(57)【要約】【課題】第一に電子顕微鏡画像と光学画像の視野のずれを最小限にすることであり、第二にデジタル映像機能を備えた光学画像装置により得た色情報を電子顕微鏡画像に付加することであり、第三に、装置の全体の構造を簡略化することである。【解決手段】ミラー兼用反射電子検出器を使用し、試料に入射する電子ビームと、光学画像装置からの光軸を一致させることを最も主要な特徴とする。反射電子検出器に光学ミラーの機能を付加することで装置の全体の構造を簡略化するとともに、電子顕微鏡のビーム軸と光学画像装置の光軸を一致させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察試料に対して電子線を走査させる電子光学鏡筒と、観察試料を載置する試料台を保持する真空試料室とを備えた電子顕微鏡において、
前記真空試料室内に保持された光学画像撮像装置と、
当該光学画像撮像装置から観察試料上とを結ぶ光路上に設けられた反射電子検出器とを有し、
当該反射電子検出器の反射電子検出面が鏡面であることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の電子顕微鏡において、
前記光学画像撮像装置の光軸と反射電子検出器の鏡面のなす角は４５°であり、電子ビームの光軸と反射電子検出器の鏡面のなす角も４５°である電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１に記載の電子顕微鏡において、
前記反射電子検出器を電子顕微鏡の対物レンズの直下から水平方法にずらして配置されたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１に記載の電子顕微鏡において、
前記光学画像撮像装置が前記反射電子検出器の斜め下方向に配置されたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１に記載の電子顕微鏡において、
取得された光学画像に対して不透明度を落とす処理を実行し、取得された電子顕微鏡画像の上に重ねる画像処理を実行する画像処理手段を備えたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項５に記載の電子顕微鏡において、
前記画像処理手段は、前記光学画像の光学画像の不透明度を７５％あるいは４５％に設定することを特徴とする電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施例は電子顕微鏡画像に可視光線による光学情報を付加する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡は分解能，焦点深度の深さ，付属するエネルギー分散型Ｘ線分析装置による元素分析など、光学顕微鏡に対し、様々な優位点がある。しかしながら、その最大の弱点は一般的な二次電子検出器，反射電子検出器では可視光情報を得られないことであり、したがって、電子顕微鏡画像には可視光による色情報が欠落していることである。紙，樹脂製フィルム，セラミック，金属，食品の表面に可視光線で確認できる着色現象の原因究明や、視覚的に製品の品質を劣化させる製品表面の傷の発生原因の究明には電子顕微鏡による解析が不可欠であるが、電子顕微鏡下では光学的な不良部位の位置を特定することが困難であった。
【０００３】
従って、電子顕微鏡の観察位置の光学顕微鏡像を取得するために、電子顕微鏡内に光学顕微鏡を組み込むための機構が従来から工夫されており、例えば、特許文献１（特開平１１−１８５６８２号公報）には、電子光学鏡筒上部に光学顕微鏡を設けた電子顕微鏡において電子ビームが通過する開口部材を透光性材料で構成されたオリフィスとすることにより、観察試料が十分照明されるようにした電子顕微鏡が開示されている。また、特許文献２（特開２００４−３１９５１８号公報）には、試料室外部に、電子線光軸と交差するような光軸を持つ長焦点顕微鏡を設け、電子顕微鏡と長焦点顕微鏡の視野移動の方向が一致するように長焦点顕微鏡を構成することにより、電子顕微鏡と同一視野の光学像が取得可能な電子顕微鏡が開示されている。また、特許文献３（特開平１１−９６９５６号公報）には、反射電子の検出面を凹面鏡状に加工し凹面鏡の焦点にカソードルミネッセンス検出器を配置することにより、反射電子検出器とカソードルミネッセンス検出器を一体構成した電子顕微鏡が開示されている。当構成により、検出器の出し入れなしに両者の画像を同時観察することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８５６８２号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９５１８号公報
【特許文献３】特開平１１−９６９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術には、次のような問題点がある。特許文献１に記載の発明の場合、光学顕微鏡の光軸に配置するオリフィスを全て透光性材料で構成する必要があるため、電子光学鏡筒の大幅な改造が必要である。また特許文献２に記載の発明の場合、光学顕微鏡と電子顕微鏡の観察方向が厳密には一致しないため、光学顕微鏡画像と電子顕微鏡画像との同一視野での観察が不可能である。特許文献３に記載の発明の場合、反射電子検出器の検出面を凹面鏡状に加工する必要があり、特許文献１同様、機構が複雑となる。また、得られる光学像はあくまでカソードルミネッセンス像であって、光学顕微鏡像ではない。
【０００６】
したがって、本実施例は、装置の全体構造を複雑化せずに簡易な構成で、電子顕微鏡画像と光学画像の視野ずれが最小限に抑制できる電子顕微鏡を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
光学顕微鏡の光路上に配置されるミラーを反射電子検出器と一体構成し、当該反射電子検出器を対物レンズの下部に配置することにより、従来の課題を解決する。反射電子検出器に光学ミラーの機能を付加することで、装置の全体構造が簡略化され、かつ電子顕微鏡のビーム軸と光学画像装置の光軸を一致させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本実施例の電子顕微鏡画像と光学画像を重ねて表示する方法は、電子顕微鏡画像と光学画像の視野のずれを最小限にし、且つ電子顕微鏡画像の特性を損なうことなく、デジタル映像機能を備えた光学画像装置により得た色情報を電子顕微鏡画像に付加する方法を実現できるため、様々な光学的不良を電子顕微鏡下で解析することが可能になる。
【０００９】
特に、透明フィルム中の異物の元素分析，紙，樹脂製フィルム，セラミック，金属，食品の表面に可視光線で確認できる着色現象の原因究明や品質管理，視覚的に製品の品質を劣化させる製品表面の傷の発生原因の究明や品質管理に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の反射電子検出器の側面図である。
【図２】実施例１の電子顕微鏡における、光学画像撮像装置，エネルギー分散型Ｘ線分析装置および陰影画像取得用の照明装置の試料台に対する位置関係を示す上面図である。
【図３】実施例１の電子顕微鏡の全体構成図である。
【図４】実施例１の電子顕微鏡において、ミラー兼用反射電子検出器の鏡面に試料が投影される様子を、光学画像撮像装置から見た場合の説明図である。
【図５】実施例１における電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像を得る手順を示した説明図である。
【図６】ナビゲーションウィンドウのレイアウトを示した説明図である。
【図７】電子顕微鏡画像取得後のナビゲーションウィンドウを示した説明図である。
【図８】ナビゲーションウィンドウに表示された電子顕微鏡画像と光学画像の位置にずれが見られる場合の説明図である。
【図９】アライメントウィンドウのレイアウトを示した説明図である。
【図１０】実施例２の電子顕微鏡を用いて得られる観察画像の一例である（フィルムから異物の一部が露出している状態）。
【図１１】実施例５の反射電子検出器の側面図である。
【図１２】実施例５の電子顕微鏡における、光学画像撮像装置，エネルギー分散型Ｘ線分析装置および陰影画像取得用の照明装置の試料台に対する位置関係を示す上面図である。
【図１３】実施例５の電子顕微鏡において、ミラー兼用反射電子検出器の鏡面に試料が投影される様子を、光学画像撮像装置から見た場合の説明図である。
【図１４】実施例５の電子顕微鏡におけるナビゲーションウィンドウのレイアウトを示した説明図である。
【図１５】実施例６の反射電子検出器の側面図である。
【図１６】実施例６の電子顕微鏡における、光学画像撮像装置，エネルギー分散型Ｘ線分析装置および陰影画像取得用の照明装置の試料台に対する位置関係を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本願発明の各実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図３には、本実施例の電子顕微鏡の全体構成図を示す。本実施例の電子顕微鏡は、大まかには、電子線を観察試料上に走査させるための電子光学鏡筒３０１、試料台６が保持される真空試料室３０２、真空試料室３０２内部を真空排気する真空排気装置３０３、取得した観察画像を表示する画面を備えたパーソナルコンピュータ３０４などにより構成される。
【００１３】
電子光学鏡筒３０１の下部には、電子顕微鏡対物レンズ１が設けられており、電子銃から放出される電子線を試料上に収束させる。真空試料室３０２には、光学画像撮像装置２，エネルギー分散型Ｘ線分析装置７，陰影画像取得用の照明装置８などが設置される。パーソナルコンピュータ３０４は、装置動作を制御するために必要な情報を設定・入力するためのユーザインタフェースも兼用しており、各種設定情報を入力するＧＵＩ画面が、画面上に表示される。更に、パーソナルコンピュータ３０４は取得した電子顕微鏡画像および光学画像に対して各種の画像処理を行う画像処理装置も兼ねている。なお、図３はレイアウトの一例であり、反射電子検出器以外に、二次電子検出器，低真空用二次電子検出器を取り付けることも可能である。
【００１４】
図１は、実施例１の反射電子検出器の側面図である。１は電子顕微鏡対物レンズ、２はデジタル映像機能を備え、光軸と同軸の照明機能を備えた光学画像撮像装置、３は光学画像撮像装置の光軸、４は電子顕微鏡の光軸、５はミラー兼用反射電子検出器、６は試料台である。
【００１５】
電子顕微鏡は走査電子顕微鏡であり無蒸着で試料観察が可能な低真空観察機能を持つことが望ましい。無蒸着観察が必要な理由は、蒸着処理を行うことで、試料本来が有する可視光線での色情報が失われてしまうためである。電子銃についてもタングステンのフィラメントを有する装置が望ましいが、限定はされない。電子顕微鏡はミラー兼用の反射電子検出器を持つことが必須であるが、二次電子検出器については、あっても無くてもよい。エネルギー分散型Ｘ線分析装置は必ずしも必須ではないが、付属していることが望ましい。
【００１６】
２の光学画像撮像装置は、デジタルカメラ，デジタル出力機能を有したビデオカメラ，ＣＣＤカメラを含み、このほかにもデジタル出力機能を持った光学装置であればよく、デジタルカメラやビデオカメラ，ＣＣＤカメラに限定されない。光学画像撮像装置は動画および静止画を取得することが可能であり、光学画像撮像装置の有効画素数は４００万画素以上、試料まで３cmの距離まで接近して撮影できることが望ましい。
【００１７】
５のミラー兼用反射電子検出器の下面は、光学画像撮像装置２からの照明光を試料に向けて反射させ、かつ試料からの反射光を光学画像撮像装置２に向けて反射させる反射ミラーになっている。同時に、この下面は、検出面が鏡面である半導体型の反射電子検出器となっており、試料からの反射電子を検出することができる。さらに可視光の反射効率を増大させるためにアルミニウムによる蒸着を施してもよい。
【００１８】
ミラー兼用反射電子検出器の中央部には開口部が開いており、この穴を通して６の試料に電子ビームが照射される。３の光学画像撮像装置の光軸と５のミラー兼用反射電子検出器の鏡面のなす角は４５°であり、４の電子顕微鏡の光軸とミラー兼用反射電子検出器の鏡面のなす角もまた４５°である。５のミラー兼用反射電子検出器は試料からの反射電子を検出する機能とともに、可視光での試料の光学画像を反射させ、２の光学画像撮像装置に光学画像を送る機能を有している。ミラー兼用反射電子検出器の直径は３０mm以上であることが望ましいが、限定はされない。ミラー兼用反射電子検出器中央部の開口部の直径は５mm以下であることが望ましい。
【００１９】
６の試料台はモーター駆動あるいは手動による操作により、機械的に水平位置を動かすことが可能である。また、モーター駆動あるいは手動に関わらず、傾斜，回転，垂直方向に試料を動かせることが望ましい。
【００２０】
図２は、本実施例の光学画像撮像装置，エネルギー分散型Ｘ線分析装置および陰影画像取得用の照明装置各手段の、試料台６に対する相対的な位置関係を示した上面図であり、１は電子顕微鏡対物レンズ底面の輪郭、２はデジタル映像機能および光軸と同軸の照明機能を備えた光学画像撮像装置、３は光学画像撮像装置の光軸、４は電子顕微鏡の光軸、５はミラー兼用反射電子検出器、６は試料台、７はエネルギー分散型Ｘ線分析装置、８は陰影画像取得用の照明装置、９は陰影画像取得用の照明装置の光軸である。
【００２１】
７に示すエネルギー分散型Ｘ線分析装置はサンプルの組成分析に試用する。具体的な使用手順については実施例２で説明する。凹凸のある試料、例えばサンプル表面の傷や穴，付着物を観察する場合、デジタル映像装置の光軸と同軸の照明装置では試料凹凸に陰影を付加することが困難であるため、８に示すように側方向からの照明装置を使用する。側方向からの照明装置については、実施例４で具体的な使用方法を説明する。
【００２２】
図４は図１の形態によりミラー兼用反射電子検出器の鏡面に試料が投影される様子を、光学画像撮像装置から見た場合の説明図である。４は電子顕微鏡の光軸、５はミラー兼用反射電子検出器、６は電子顕微鏡用試料台、１０は試料台上のサンプル、１１はミラー兼用反射電子検出器に反射した試料台の輪郭、１２はミラー兼用反射電子検出器に反射した試料台上のサンプル、１３はミラー兼用反射電子検出器中央部の穴を示している。
【００２３】
図４に示されるように、光学画像撮像装置から見ると、ミラー兼用反射電子検出器の縦横比は１：２になるものの試料台の縦横比は１：１であり、歪みは生じない。
【００２４】
図５は、本実施例における電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像を取得する手順を示した説明図である。操作者は電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像を取得したい試料を電子顕微鏡の試料室に入れ、試料室を真空引きするとともに、ナビゲーションウィンドウを起動させる。ナビゲーションウィンドウは光学画像，電子顕微鏡画像，合成画像を表示させる機能を有する画像ウィンドウ部と、操作の流れをフローチャート方式に並べた操作ウィンドウ部から構成される。ナビゲーションウィンドウの操作はマウスで行い、カラー表示が可能なモニターを使って表示する。
【００２５】
図６は、ナビゲーションウィンドウのレイアウトを示した説明図である。図６中、１４に示したスタートボタンを押すと、図６中、１５の画像ウィンドウに試料台の光学画像が表示される。表示画像は図４で示したミラー兼用反射電子検出器に試料台が投影された状況と酷似しているが、ウィンドウに表示された画像は鏡像補正済のものである。ミラー兼用反射電子検出器に投影された光学反射像の全面を画像ウィンドウに表示させると画像が横長になるため、図６に示すように光学反射像の左右をトリミングしても良い。ミラー兼用反射電子検出器の中央部には電子ビームが通過するための穴が開口しているが、図６中、１６に示すように開口部を隠すためのデジタル処理を施すことも可能である。
【００２６】
図６中、２の画像ウィンドウには、１７に示す電子顕微鏡用試料台の全面画像と、１８に示す試料台上のサンプルの光学画像が表示されている。この光学画像は動画であることが望ましい。図６に示すように、操作者が観察したいサンプルが画像ウィンドウ上に確認できる場合は問題ないが、サンプルが試料台の中央部に位置している場合には、図６中、１６に示すデジタル処理により隠されている。このとき、操作者は図６中、１９の視野移動ボタンをクリックすることでモーター駆動により試料台を５mm程度水平移動させるが、手動により試料台を機械的に動かしても良い。このときの移動方向はＸ軸とＹ軸のどちらも可能である。水平に移動させる距離は、操作者が観察したい位置を１６に示すデジタル処理の領域外に位置させることができれば、５mm以上でも、５mm以下でも構わない。
【００２７】
操作者は画像ウィンドウ上でサンプルを確認した後に、図６中、２０に示すキャプチャ位置選択ツールで操作者が合成画像を取得したい位置を囲む。キャプチャ位置選択ツールは縦横比が３：４の長方形で表示され、ウィンドウ上でマウスをドラッグ・アンド・ドロップ操作することにより始点と終点を指定する。操作者は、キャプチャ位置選択ツールにより合成画像を取得したい位置を指定した後、図６中、２１に示す取り込み位置確定ボタンをクリックする。
【００２８】
本実施例の電子顕微鏡の場合、２１の取り込み位置確定ボタンをクリックすると光学静止画像のキャプチャを自動的に行い、キャプチャ後は光学用の照明が自動的にオフ状態になる。次いで指定位置の電子顕微鏡画像を取得するが、この一連の動作は自動で実施されることが望ましい。
【００２９】
光学画像は静止画像をキャプチャした後に、ミラー兼用反射電子検出器に投影された試料台の全面画像から、操作者がドラッグ・アンド・ドロップ操作により指定した領域のみが切り出され、デジタル処理により縦６４０画素，横４８０画素、あるいは縦１２８０画素，横９６０画素に画素数変換される。ただし、ズーム機能が付属した光学画像撮像装置であれば、操作者が指定した位置のみをキャプチャしてもよい。電子顕微鏡画像との位置ずれが問題になる場合には、光学像の指定位置の周辺部も含めて画像の切り出しを行う必要があるが、例えば１割の余裕を持たせた場合には、縦７０４画素，横５２８画素、あるいは縦１４０８画素，横１０５６画素に画素数変換する。
【００３０】
電子顕微鏡画像もまた縦６４０画素，横４８０画素、あるいは縦１２８０画素，横９６０画素でキャプチャされるが、キャプチャの直前にオートフォーカスおよびオートブライトネス・コントラストの操作が自動で実施されることが望ましい。キャプチャ時間については４０秒、あるいは８０秒が標準であるが必要に応じて任意に設定できることが望ましい。
【００３１】
図７は、操作者が２１の取り込み位置確定ボタンをクリックした後のナビゲーションウィンドウを示した説明図である。実際には、取り込み位置確定ボタンをクリックした後に、光学画像のキャプチャと、電子顕微鏡画像のキャプチャを行うため、操作者が取り込み位置確定ボタンをクリックしてから図７の状態に移行するまでに１〜２分程度の時間が必要である。このとき、画像の処理状況をリアルタイムで画像ウィンドウ上に表示させることで操作者のストレスを軽減する。
【００３２】
図７中、２２は画像ウィンドウ上に表示された電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像であり、２３はスケールバーである。この他に、画像取得時の倍率を表示することも可能である。合成画像は、光学画像の不透明度を７０％に設定し、電子顕微鏡画像の上に光学画像を重ねることで表示される。ここで不透明度について解説する。不透明度０％は完全に下の画像が透ける状態であり、１００％では下の画像は完全に見えなくなる状態である。したがって、不透明度７０％は光学画像が優位に見える状態であり、電子顕微鏡画像についてはコントラストの強い特徴的な構造だけを見ることが可能である。
【００３３】
このとき、操作者は画像上の特徴的な構造を目印にして電子顕微鏡画像と光学画像が完全に重なっているかを確認することができる。サンプルによっては、光学画像をより優位にしたり、逆に電子顕微鏡画像を優位にしたりする必用もある。このときは図７中、２４の不透明度設定バーを用いて光学画像の不透明度を任意に調整する。光学画像の不透明度は０％から１００％まで任意に変更できることが望ましい。
【００３４】
光学画像の不透明度を０％にすることで電子顕微鏡画像のみを表示することが可能であるが、このときフォーカス，明るさ，コントラストが不適切であった場合には電子顕微鏡画像の調整を実施してもよい。通常、電子顕微鏡画像の細かな画像調整を行う場合には縮小画面を使用することが一般的であるが、本実施例の形態では図７中、２５の縮小画面切り替えボタンをクリックすることで縮小画面に切り替えることが可能である。図７の状態では電子顕微鏡画像は静止画像として表示されているが、図７中、縮小画面切り替えボタン２５をクリックした場合にはライブタイムの画像が縮小画面に表示される。フォーカス，明るさ，コントラストを調整した後は再び縮小画面切り替えボタン２５をクリックすることで電子顕微鏡画像のキャプチャを行い、静止画像に移行する。このとき、電子顕微鏡画像を縮小画面ではなく、画像ウィンドウの全面表示でライブタイム像を表示したい場合には、例えば図７中、２６のライブタイム像切り替えボタンをクリックすることで画像ウィンドウに全面表示させたまま、ライブタイム像に移行する。
【００３５】
フォーカス，明るさ，コントラストを手動で調整する場合は、マウス操作で画像調整を行っても良いし、エンコーダーなどの操作つまみを使用して機械的に調整しても良い。マウス操作でフォーカス，明るさ，コントラストを調整する場合には、画像ウィンドウ上に調整バーを表示することが可能である。非点調整に関しても同様にマウス操作で調整を行っても良いし、操作つまみを使用して機械的に調整しても良い。
【００３６】
図８は電子顕微鏡画像と光学画像の表示位置にずれが見られる場合の説明図である。図８中、２７は電子顕微鏡画像を示しており、２８は光学画像を示している。このような場合は光学画像と電子顕微鏡画像の双方で見ることができる特徴的な構造を、マウスのドラッグ・アンド・ドロップ操作により、両者の位置を一致させることで図７に示す状態に移行する。このときドラッグ・アンド・ドロップ操作により移動するのは光学画像であり、電子顕微鏡画像は画像ウィンドウ上に固定されている。このとき、光学画像を電子顕微鏡画像と同じ面積で切り出しておくと、光学画像の移動に伴い、光学画像の未表示部が発生するが、予め、光学画像を電子顕微鏡画像の表示エリアよりもマージンを広く取得しておけば、光学画像を移動させても、光学画像の未表示部が現れることはない。光学画像のドラッグ・アンド・ドロップ操作を行うときも図７中、２４で示した不透明度設定バーを用いて光学画像の不透明度を任意に調整することが可能である。
【００３７】
電子顕微鏡画像と光学画像の表示位置にずれがなく、電子顕微鏡画像のフォーカス，明るさ，コントラストが適切であった場合には図７中、２９で示した合成画像の保存ボタンをクリックすることで画像の保存を行う。このとき、光学画像の不透明度は４５％に自動で設定される。不透明度４５％は電子顕微鏡画像が優位の状態であり、高い分解能や深い焦点深度など電子顕微鏡画像の特性を損なうことなく、電子顕微鏡画像に光学的な色情報を付加することが可能である。ただし、この不透明度は４５％に限定されるものではなく、任意に設定変更できることが望ましい。合成像を保存する際には不透明度を変更するだけでなく、合成像の自動レベル調整、あるいは自動コントラスト調整が行われることが望ましい。必要に応じて彩度を強調してもよい。
【００３８】
電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像はＪＰＥＧ，ＴＩＦＦ，ＢＭＰのいずれの形式でも保存することが可能である。保存した画像は保存画像のファイルを開くことで閲覧可能であるが、図７中、２９で示した合成画像の保存ボタンをクリックした後には、保存した画像と同一の画像が画像ウィンドウ上に表示されているため、操作者は保存画像に問題が無いか、容易に確認することができる。すなわち、この状態での光学画像の不透明度は４５％である。
【００３９】
保存画像が不適切であり、再度、電子顕微鏡画像と光学画像の表示位置の調整や、電子顕微鏡画像のフォーカス，明るさ，コントラスト調整を実施したい場合には、操作者は図７中、３０のリセットボタンをクリックする。このとき、光学画像の不透明度は７０％に再設定され、マウスのドラッグ・アンド・ドロップ操作により光学画像を任意に動かすことが可能である。
【００４０】
色情報が不必要であり、電子顕微鏡画像のみを保存したい場合には図７中、３１の電子顕微鏡画像の保存ボタンをクリックする。この場合も電子顕微鏡画像はＪＰＥＧ，ＴＩＦＦ，ＢＭＰのいずれの形式でも保存を行うことが可能である。
【００４１】
保存した画像が操作者にとって満足できるものであり、別のサンプルの画像取得に取り掛かりたいときには図７中、１４に示すスタートボタンをクリックし、初めから操作を開始する。尚、図７中、１４に示すスタートボタンは図６中、１４に示したスタートボタンと同一のレイアウトである。ある視野で電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像を確認した後に、合成画像を保存することなく、別のサンプルの観察を始めたい場合にもスタートボタンをクリックする。すなわち、このスタートボタンは画像調整の全ての手順において、操作を最初から開始するリセットボタンとして機能する。
【００４２】
電子顕微鏡画像と光学画像の重ね合わせに恒常的にずれが生じる場合には、試料台の位置のアライメントを行う必要がある。図７中、３２に示したアライメントボタンをクリックすると図９のアライメントウィンドウが表示される。操作者は図９中、３３の試料台サイズ入力ツールを使用し、現在、電子顕微鏡の試料室に入っている試料台の大きさを選択する。この選択により図９中、３４に示す円形のアライメント用試料台設定枠の大きさが変化する。操作者は試料台、あるいは試料台が固定されたステージを機械的に動かし、３４に示す円形のアライメント用試料台設定枠に、図９中、試料台上面の全面画像１７の輪郭を重ね合わせる。この操作によりアライメントが完了する。アライメント完了後は図９中、３５に示したアライメント完了ボタンをクリックし、操作を完了する。アライメント完了ボタンをクリック後は図６のナビゲーションウィンドウに移行する。尚、図７中、３２に示すアライメントボタンは図６中、３２に示したアライメントボタンと同一のレイアウトである。すなわち、このアライメントボタンは画像調整の全ての手順において、アライメントを開始するボタンとして機能する。
【実施例２】
【００４３】
以下に透明フィルム中の異物を本実施例の形態により、電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像を得て、さらにはエネルギー分散型Ｘ線分析装置により目的位置の元素分析を行う手順を説明する。異物とは、製品の製作者が意図せず製品中に含まれた物質を指し、製品中に混入した製品の出荷に支障をきたすような粒子、あるいは粒子集合体のことであり、その多くは目視あるいは光学顕微鏡下で確認が可能な大きさである。透明フィルムの多くは無色透明な樹脂製フィルムであるが、その厚さは様々である。ここでの本実施例の形態では樹脂製のフィルムにとどまらず、紙，ガラスや、雲母を代表とする光学的に透明な鉱物中に存在する異物の評価にも適応可能である。
【００４４】
透明フィルム中に含まれる異物は光学画像と電子顕微鏡画像とで見え方が大きく異なる。その理由は光学的には透明なフィルムを透かして異物の全体像を見ることができることに対し、電子顕微鏡下ではフィルムが不透明なため、異物がフィルムから露出した部分のみが観察されるためである。
【００４５】
異物を発見した場合、操作者は異物が含まれるフィルムを電子顕微鏡の試料室に入れ、
試料室を真空引きすると共に、ナビゲーションウィンドウを起動させる。操作者は低倍率での光学画像が表示された画像ウィンドウ上でサンプルを確認した後に、図６中、２０に示すキャプチャ位置選択ツールで操作者が合成画像を取得したい異物を囲む。このとき、画像ウィンドウには光学画像が表示されているため、操作者は容易に異物の位置を確認できる。次いで取り込み位置確定ボタンをクリックすると光学画像と電子顕微鏡画像の合成像が画像ウィンドウに表示される。ここまでの手順は実施例１と同一である。
【００４６】
もし、電子顕微鏡画像が反射電子像であれば、フィルム中の異物はフィルム部とは異なるコントラストで見えることになる。異物が金属、あるいは金属化合物であった場合には周辺よりも明るいコントラストの部位が観察されることになるが、この部分がフィルムから露出した異物である。電子顕微鏡画像と光学画像で異物の輪郭が重なれば、異物は完全にフィルムから露出している。一方、電子顕微鏡下で異なるコントラストの場所が全く見つからなければ、異物はフィルムと同一組成か、フィルム中に完全に埋没していることになる。
【００４７】
図１０はフィルムから、金属あるいは金属化合物から成る異物の一部が露出している状態を、本実施例の方法で観察した場合の説明図である。実施例１では図７の状態に相当する。図１０中、３６の灰色部は異物の光学画像であり、３７の白色部は異物の電子顕微鏡画像である。異物の電子顕微鏡画像は反射電子像であることが望ましい。フィルムから異物が露出している部位は電子顕微鏡画像では明るいコントラストとして見えているが、フィルム成分に覆われている部分はフィルムと同じコントラストで見えている。一方、光学画像ではフィルム成分に覆われている部分も、露出している部分と同様に見ることができる。このため、両画像を重ね合わせると、フィルムから異物が露出している部分は明るいコントラスト，フィルム成分に覆われている部分は暗いコントラストで見えることになる。
【００４８】
フィルムから異物が露出した部位を強調して表示したい場合には、操作者は図１０中、３８に示した異物モードボタンをクリックする。この操作を行うと、電子顕微鏡画像は明るいコントラストの部分と暗いコントラスト部分に二値化され、明るい部分は擬似カラーで表示される。すなわち、フィルムから露出した異物は擬似カラーで表示され、フィルム部および異物がフィルム成分に覆われている部分は黒色となり、画像情報が消失する。不透明度を７０％から４５％に設定した光学画像を重ねて合成画像を作成した場合には、異物がフィルムから露出している部位は光学画像と擬似カラーで着色された電子顕微鏡画像が重ねて表示され、異物がフィルムに埋没している場所は光学画像だけが表示される。
【００４９】
この方法の利点は電子顕微鏡で見えている、フィルムから露出した異物の部位が、全体の異物中のどこに位置しているかを、擬似カラーを用いて視覚的に容易に判断できることにある。すなわち、光学的に異物が複数のユニットから構成されているように見える場合、本実施例の方法を用いることで、どのユニットがフィルムから露出しているのかを判断することが可能である。
【００５０】
さらに別の応用例として、金属などの導電性素材を樹脂の被覆で覆ったサンプルにおいて、絶縁不良箇所を容易に見つけることも可能である。電子顕微鏡画像だけでは、樹脂の被覆が剥がれた場所のみを観察可能であるが、本実施例の方法により全体の構造を光学画像で把握し、さらにはどの部分に絶縁不良があるかを視覚的に見出すことが可能になる。絶縁不良箇所は擬似カラー表示されるが、サンプルとは大きく異なった色彩で表示されたほうが見やすいことは当然である。したがって、電子顕微鏡画像の擬似カラー表示は任意に色を変えられることが望ましい。
【００５１】
操作者は擬似カラーで表示されている部分をエネルギー分散型Ｘ線分析により組成分析することで異物が何であるのかを判断できる。この場合でも、本実施例の方法では全体の異物中のどこを分析しているのかを視覚的に判断できる利点がある。このとき、擬似カラー表示されている部分に限定した分析を行えば異物成分が検出されるが、光学画像で異物が見えていても、擬似カラー表示されていない箇所を分析すれば樹脂成分が検出される。異物が複数のユニットから構成されている場合、フィルムに異物の大部分が埋もれており、電子顕微鏡下ではその一部しか観察できない場合であっても、操作者は本実施例の方法を用いることで、どのユニットを分析したのかを容易に知ることができる。
【００５２】
操作者は図１０中、３８に示した異物モードボタンをクリックすると、マウスで任意の位置を指定することが可能になり、エネルギー分散型X線分析結果の表示ボタン３９をクリックすることでエネルギー分散型Ｘ線分析の結果が表示される。任意の位置を指定する方法としては、マウスで目的位置をシングルクリック、あるいはダブルクリックした場合には点指定となり、ドラッグ・アンド・ドロップ操作を行った場合には面指定となる。図１０中、４０で示したマッピング開始ボタンをクリックした場合には表示されている全画面のマッピング分析がスタートする。
【００５３】
尚、光学画像と電子顕微鏡画像の合成画像を保存する方法は実施例１と同じである。
【実施例３】
【００５４】
以下に光学的色彩不良を本実施例の形態により、電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像を得て、さらにはエネルギー分散型Ｘ線分析装置により目的位置の元素分析を行う手順を説明する。光学的色彩不良とは、紙，樹脂製フィルム，セラミック，金属，食品の表面に可視光線、つまり目視あるいは光学顕微鏡下で確認できる着色現象であり、製品の製作者が意図しない、製品の出荷に支障をきたすような現象を指す。その多くは製品の製作者が意図しない異物，不純物，混入物の集積による着色であるが、製品の製作者が意図的に混入させた添加物の集積が原因であることもある。その他にも基本となる製品，機材の劣化や化学反応に伴う着色現象もあり、この場合は腐食や錆と同義である。微生物の増殖に伴う生物的な着色減少もある。さらには製品の表面に油分や樹脂による薄層が出現し、そのために試料表面が虹色に着色することもある。製品表面の平滑が乱され、光の散乱により着色がみえることもあるが、この現象については実施例４と同義である。
【００５５】
着色現象を伴う光学的色彩不良は目視や光学顕微鏡下では確認が容易であるが、電子顕微鏡下では確認に戸惑うことが多い。この原因は電子顕微鏡の一般的な二次電子および反射電子検出器では可視光を検出せず、したがって光学的な色彩が見えないためである。一般的な例では、機材の表面が赤，青，黄色に着色された場合、電子顕微鏡下で着色箇所が確認できたとしても、どの場所が赤で、青で、黄色なのかは判断が困難である。着色箇所が少数であれば、簡易的な見取り図を作成することで電子顕微鏡下でも着色箇所の同定は可能であるが、着色箇所が多数であれば同定は不可能と言ってもよい。一方、電子顕微鏡下では光学的な色情報を確認することが困難でも、反射電子像を用いた組成像観察，エネルギー分散型Ｘ線分析を用いた元素分析は光学的色彩不良の原因究明には有効な手段となりえる。このため、光学的色彩情報と電子顕微鏡画像を重ねて表示することが重要な課題であり、本実施例は、この課題に対する有効な解決手段となりえる。
【００５６】
このような光学的色彩不良を発見した場合、操作者は光学的色彩不良が含まれるフィルムを電子顕微鏡の試料室に入れ、試料室を真空引きすると伴に、ナビゲーションウィンドウを起動させる。操作者はウィンドウ上でサンプルを確認した後に、図６中、２０に示すキャプチャ位置選択ツールで操作者が光学的色彩不良を囲む。このとき、ウィンドウには光学画像が表示されているため、操作者は容易に光学的色彩不良の位置を確認できる。次いで取り込み位置確定ボタンをクリックすると光学画像と電子顕微鏡画像の合成像がウィンドウに表示される。ここまでの手順は実施例１と同一である。
【００５７】
操作者は電子顕微鏡画像に光学的な色情報を付加して観察することが可能なため、電子顕微鏡下で確認できた構造と着色箇所の同定を容易に行うことができる。操作者が反射電子像で観察していた場合、着色箇所が反射電子像のコントラストの差異でも確認できれば、そこには機材とは別の組成を持った異物が付着していると判断できる。この場合は実施例２に示したようにエネルギー分散型Ｘ線分析により組成分析することで異物が何であるのかを判断できる。様々な色彩を持った着色箇所が多数存在し、それぞれの反射電子像のコントラストが様々に異なる場合には、場合にはマッピング開始ボタン４０をクリックし、二次元的な元素分布の情報を得ることが有効な問題解決手段となる。
【実施例４】
【００５８】
以下に金属，セラミック，樹脂，ガラスの表面に、目視あるいは光学顕微鏡下で確認可能な傷を本実施例の形態により、電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像を得て、さらにはエネルギー分散型Ｘ線分析装置により目的位置の元素分析を行う手順を説明する。傷とは、多くは点状あるいは線状の凹みであるが、膨らみを伴うものも有る。ここでは製品の製作者が意図せず、製品の表面に出現し、製品表面の平滑を乱す現象を傷と呼ぶ。光学的に目視可能な傷の存在は製品の品質に対し、美的，性能的に大きな影響を与えるため、製品の製造現場では特に注意が必要な現象である。ここで説明する方法は金属，セラミック，樹脂，ガラスに限定されず、様々な有機，無機材料の表面形状の評価に適応可能である。
【００５９】
傷は目視や光学顕微鏡下では確認が容易であるが、電子顕微鏡下では位置確認に戸惑うことが多い。この原因は電子顕微鏡と目視あるいは光学顕微鏡では機材表面の凹凸の見え方が大きく異なることや、電子顕微鏡下では機材表面の様々な微細な構造が確認できるため、かえって光学的に確認できた傷の特定に戸惑うためである。
【００６０】
このような傷を発見した場合、操作者は光学的に傷が見られるサンプルを電子顕微鏡の試料室に入れ、真空引きを行うと伴に、ナビゲーションウィンドウを起動させる。操作者は画像ウィンドウ上でサンプルを確認した後に、図６中、２０に示すキャプチャ位置選択ツールで操作者が傷を囲む。このとき、画像ウィンドウには光学画像が表示されているため、操作者は容易に傷の位置を確認できる。次いで取り込み位置確定ボタンをクリックすると光学画像と電子顕微鏡画像の合成像がウィンドウに表示される。ここまでの手順は実施例１と同一である。
【００６１】
操作者は電子顕微鏡画像に光学的な傷の画像を付加して観察することが可能なため、電子顕微鏡下で確認できた構造と問題となる傷の同定を容易に行うことができる。操作者が反射電子像で観察していた場合、傷の位置が反射電子像のコントラストの差異でも確認できれば、そこには機材とは別の組成を持った異物が付着していると判断できる。この場合には実施例２に示したようにエネルギー分散型Ｘ線分析により組成分析することで異物が傷を生じされた原因物質を判定できる。一方、操作者が二次電子で観察していた場合には傷の構造を詳細に観察可能である。
【００６２】
照明機能を備えた光学画像撮像装置と光源が同軸である場合には、凹凸による影が見え難く、また試料表面の傷に明暗をつけることが難しいため、この場合は図２中、符号８で示した陰影画像取得用の照明装置を使用する。すなわち、光学画像撮像装置と光源の軸を変化させることで、陰影を強調させる。照明装置に照らされる試料の角度を変化させたい場合には、試料台ステージを回転させることで対応する。
【実施例５】
【００６３】
実施例１では、図１に示すように、中央部に穴の開いたミラー兼用反射電子検出器を、電子顕微鏡対物レンズの直下に、電子顕微鏡の光軸に対し４５°の傾斜で斜めに配置させているが、図１１に示す配置方法も可能である。すなわち、ミラー兼用反射電子検出器を電子顕微鏡の対物レンズの直下から水平方法にずらして配置することで、ミラー兼用反射電子検出器の中央部の開口部を無くす方法である。なお、本実施例の電子顕微鏡で、図１１に示す構成の他の部分については、図３と同一であるものとする。
【００６４】
図１１に示す方法ではミラー兼用反射電子検出器の鏡面は電子顕微鏡の光軸に対し直角をなす角度に配置される。ミラー兼用反射電子検出器は半導体型の反射電子検出器が望ましく、反射電子の検出面が鏡面になっており、さらに可視光の反射効率を増大させるためにアルミニウムによる蒸着を施してもよい。この発明形態では電子ビームはミラー兼用反射電子検出器の外側を通過する。したがって、ミラー兼用反射電子検出器は、電子顕微鏡の対物レンズの中央部を避けて、水平方向にずらして配置する。
【００６５】
図１１中、２のデジタル映像機能を備え、光軸と同軸の照明機能をも備えた光学画像撮像装置は、ミラー兼用反射電子検出器の斜め下方向に配置されるが、このとき４に示す光学画像撮像装置の光軸は、ミラー兼用反射電子検出器に対して４５°の角度をなす角度に配置する。６に示す試料台は、試料台の上面が電子顕微鏡の光軸に対し４５°の角度をなすように配置する。
【００６６】
図１２はミラー兼用反射電子検出器を電子顕微鏡の対物レンズの直下から水平方法にずらして配置した場合の実施形態を上面から示した説明図である。７に示すエネルギー分散型Ｘ線分析装置はサンプルの組成分析に試用する。具体的な使用手順については実施例２に説明した。凹凸のある試料、例えばサンプル表面の傷や穴，付着物を観察する場合、デジタル映像装置の光軸と同軸の照明装置では試料凹凸に陰影を付加することが困難であるため、図８に示すように側方向からの照明装置を使用する。
【００６７】
図１３に示されるように、光学画像撮像装置から見ると、ミラー兼用反射電子検出器の縦横比は１：２になるものの試料台の縦横比は１：１であり、歪みは生じない。ミラー兼用反射電子検出器の直径は３０mm以上であることが望ましい。この形態の利点としてミラー兼用反射電子検出器の中央部に開口部が無いことがあげられる。したがって、ミラー兼用反射電子検出器の中央部でもサンプルを投影することが可能である。
【００６８】
この発明形態でも具体的な使用手順は実施例１，２，３，４と同様であるが、ミラー兼用反射電子検出器の中央部でもサンプルを投影することが可能なため、図６中、１６に示すような開口部を隠すためのデジタル処理の必要は無くなる。図１４は、この発明形態でのナビゲーションウィンドウのレイアウトを示した説明図である。実施例１では、サンプルが試料台の中央部に位置している場合には、操作者は図６中、１９の視野移動ボタンをクリックすることでモーター駆動により試料台を５mm程度水平移動させる必要がある。しかしながら、ミラー兼用反射電子検出器を電子顕微鏡の対物レンズの直下から水平方法にずらして配置した場合の実施形態では、この操作は不必要となる。これ以外の操作手順は実施例１，２，３，４と同様である。
【実施例６】
【００６９】
図１５に示すように、ミラー兼用反射電子検出器を電子顕微鏡の対物レンズの直下に配置し、デジタル映像機能を備え、光軸と同軸の照明機能をも備えた光学画像撮像装置をミラー兼用反射電子検出器の斜め下方向に配置する方法も可能である。実施例５と同様、本実施例の電子顕微鏡で、図１１に示す構成の他の部分については、図３と同一であるものとする。５のミラー兼用反射電子検出器は半導体型の反射電子検出器が望ましく、反射電子の検出面が鏡面になっており、さらに可視光の反射効率を増大させるためにアルミニウムによる蒸着を施してもよい。ミラー兼用反射電子検出器の中央部には開口部があり、この穴を通して試料台６上の試料に電子ビームが照射される。ミラー兼用反射電子検出器の直径は３０mm以上であることが望ましいが、限定はされない。ミラー兼用反射電子検出器中央部の開口部の直径は５mm以下であることが望ましい。
【００７０】
３の光学画像撮像装置の光軸と５のミラー兼用反射電子検出器の鏡面のなす角は４５°であり、４の電子顕微鏡の光軸とミラー兼用反射電子検出器の鏡面のなす角は９０°である。ただし、光学画像撮像装置の光軸とミラー兼用反射電子検出器の鏡面のなす角は４５°に限定されない。
【００７１】
図１６はミラー兼用反射電子検出器を電子顕微鏡の対物レンズの直下に配置し、光学画像撮像装置をミラー兼用反射電子検出器の斜め下方向に配置する場合の実施形態を上面から示した説明図である。
【００７２】
本実施形態では、光学画像撮像装置から見たミラー兼用反射電子検出器に投影された試料台の縦横比に歪みが生じるが、これは画像処理により縦横比を適切に調整することにより解決が可能である。縦横比を調整する方法としては、試料とミラー兼用反射電子検出器、加えて光学画像撮像装置の位置関係から数学的に算出してもよいし、予め縦横比が分かっている試料をウィンドウ上に表示させ、そこに移されている試料の縦横比を予め明らかになっている縦横比に変化させることでキャリブレーションを実施してもよい。具体的な操作手順は実施例１，２，３，４と同様である。
【符号の説明】
【００７３】
１  電子顕微鏡対物レンズ
２  光学画像撮像装置
３  光学画像撮像装置の光軸
４  電子顕微鏡の光軸
５  ミラー兼用反射電子検出器
６  試料台
７  エネルギー分散型Ｘ線分析装置
８  陰影画像取得用の照明装置
９  陰影画像取得用の照明装置の光軸
１０  試料台上のサンプル
１１  ミラー兼用反射電子検出器に反射した試料台の輪郭
１２  ミラー兼用反射電子検出器に反射した試料台上のサンプル
１３  ミラー兼用反射電子検出器中央部の穴
１４  スタートボタン
１５  画像ウィンドウに表示された試料台の光学画像
１６  ミラー兼用反射電子検出器中央部の開口部を隠すためのデジタル処理
１７  試料台上面の全面画像
１８  試料台上のサンプルの光学画像
１９  視野移動ボタン
２０  キャプチャ位置選択ツール
２１  取り込み位置確定ボタン
２２  電子顕微鏡画像と光学画像の合成画像
２３  スケールバー
２４  不透明度設定バー
２５  縮小画面切り替えボタン
２６  ライブ像切り替えボタン
２７  電子顕微鏡画像
２８  光学画像
２９  合成画像の保存ボタン
３０  リセットボタン
３１  電子顕微鏡画像の保存ボタン
３２  アライメントボタン
３３  試料台サイズ入力ツール
３４  アライメント用試料台設定枠
３５  アライメント完了ボタン
３６  異物の光学画像
３７  異物の電子顕微鏡画像
３８  異物モードボタン
３９  エネルギー分散型Ｘ線分析結果の表示ボタン
４０  マッピング開始ボタン
３０１  電子光学鏡筒
３０２  真空試料室
３０３  真空排気装置
３０４  パーソナルコンピュータ
【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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【図１３】
2011187192.tif 000015
【図１４】
2011187192.tif 000016
【図１５】
2011187192.tif 000017
【図１６】
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