(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージと画像撮影手段のキャリブレーションを行なうステップ１と、
ステージの全移動範囲を埋め尽くすように撮影位置を計算するステップ２と、
最初の撮影位置にステージを移動するステップ３と、
分割した試料の描画単位を画像撮影手段で撮影した透過画像から画像データＡを取得するステップ４と、
取得した画像データＡを画像撮影座標系からモンタージュ画像座標系に変換して第１のバッファに記憶するステップ５と、
次の撮影位置にステージを移動し、画像撮影手段で撮影した透過画像から画像データＢを取得するステップ６と、
取得した画像データＢを画像撮影座標系からモンタージュ画像座標系に変換して第２のバッファに記憶するステップ７と、
前記第１のバッファ及び第２のバッファに記憶した画像のマッチングを行ない２枚の画像のずれ量を求めるステップ８と、
第２のバッファの画像を前記求めたずれ量だけずらして第１のバッファに記憶し、第２のバッファには再び空のデータを入れておくステップ９と、
ステップ６からステップ９までの処理を繰り返し、求めた全てのずれ量をモンタージュ座標系からステージ座標系に座標変換したものを補正データとして補正マップを作成するステップ１０と、
モンタージュを行なう際は前記補正マップを利用してステージを移動させる座標を求めるステップ１１
から構成されることを特徴とする画像モンタージュ処理によるステージ動作補正方法。
【請求項２】
前記ステージの移動は、目的位置へ到達する時には同じベクトルとなっているように移動させることを特徴とする請求項１記載の画像モンタージュ処理によるステージ動作補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像モンタージュ処理によるステージ動作補正方法に関し、更に詳しくは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によりモンタージュ画像を作成する際にステージ動作のずれを補正するようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
ＴＥＭのステージは、指定した座標に精度よく移動させることができるが、場所によっては少しずれることがある。これは、ステージを構成しているギアやバネ等の動作誤差から生じるものであり、ハードウェアでは避けがたいものである。そのため、モンタージュを作成する際には、モンタージュを構成する撮影画像枚数を増やし、１枚あたりのサイズを小さくし、撮影画像間のステージ移動の距離を短くすることで、ずれを目立たなくする方法をとっている。
【０００３】
従来のこの種技術としては、電子ビームの走査領域中の画像を取り込む領域を単位として試料を仮想的に格子状に区画した各区画に対して電子ビームの走査が行われるように試料を移動させる試料移動制御手段を有し、各区画について得られた画像データを各区画の位置に対応づけて前記画像メモリに格納することにより合成画像データを作成する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、走査範囲内の領域の観察を何回か繰り返して行ない、各走査領域はその一部が重なるようにしておき、重なっている部分の画像データが一致するようにつなぎ合わされる装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
また、撮影したディジタル画像の一部が重複するように連続的に撮影場又は撮影方向を移動させながら撮影した複数のディジタル画像を連続的につなぎ合わせて一つのパノラマ画像を合成処理する画像処理装置が知られている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−２５０５００号公報（段落０００８〜００１６、図１、図２）
【特許文献２】特開平６−３４３１３号公報（段落０００８〜００１２、図１〜図５）
【特許文献３】特開２００４−１３９２１９号公報（段落００２６〜００２９、図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来の技術では、モンタージュを構成する撮影画像枚数を増やして１枚当たりのサイズを小さくしていたので、処理に時間を有するという問題があった。
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、モンタージュ画像の作成時間が短縮でき、より正確なモンタージュ画像を作成することができる画像モンタージュ処理によるステージ動作補正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】
【０００７】
（１）請求項１記載の発明は、ステージと画像撮影手段のキャリブレーションを行なうステップ１と、ステージの全移動範囲を埋め尽くすように撮影位置を計算するステップ２と、最初の撮影位置にステージを移動するステップ３と、分割した試料の描画単位を画像撮影手段で撮影した透過画像から画像データＡを取得するステップ４と、取得した画像データＡを画像撮影座標系からモンタージュ画像座標系に変換して第１のバッファに記憶するステップ５と、次の撮影位置にステージを移動し、画像撮影手段で撮影した透過画像から画像データＢを取得するステップ６と、取得した画像データＢを画像撮影座標系からモンタージュ画像座標系に変換して第２のバッファに記憶するステップ７と、前記第１のバッファ及び第２のバッファに記憶した画像のマッチングを行ない２枚の画像のずれ量を求めるステップ８と、第２のバッファの画像を前記求めたずれ量だけずらして第１のバッファに記憶し、第２のバッファには再び空のデータを入れておくステップ９と、ステップ６からステップ９までの処理を繰り返し、求めた全てのずれ量をモンタージュ座標系からステージ座標系に座標変換したものを補正データとして補正マップを作成するステップ１０と、モンタージュを行なう際は前記補正マップを利用してステージを移動させる座標を求めるステップ１１から構成されることを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、前記ステージの移動は、目的位置へ到達する時には同じベクトルとなっているように移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
（１）請求項１記載の発明によれば、モンタージュ画像の作成時間が短縮でき、より正確なモンタージュ画像を作成することができる画像モンタージュ処理によるステージ動作補正方法悪提供することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ステージ系のギアのバックラッシュ等による影響を除いて正確なステージ移動ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明を実施するための透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の構成例を示す図である。図において、１は鏡筒である。装置の構成要素は鏡筒１内に含まれる。鏡筒１内は高真空状態に保持される。電子銃２から発生された電子ビームＥＢは集束レンズ３で集束され、試料４に照射される。試料４は試料ステージ５の上に載置されており、ステージ移動機構６により２次元方向に移動される。
【００１０】
７は試料４を透過した像を集束する対物レンズ、８は対物レンズ７で集束された像を集束する電子レンズである。９は試料４を透過した像を撮影する画像撮影手段としてのＣＣＤカメラ、１０はＣＣＤカメラ９の若干下面に設けられた蛍光面である。ＣＣＤカメラ９を取り除いた場合、像は該蛍光面１０で発光し、像として人間がのぞき窓から見ることができる。
【００１１】
一方、ＣＣＤカメラ９で撮影された像は、画像処理部１２に入力されてディジタル画像に変換され、所定の画像処理を行なった後、制御装置１３に入力される。制御装置１３は後述する本発明を実行するものである。制御装置１３としては、例えばコンピュータが用いられる。該制御装置１３は前記ステージ移動機構６を制御する。１４は画像データ等を記憶するメモリである。該制御装置１３は、その他にもＴＥＭの各構成要素の動作を制御するためにも用いられる。
【００１２】
このように構成された装置において、電子銃２から放出された電子ビームＥＢは集束レンズ３で集束された後、試料４に照射される。この時、試料４を透過した透過像は、対物レンズ７で集束された後ＣＣＤカメラ９により撮影される。撮影された透過像は、画像処理部１２で所定の画像処理が行われた後、制御装置１３に入力される。制御装置１３は、メモリ１４を用いて後述するようなモンタージュ処理によるステージ動作補正を行なう。
【００１３】
図２は本発明の動作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。先ず、ステージとＣＣＤカメラのキャリブレーションを行なう（Ｓ１）。ステージの中でＣＣＤカメラで撮った画像がステージ座標でどのように表されるかを認識する必要があるためである。このキャリブレーションは、ステージ座標とＣＣＤカメラ座標のキャリブレーションを行ない、撮影読取り画像の座標（ＣＣＤカメラ座標）と、モンタージュ画像の座標との座標変換ができるようにしておく。具体的には、ステージ座標とＣＣＤカメラ座標とのずれ量を求めておく。
【００１４】
図３はステージ座標とカメラ座標の関係を示す図である。図において、Ｐはステージ座標、Ｑはカメラ座標である。ＣＣＤカメラ座標Ｑは、機械的に取り付けられていることに基づき、その位置は固定である。図のように、試料ステージ５が移動しても、カメラ座標Ｑは図のようにステージ座標系に対して傾いたものとなっている。従って、ＣＣＤカメラ９による撮影画像は図に示す角度をもって撮影されていくことになる。
【００１５】
次に、ステージの全移動範囲を埋め尽くすようにステージの移動の仕方と撮影位置を計算する（Ｓ２）。ここでは、ステージ座標を用いて撮影位置の計算を行なう。ステージの移動方法については後述する。次にモンタージュの画像を作成する。モンタージュ画像の作成は以下のシーケンスにより行なう。制御の主体は制御装置１３である（図１参照）。
１）モンタージュ画像用バッファＡとバッファＢを作成し、空のデータを入れておく（Ｓ３）。図２にバッファＡとバッファＢとを示す。ここで、バッファＡとバッファＢとは制御装置１３と接続されるメモリ１４内に設けられる。
２）次に制御装置１３は、ステージ移動機構６を作動させて、最初の撮影位置にステージ５を移動させる（Ｓ４）。
３）次に、ＣＣＤカメラ９で画像を撮影し、画像データを取得する（Ｓ５）。
４）次に、制御装置１３は取得したＣＣＤカメラ９の画像データをバッファＡに入れる（Ｓ６）。その際、制御装置１３はステージの座標が正しいものとして、撮影画像とモンタージュ画像の座標変換を行なう。そして、ＣＣＤカメラ座標系からモンタージュ座標系に変換された画像データがバッファＡに入れられることになる。撮影画像はＣＣＤカメラ座標系、モンタージュ画像はモンタージュ座標系である。モンタージュ座標系は座標と画像の倍率で決まる座標系である。
５）次に、制御装置１３はステージ移動機構６を作動させて、次の撮影位置にステージ５を移動させる（Ｓ７）。
６）次に、ＣＣＤカメラ９で画像を撮影し、画像データを取得する（Ｓ８）。
７）次に、制御装置１３は取得した画像データをバッファＢに入れる（Ｓ９）。その際、制御装置１３はステージの座標が正しいものとして、撮影画像とモンタージュ画像の座標変換を行なう。この場合、ＣＣＤカメラ座標系からモンタージュ座標系に変換された画像データがバッファＢに入れられることになる。
８）次に、制御装置１３はバッファＡとバッファＢの画像のマッチングを計算する（Ｓ１０）。この場合において、バッファＡとバッファＢの画像のうち、どちらもデータを持つエリアのみに着目して画像のマッチングを行ない、２枚の画像のずれを求める。ずれの求め方については後述する。このずれをメモリ１４に保存しておく。
９）次に、制御装置１３は、バッファＢの座標を８）で求めたずれ量だけずらしてバッファＡに入れる（Ｓ１１）。この場合において、バッファＢには再び空のデータを入れておく。
１０）５）から９）までを繰り返す。
【００１６】
次に、制御装置１３は全ての領域に移動したかどうかチェックする（Ｓ１２）。全域に達しない場合はステップＳ７に戻りステージ移動を行なう。全域に達した場合には、補正マップを作成する（Ｓ１３）。ここで、メモリ１４に記憶されているずれ量はモンタージュ座標系であるので、これをステージ座標系に変換したものをメモリ１４に保存し、補正マップとする。補正マップの詳細については後述する。モンタージュを行なう際には、前記補正マップを利用してステージを移動させる。補正マップを利用した座標の求め方については後述する。
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、モンタージュ画像の作成時間が短縮でき、より正確なモンタージュ画像を作成することができる。
次に、ステージの移動方法について説明する。図４はステージの移動とＣＣＤカメラ撮影領域の関係を示す図である。２０はステージ移動領域であり、ステージが矢印の如く進んだ時の最初の撮影領域が２１であり、最後の撮影領域が２２で示される。２３はＣＣＤカメラ１フレームの撮影領域を示し、これがずれて重なっていくことになる。図の矢印→は、ステージ移動機構６の移動方向を示している。ステージ移動機構６の移動は、ステージのバックラッシュを考慮して、目的位置へ到達する時には同じベクトルとなっているように移動させる。このようにすることにより、ステージ系のギアのバックラッシュ等による影響を除いて正確なステージ移動ができる。
【００１８】
次に、ずれの求め方について説明する。画像Ａと画像Ｂとが共にデータを持っているエリアをそれぞれ画像Ａ'と画像Ｂ'とする。マッチングする位置を見つける方法は幾つかあるが、以下にそのうちの２つの方法について説明する。以下に示す方法は、具体的には制御装置１３が行なう。
（方法１）画像Ａ'と画像Ｂ'の相互相関係数を求め、最小となる位置を最もマッチングする位置とする。このような方法を用いれば、２つの画像ＡとＢが共通に持っているエリアの画像Ａ'とＢ'の相互相関係数を求めてマッチングを行なうことができる。
（方法２）画像Ｂ'を１ピクセルずつ移動させて画像Ａ'と最もマッチングする位置を見つける方法である。画像Ｂ'であるピクセルだけ座標をシフトさせたとき、画像Ａ'と画像Ｂ'の同じ座標点での輝度の差を求める。これを全ての座標点で行ない、差を足し合わせる。差の足し合わせが最小となる時の、画像Ｂ'の移動位置を最もマッチングする位置とする。
【００１９】
このような方法を用いれば、２つの画像Ａと画像Ｂが共にデータを持っているエリアの画像Ａ'、Ｂ'のうち、画像Ｂ'を１ピクセルずつ移動させながら、画像Ａ'と最もマッチングする位置を見つけるようにしてマッチングを行なうことができる。
【００２０】
図５は各座標点の輝度の差を求めた模式図である。（ａ）は画像２５と画像２６の輝度の差を求めたもので、その差は２７に示すようなものとなる。共通する領域については輝度の差はないので、２７に示すような結果が得られる。（ｂ）は画像２８と画像２９の輝度の差を求めたものであり、その差は３０に示すようなものとなる。画像２８と画像２９は全く同じ画像であり、輝度の差はないことから３０に示すような結果が得られる。
【００２１】
次に、補正マップの利用方法について説明する。補正マップとは、ステージ５が移動したステージ座標毎にその位置でのずれ量を示す値を持つマトリクスである。ステージ座標（ｘ,ｙ）に対して、それぞれずれ量（ｄｘ,ｄｙ）を持っている。
【００２２】
補正マップは、補正マップ作成時にステージ５が移動した位置のずれ量しか持っていない。そこで、補正マップ作成時には移動していない位置へステージを移動させたい時には補正マップが持っている座標のうち最も近い４点の座標でのずれ量から、その位置のずれ量を補間する。図６はずれ補間の説明図である。以下は全てステージ座標で示す。移動させたい座標を（ｘ,ｙ）とする。補正マップの４点の座標はそれぞれ以下のようなものであるものとする。
１．  座標（ｃｘ1,ｃｙ1）、ずれ（ｄｘ1,ｄｙ1）
２．  座標（ｃｘ2,ｃｙ2）、ずれ（ｄｘ2,ｄｙ2）
３．  座標（ｃｘ3,ｃｙ3）、ずれ（ｄｘ3,ｄｙ3）
４．  座標（ｃｘ4,ｃｙ4）、ずれ（ｄｘ4,ｄｙ4）
が最も近い４点だとする。
【００２３】
（ｘ,ｙ）を通る直線となるように、ポイント１と２を結ぶ線上の点（ｃｘｌ12,ｃｙｌ12）とポイント３と４を結ぶ線上の点（ｃｘｌ34,ｃｘｌ34）を定義する。（ｃｘｌ12,ｃｙｌ12）のずれ（ｄｘａ,ｄｙａ）はポイント１とポイント２の線形補間から求め、
【００２４】
【数１】
0004833743.tif 000002
【００２５】
とする。同様に、（ｃｘｌ34,ｃｙｌ34）のずれ（ｄｘｂ,ｄｙｂ）はポイント３とポイント４の線形補間から求め、
【００２６】
【数２】
0004833743.tif 000003
【００２７】
とする。（ｃｘｌ12,ｃｙｌ12）と（ｃｘｌ34,ｃｙｌ34）の線形補間から（ｘ,ｙ）のずれも同様に求める。
【００２８】
【数３】
0004833743.tif 000004
【００２９】
このようにして移動させたい座標（ｘ,ｙ）を求めることができる。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、モンタージュ画像の作成時間が短縮でき、より正確なモンタージュ画像を作成することができる。また、ユーザが観察したい位置をモンタージュ画像上で見つけると、正確にその位置へステージを移動させることができる。
【００３０】
上述の実施の形態例では、画像撮影手段としてＣＣＤカメラを用いたが、本発明はこれに限るものではなく、画像を撮影することができるものであれば、どのようなものを用いてもよい。
【００３１】
図７は本発明の効果の説明図である。（ａ）が補正なしのモンタージュ画像、（ｂ）が本発明による補正を行なった場合のモンタージュ画像である。（ａ）に示すモンタージュ画像の場合、区画２１による影響が現れ、うまくつながっていない。これに対して、本発明の場合は、正確にモンタージュ画像が得られている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を実施するための透過電子顕微鏡の構成例を示す図である。
【図２】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図３】ステージ座標とカメラ座標の関係を示す図である。
【図４】ステージ移動とＣＣＤカメラの撮影領域の関係を示す図である。
【図５】各座標点の輝度の差を求めた模式図である。
【図６】ずれ補間の説明図である。
【図７】本発明の効果の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    鏡筒
２    電子銃
３    集束レンズ
４    試料
５    試料ステージ
６    ステージ移動機構
７    対物レンズ
８    電子レンズ
９    ＣＣＤカメラ
１０  蛍光面
１１  のぞき窓
１２  画像処理部
１３  制御装置
１４  メモリ
【図１】
0004833743.tif 000005
【図２】
0004833743.tif 000006
【図３】
0004833743.tif 000007
【図４】
0004833743.tif 000008
【図５】
0004833743.tif 000009
【図６】
0004833743.tif 000010
【図７】
0004833743.tif 000011