Ｘ２、Ｙ２）とする。これらの３点（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２、Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）を式（１）に代入して、ａ、ｂ、ｃを求めると、次のようになる。
b={(Y2-Y3)(X12-X22)-(X22-X32)(Y1-Y2)} /{(X12-X22)(X2-X1)-(X22-X32)(X1-X3)} 
(2)
a={(Y1-Y2)-(X1-X2)b}/(X12-X22)                       (3)
c=Y3-aX32-bX3                                        (4)
【００３４】
ステップＳ３０５の場合、Ｘ１＝０、Ｘ３＝１である。第２画像の移動量が０．３画素であったとする。Ｘ２＝０．３である。これらの値と、階調Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の実測値から、ａ、ｂ、ｃの値が得られる。修正第２画像の階調を求めるには、式（１）にＸ＝０．５を代入すればよい。曲線９０１上の点Ｐ４（Ｘ４，Ｙ４）は、修正第２画像の画素の位置及び階調を表す。このような補完演算を画像の全ての画素について行う。
【００３５】
ここでは、３点が与えられる場合に補完式を２次曲線によって近似したが、２点が与えられる場合には、補完式を１次直線によって近似すればよい。修正第３画像、修正第４画像及び再修正第４画像も同様に補完法により得られる。
【００３６】
図１０を参照して、位相限定相関法を説明する。第１画像１００１はM×Nの画素数を有し、これを画像ベクトルf1(ｍ、ｎ)として記録する。第２画像１００２はM×Nの画素数を有し、これを画像ベクトルf2(ｍ、ｎ)として記録する。２つの画像１００１及び１００２は自然画像（虚数を含まない）であり、ｍ＝0,1,2,・・・M-1、 ｎ＝0,1,2,・・・N-1である。
【００３７】
第１画像１００１のベクトルf1(m,n) 、及び、第２画像１００２のベクトルf2(m,n)の離散フーリエ画像F1(m,n) 、F2(m,n)はそれぞれ式(5)、(6)によって定義される。
F1(u,v)＝A(u,v)ejθ(u,v)                      ・・・・・(5)
F2(u,v)＝B(u,v)ejφ(u,v)                      ・・・・・(6)
但し、u＝0,1,2,・・・M-1、 v＝0,1,2,・・・N-1
【００３８】
ここに、A(u,v)、B(u,v)は振幅スペクトル、θ(u,v)、φ(u,v)は位相スペクトルである。位相相関では、２画像間で像の平行移動があった場合には相関のピークの位置が像の移動量だけずれる。従って、画像間で像の平行移動量の求めるために、相関のピーク位置の移動量を求める。第２画像１００２は、第１画像１００１に対して、ｘ方向にr’だけ移動したと仮定する。第２画像のベクトルはf4(m,n)＝f2(m+r’,n)である。
【００３９】
式(2)と同様に第２画像ベクトルf4(m,n) の離散フーリエ画像F4(u,v)を求めると式(7)が得られる。
F4(u,v)  ＝ΣΣ f2(m+r’,n)e -j2π(mu/M＋nv/N)
＝B(u,v)ej(φ＋２πr’u/M)              ・・・・・(7)
【００４０】
振幅スペクトルB(u,v)を定数と仮定すると、離散フーリエ画像F4(u,v)は、画像のコントラストに依存しない位相画像である。第２画像のベクトルf4(m,n)の位相画像F’4 (u,v)は、式(8)によって表される。
F4’(u,v)＝ ej(φ＋２πr’u/M)                   ・・・・・(8)
【００４１】
位相画像F’1(u,v)にF’2(u,v)の複素供役を乗ずることによって、式（9）の合成位相画像１００３のベクトルH14(u,v)が得られる。
H14(u,v)＝F’1(u,v)(F’2(u,v))*
＝ ej(θ-φ-２πru/M )                   ・・・・・(9)
【００４２】
合成位相画像１００３のベクトルH14(u,v)を逆フーリエ変換することによって、式(10)の相関強度画像１００４のベクトルG14(r,s)が得られる。
G14(r,s)＝ΣΣ(H14(u,v)) ej2π(ur/M+us/N)
＝ΣΣ(ej(θ-φ-２πr’u/M )) ej2π(ur/M+us/N)
＝G12(r-r’)                             ・・・・・(10)
【００４３】
式(10)より、２つの画像間にX方向に位置ずれ量r’が存在する場合、相関強度画像のピークの位置は-r’だけずれることがわかる。即ち、相関強度画像より、ピークの位置の移動量-r’を求めることにより、２つの画像間のX方の移動量r’を求めることができる。
【００４４】
以上のように、本例の相関計算は、位相成分のみによる演算であり、相関強度画像G14(r,s)は位相成分のみを含む。従って、２つの画像の間に、明るさやコントラストの差があっても、両者の間の移動量を求めることができる90
。
【００４５】
２つの画像間にX方向に位置ずれ量が存在する場合は、相関強度画像１００４の中心１００５よりΔG(pixel)の位置１００６にピークが発生する。例えば２つの画像間にてX方向に2画素のずれがあると、合成位相画像１００３のベクトルH14は２周期の波になる。これを逆フーリエ変換すると相関強度画像１００４のベクトルG12が得られる。相関強度画像１００４のベクトルG12では、中心１００５からΔG ＝2pixelずれた位置１００６にピークが発生する。このΔG(pixel)は、ＴＶカメラ５０のＣＣＤの受光面における移動量に相当する。ここで、ＣＣＤ上の移動量ΔGを試料面上の実際の移動量Δｘに変換する。ＣＣＤの受光面の径をL、受光面上の透過透過像の倍率をM、ＣＣＤの受光面の画素数Lmとすると、移動量Δｘは式(11)によって表される。
Δx＝ΔG(pixel)×L／Lm(pixel)／M               ・・・・・(11)
Δxは２つ画像間の試料面上におけるＸ方向の相対的な移動量である。
【００４６】
次に画像間の精度について説明する。位相成分のみを用いた相関計算では、数学上位相のみを使用しているため相関強度に現れるピークはδピークとなる。例えば２つの画像間で1.5画素ずれると合成画像は1.5周期の波となる。これを逆フーリエ変換すると、相関強度画像の中心より1.5画素ずれた位置にδピークが立つが、1.5の画素は存在しないので、δピークの値は1画素目と2画素目に振り分けられる。
【００４７】
ここで一致度が高い画素の重心を取って、この振り分けられた値から真のδピーク位置を計算すると1/10画素程度の精度を計算結果が得られる。また、相関強度画像がδピークのため、２つの画像間における類似性の評価を相関強度画像のピークの高さによって行なう。画像f1(ｍ、ｎ)、ピークの高さPeak(pixel)とすると一致度(%)を式(12)に示す。
一致度(%)＝（ Peak ）／（ ｍ × ｎ ）×100    ・・・・・(12)
例えば処理画素数は128画素×128画素でPeakが16384(画素)の場合は、一致度＝（16384）／（128×128）×100＝100  (％)となる。
【００４８】
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による透過型電子顕微鏡装置の概略を示す図である。
【図２】ＣＣＤの構造の概略を示す図である。
【図３】本発明の概略を説明するための説明図である。
【図４】本発明により画像を合成する方法を説明するための説明図である。
【図５】透過像を移動させる方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明による透過型電子顕微鏡装置の動作の第１の例を説明するための説明図である。
【図７】本発明による透過型電子顕微鏡装置の動作の第２の例を説明するための説明図である。
【図８】本発明による透過型電子顕微鏡装置の動作の第３の例を説明するための説明図である。
【図９】補完法により画像を推定演算する方法を説明するための説明図である。
【図１０】位相限定相関法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…電子銃、２…第１照射レンズコイル、３…第２照射レンズコイル、４…第１偏向コイル、５…第２偏向コイル、６…対物レンズコイル、７…第１偏向コイル、８…第２偏向コイル、９…第１中間レンズコイル、１０…第２中間レンズコイル、１１…第１投射レンズコイル、１２…第２投射レンズコイル、１３〜２３…励磁電源、２４〜３４…DAC、３５…マイクロプロッセサ、３６…記憶装置、３７…演算装置、３８…ＣＲＴコントローラ、３９…ＣＲＴ（モニタ）、４０〜４１…I/F、４２…倍率切替用ロータリーエンコーダ、４３…入力用ロータリーエンコーダ、４４…キーボード、４５…マウス、４６…ＲＡＭ、４７…ＲＯＭ、４８…画像取込みインターフェース、４９…ＴＶカメラ制御部、５０…ＴＶカメラ、５１…光学レンズ、５２…ＣＣＤ、５３…試料ステージ、５４…シンチレータ、２０１…受光部、２００、２０２，２０３，２０４…非受光部
【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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