(57)【要約】【課題】本発明は透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法及びシステムに関し、透過電子顕微鏡の光学条件は同一のまま、最適な輝度で画像データを取得することができる透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法を提供することを目的としている。【解決手段】透過電子顕微鏡で作成した試料像をカメラ４で観察する場合において、透過電子顕微鏡の光学条件を変更した場合、当該光学条件の変更に伴って透過電子顕微鏡で作成した試料像の輝度を、前記光学条件から算出される補正値を用いてカメラ４の感度を変更することで調整するように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過電子顕微鏡で得られた試料像をカメラで観察する場合において、
透過電子顕微鏡の光学条件を変更した場合、当該光学条件の変更に伴って透過電子顕微鏡で得られた試料像の輝度を、前記光学条件から算出される補正値を用いてカメラの感度を変更することで調整する、
ことを特徴とする透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法。
【請求項２】
前記カメラとしてＣＣＤカメラを用いたことを特徴とする請求項１記載の透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法。
【請求項３】
透過電子顕微鏡で得られた試料像をカメラで観察する場合において、
透過電子顕微鏡の光学条件を変更した場合、当該光学条件の変更に伴って透過電子顕微鏡で得られた試料像の輝度を、前記光学条件から算出される補正値を用いてカメラの感度を変更することで調整する調整手段を設けたことを特徴とする透過電子顕微鏡における画像の輝度調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法及びシステムに関し、更に詳しくは透過電子顕微鏡の倍率等を変化させた際に生じる輝度の変化をカメラの感度を調整することにより補正するようにした透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡において、一般に電子線の照射は、試料の上に位置する照射レンズ系を制御し、拡大像は試料の下に位置する結像レンズ系で制御され、任意の倍率が設定される。従って、倍率を上げ高倍率にするほど大きな拡大像が得られるが、その一方で蛍光板上での電流密度は減少し、高倍率になるに従い、暗い画像しか得られなくなる。
【０００３】
また、同様に低倍率になるに従い、蛍光板上での電流密度は増加し、明かるい像が得られるようになる。特に、画像をＣＣＤカメラ等で観察している場合、急激な明るさの増加により受光素子を破壊するような場合がある。このため、オペレータがその倍率での最適な画像の明るさが得られるように、照射電流量を照射系レンズで注意深く調整し、観察を行なっている。
【０００４】
従来のこの種のシステムとしては、個体撮像カメラの感度を切り替える方法として、マトリクス状に個体撮像素子が配置されたイメージセンサの場合に、複数の感度補正手段を有する場合において、所定の設定感度に対して前記複数の感度補正手段の設定状態を記述したテーブルを設け、設定感度を示す入力を受けると、前記テーブルを参照して前記感度補正手段のそれぞれを、入力された設定感度に対して前記テーブルに記述されている設定状態とする技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、ビニング機能を有するＣＣＤカメラにおいて、見かけ上１画素当たりの光量を一定に保つ露出時間を求め、シャッタの制御を行なう技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１２２５４３号公報（段落００２０〜００２８、図１）
【特許文献２】特開平１１−１２２５４０号公報（段落００１５〜００２６、図１、図３、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電子顕微鏡での一連の画像観察では、決められた倍率でのみ観察するわけではなく、最初に目的とする視野を探すために、低倍率での観察を行ない、目的とする視野を見つけた後は、中倍率で複数の目的物の中から最適なものを選択し、更に高倍率に上げて、目的とする観察を行なう。また、これらの操作を繰り返して観察を行なう。もちろん、倍率は上げるばかりではなく、逆に高倍率から低倍率への観察も行われる。
【０００７】
これらの倍率の変化に合わせ、いちいち試料への照射電子線の量を調整することはオペレータにとって極めて煩わしく、操作性を損なうと共に、ＣＣＤカメラの受光素子の破壊につながることとなる。また、特に試料への照射電子線の量の増加は、例えば試料がＤＮＡ等で代表される生体高分子等の試料である場合には、照射電子線による発熱や他の物理現象により、その構造が破壊されダメージを受け、観察の目的の用をなさなくなることもある。
【０００８】
また、試料が結晶性試料、高分解能観察試料等の場合では、先の照射電子線の量を変えることは、試料を照射する電子線の照射角をも変えることにつながり、散乱電子線と透過電子線の干渉により情報が失われ、観察そのものが意味をなさない結果につながることがある。
【０００９】
従来技術では、光学条件の変更による輝度変化補正を行なうと、試料への電子線の照射量が変化する。電子線によって損傷を受けてしまう試料では、電子線の照射量を極力少なく調整し、これが変化しないように使用するため、光学条件の変更による輝度変化の補正を行なうことができない。また、そもそも、透過電子顕微鏡の機能の実行とは別の光学条件を変更してしまうため、得られる画像データに別の要因が含まれてしまい画像データの解釈に悪影響を及ぼしてしまう。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、透過電子顕微鏡の機能の実行による光学条件の変更によって発生する画像の輝度の変化を、画像データを取得するカメラの感度を変更して補正することにより、それ以外の光学条件は同一のまま、最適な輝度で画像データを取得することができる透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）請求項１記載の発明は、透過電子顕微鏡で作成した試料像をカメラで観察する場合において、透過電子顕微鏡の光学条件を変更した場合、当該光学条件の変更に伴って透過電子顕微鏡で作成した試料像の輝度を、前記光学条件から算出される補正値を用いてカメラの感度を変更することで調整する、ことを特徴とする。
【００１２】
ここで、光学条件とは、加速電圧、電子線発生機構の設定、試料に電子線を照射する光学系の条件（スポットサイズ、α、ブライトネス、若しくは各レンズ（ＣＬ１，ＣＬ３、ＣＭ）に流す電流の設定値、絞り径）、拡大像を結像する光学系の条件（倍率、フォーカス、若しくは各レンズ（ＯＬ、ＩＬ、ＰＬ）に流す電流の設定値対物絞り径、制限絞り径）である。
【００１３】
αは傾斜角をつけて試料上に照射した時の集束角をいい、ＣＬ１，ＣＬ３は集束レンズ、ＣＭは前記αを変更するレンズ、ＯＬは対物レンズ、ＩＬは拡大系レンズ、ＰＬは最終的な拡大系レンズである。また、カメラの感度とは、露出時間、読み出し回路のゲイン、オフセットである。
（２）請求項２記載の発明は、前記カメラとしてＣＣＤカメラを用いたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、透過電子顕微鏡で作成した試料像をカメラで観察する場合において、透過電子顕微鏡の光学条件を変更した場合、当該光学条件の変更に伴って透過電子顕微鏡で作成した試料像の輝度を、前記光学条件から算出される補正値を用いてカメラの感度を変更することで調整する調整手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
（１）請求項１記載の発明によれば、透過電子顕微鏡の機能の実行による光学条件の変更によって発生する画像の輝度の変化を、画像データを取得するカメラの感度を変更して補正することにより、それ以外の光学条件は同一のまま、最適な輝度で画像データを取得することができる透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法を提供するができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、カメラとしてＣＣＤカメラを用いることにより、解像度が高く、比較的安価なカメラを提供することができる。
（３）請求項１記載の発明によれば、透過電子顕微鏡の機能の実行による光学条件の変更によって発生する画像の輝度の変化を、画像データを取得するカメラの感度を変更して補正することにより、それ以外の光学条件は同一のまま、最適な輝度で画像データを取得することができる透過電子顕微鏡における画像の輝度調整システムを提供するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明では、各種の機能のモード切り替えや倍率切り替えに伴う画像の明るさを試料上での電子線密度を変えることなく、ＣＣＤカメラの感度を制御することにより、最適な明るさの画像を得るものである。蛍光板若しくはＣＣＤカメラ上での画像の電流密度は、
（ａ）試料照射電流
（ｂ）電子線の試料透過率
（ｃ）透過電子線を拡大する結像レンズ
に依存する。
【００１６】
ここで、（ａ）の試料照射電流密度は、
１）加速電圧
２）エミッション電流
３）スポットサイズ（照射系の各種レンズの励磁電流）
４）可動絞りの穴径
５）集束レンズ（ＣＬ）のフォーカス電流
の関数で一義的に決定することができる。例えば、加速電圧１００ＫＶ、エミッション電流１０μＡ、スポットサイズ４番、可動絞り穴径１００μｍφ、ＣＬフォーカス値３．４Ｖとすれば、試料上での電流密度は例えば、１０-10Ａ／ｃｍ2と与えられる。
【００１７】
次に、（ｂ）の電子線の試料透過率は、試料の材質、厚さ等によるため決定は難しいが、透過電子顕微鏡である以上、透過電子線を１００％使用するこが前提である。次に、（ｃ）の結像レンズによる依存性は、倍率が１であれば、試料の照射電流密度がそのまま、蛍光板上での電流密度となる。従って、倍率が２倍となれば、画像の面積は４倍となり、蛍光板上での電流密度は試料上の電流密度の１／４となる。即ち、倍率の２乗に反比例した値となる。
【００１８】
もちろん、結像系での制限視野絞りを挿入した場合、電子線解析の場合等での場合は、それに応じた変化となる。その場合のパラメータとして、
（ａ）画像の場合
倍率
制限絞り穴径
（ｂ）回折の場合
カメラ長
等がある。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態を示す構成図である。図において、１は透過電子顕微鏡、３はコンピュータ、２は透過電子顕微鏡１とコンピュータ３との通信用ケーブル、４は透過電子像を撮すカメラである。前記コンピュータ３としては、例えばパソコンが用いられ、カメラ４としては、例えばＣＣＤカメラが用いられる。５はコンピュータ３からカメラに対して制御信号を送るための信号ケーブル、６はカメラ４からの映像信号をコンピュータ３に送る信号ケーブルである。７はコンピュータ３に各種の設定を行なう操作部、８はコンピュータ３内に設けられた各種情報を記憶する記憶装置である。操作部７としては、例えばキーボードとマウスが用いられ、記憶装置８としては、例えばフラッシュメモリが用いられる。このように構成されたシステムの動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２０】
図２は本発明システムの動作の一例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、本発明の動作を説明する。動作の主体は、コンピュータ３である。
処理１（Ｓ１）装置の初期化
装置を起動すると、先ず装置（システム）の初期化を行なう。ここでは、保存された光学条件変更に連動したカメラ感度自動補正機能の設定条件をコンピュータ３の記憶装置８から読み込む。若し、保存された設定条件がない場合は、デフォルトの設定条件を利用する。
処理２（Ｓ２）装置の設定
必要があれば、光学条件変更に連動したカメラ感度自動補正機能の設定条件を操作部７からの入力により変更し、コンピュータ３の記憶装置８に保存する。前述したように、ここで保存された設定条件は次回の起動時に読み込まれる。
処理３（Ｓ３）光学条件変更前の画像データの輝度と、カメラ感度制御の設定値の記録
現在の光学条件での画像データの輝度と、カメラ感度制御の設定値をコンピュータ３の記憶装置８に記録しておく。
処理４（Ｓ４）光学条件の変更
ユーザからの操作部７の操作による透過電子顕微鏡の機能を実行することにより、光学条件が変更される。
処理５（Ｓ５）画像データの輝度変化量の計算
光学条件を変更したことに伴う、画像データの輝度変化量を計算する。ここで、画像データの輝度変化量とは、処理３で記録した画像データの輝度と、処理４で変更した光学条件での画像データの輝度との差分を表す。
【００２１】
ここで、処理４で変更した光学条件で得られるべき画像データの輝度の算出方法には、以下に示す３つの方法がある。
１）光学設計より算出する方法
光学設計から、光学条件と画像データとの輝度との関係式を導出する。処理３で記録した光学条件変更前の画像データの輝度とこの関係式から算出する。
２）キャリブレーション法
予め、全ての光学条件とそれぞれの画像データの輝度を測定し、コンピュータ３の記憶装置８に記録しておく。記録しておいた処理３での光学条件での画像データの輝度と処理３で記録した画像データの輝度との差分を、記録しておいた処理４の光学条件での画像データの輝度から引いて算出する。
３）１）と２）の組み合わせ
予め測定して記録しておく画像データの輝度を、個数限定の特定の光学条件でコンピュータ３の記憶装置８に記録しておく。処理４で変更される光学条件が、画像データの輝度の記録がある光学条件の場合、２）の算出方法を用いて、画像データの輝度の記録がない光学条件の場合、１）の方法で算出する。
処理６（Ｓ６）カメラに設定する値の算出
処理５で算出した画像データの輝度変化量を実現できるように、カメラ感度制御（例：露光時間、読み出し回路のゲイン、オフセット）の設定値を算出する。この設定値が光学条件から算出される補正値である。この設定値は、処理３におけるカメラ感度制御の設定値と、カメラ感度制御の特性、処理５で算出した画像データの輝度変化量により算出される。
処理７（Ｓ７）カメラへの設定値の送信
処理６で算出したカメラ感度制御の設定値をカメラ４に信号ケーブル５から送信する。
処理８（Ｓ８）装置の停止
処理７でカメラ制御の設定値をカメラ４に送信した後、システム停止命令があるかどうかチェックする。ない場合には、処理３に戻り現在の光学条件での画像データの輝度と、カメラの設定値を記録する。ある場合には、装置（システム）の動作を停止する。
【００２２】
以上のような一連の処理により、透過電子顕微鏡の機能の実行による光学条件の変更によって発生する画像の輝度の変化を、画像データを取得するカメラの感度を変更して補正することにより、それ以外の光学条件は同一のまま、最適な輝度で画像データを取得することができる透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法を提供するができる。
【００２３】
上述の実施の形態では、カメラとしてＣＣＤカメラを用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、その他の種類の輝度調整を行なうことができるカメラにも等しく適用することができる。
【００２４】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、透過電子顕微鏡の機能の実行による光学条件の変更によって発生する画像の輝度の変化を、画像データを取得するカメラの感度を変更して補正することにより、それ以外の光学条件は同一のまま、最適な輝度で画像データを取得することができる透過電子顕微鏡における画像の輝度調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１  透過電子顕微鏡
２  通信用ケーブル
３  コンピュータ
４  カメラ
５  信号ケーブル
６  信号ケーブル
７  操作部
【図１】
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【図２】
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