(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生させる電子源と、
前記電子線を偏向する偏向器と、
前記電子線を絞って照射する照射レンズと、
前記試料を透過した電子を結像する結像レンズ系と、
当該結像レンズ系によって結像された試料透過像を検出する検出器とからなる透過型電子顕微鏡において、
前記検出器によって検出された試料透過像の像回転前後の像ずれ及び像回転量を、当該像回転前後の２つの試料透過像の二次元離散フーリエ変換データの作成に基づく、合成位相データの相関強度データから演算する演算装置を備え、
当該演算装置は、基準となる試料透過像を像回転させ、像回転させた後の試料透過像を取得し、当該像回転させた後の試料透過像の取得後、前記基準となる試料透過像との回転角誤差を、前記相関強度データに基づいて演算し、当該回転角誤差を補正するように、前記結像レンズ系の励磁条件を変化させた後、当該回転角誤差補正が行われた試料透過像を取得し、前記基準となる試料透過像取得後、或る時間が経過した当該回転角誤差補正が行われた試料透過像と、前記基準となる試料透過像との間の像ずれを、前記相関強度データに基づいて演算し、当該像ずれを補正するように前記偏向器、或いは前記試料を移動させる試料ステージを駆動させ、当該像ずれ補正が行われた試料透過像を取得することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は透過型電子顕微鏡に係り、特に、透過型電子顕微鏡における２つの試料透過像間の視野位置ずれの計測と視野位置ずれの自動補正，像回転角の計測と像回転角の自動補正，像回転角の出力に係る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の透過型電子顕微鏡において、試料の観察，撮影を行った際、視野が時間の経過と共に徐々に移動する現象、いわゆる試料ドリフトが発生する。試料ドリフトの発生要因の主なものとして、レンズ電流による発熱による試料ステージの伸縮，電子線照射に伴う試料および試料支持膜の熱的伸縮，試料微動ステージの急激な移動と急停止などが挙げられる。試料ドリフトは、特に高倍率における写真撮影や微小領域におけるＸ線分析を行う際に、写真のぼけや分析精度低下といった問題を招く。
【０００３】
そこで、このような試料ドリフトに起因した問題を解決するために、試料への予備電子線照射やカーボン蒸着による補強，帯電防止措置がとられたり、画像処理による方法として、特開平5−343020 号公報に記載された技術では、ＴＶカメラで撮像した試料透過拡大像をテンプレートマッチング画像処理方式により補償する方法、特開平7−272665 号公報に記載された技術では、撮像した２つの試料透過拡大像のヒストグラムを算出し、ヒストグラムピークの移動量からドリフト量および変位方向を演算し視野ずれ補正をを行う方法が提案されている。
【０００４】
試料への電子線予備照射やカーボン蒸着による試料ドリフトの補正は、上記のように煩雑かつ多大な時間を費やすものであった。また、画像処理によるドリフト補正では、正確な画像処理を行えるよう、あらかじめ理想的なコントラストを呈している必要があり、きわめて特徴の少ない試料や無染色生物試料を高倍率で観察する場合など、コントラストが不十分な箇所において、高精度なドリフト補正が困難である問題があった。
【０００５】
また、従来の透過型電子顕微鏡では、２つの試料透過像の像回転角をリアルタイムで精密に計測，表示することは不可能であった。図２は、透過型電子顕微鏡による透過像の一例を示す図である。従来の透過型電子顕微鏡では、図２（ａ）に示すような、ある試料透過像５８に対して電子レンズの励磁条件を変えて像回転を行い、図２（ｂ）に示すような試料透過像を得る機能を備えていたが、基準となる試料透過像と励磁条件を変えた試料透過像の２つの試料透過像における像回転角を測定するためには、各々の像を写真撮影し、その後測定するという方法がとられていたので、２つの試料透過像の像回転角をリアルタイムで精密に計測，表示することは不可能であった。また、所望する像回転角の試料透過像を高精度に得ることも不可能であった。さらに、電子レンズ取り付けの機械的公差による光軸ずれにより、像回転させるために電子レンズの励磁条件を変えた際には、図２（ａ）に示す透過像の中心点５６が、図２（ｂ）に示すように、中心点５９の位置になる像回転中心位置がずれる（視野がずれる）現象が生じ、試料パターン５７が視野からはみ出してしまっていた。この視野ずれの精密な補正は、自動的に且つリアルタイムで行うことはできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の透過型電子顕微鏡では、以上に述べたように、試料透過拡大像の試料ドリフトすなわち、視野の位置ずれを高精度に短時間で計測，補正することは不可能であった。また、試料透過像を電子レンズの励磁条件を変えて回転させた時の像回転角をリアルタイムで正確に計測，表示し、且つ所望する像回転角の試料透過像を高精度に得ることは不可能であり、さらに、励磁条件を変化させた際に生ずる視野ずれの補正を自動的に行うことはできなかった。
【０００７】
本発明は上述のような問題を解決し、透過型電子顕微鏡における記録した試料透過像に対し、任意の設定時間後に記録した試料透過像の２つの画像間の視野ずれ量および方向をリアルタイムで高精度に計測，表示し、視野ずれを自動的に補正する透過型電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、記録した試料透過像に対し、電子レンズの励磁条件を変えて回転し記録した試料透過像の２つの画像間の像回転角をリアルタイムで正確に計測，表示し、所望の回転角に高精度に自動補正し、励磁条件を変化させた際に発生する視野ずれ量をリアルタイムで計測し、この視野ずれ補正を正確且つ自動的に行い、視野ずれのない試料透過拡大像を得る透過型電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、透過型電子顕微鏡において、複数の試料透過像間の視野ずれの量を計算する手段と、電子線を偏向させる偏向器に与える電流をかえて、または試料を移動させて視野ずれを自動的に補正する手段と、以上の手段の動作を繰り返して視野ずれを減少させる制御手段とを備えたものである。
【００１０】
また、本発明は、複数の試料透過像のうち、基準となる画像に対して励磁条件を変えて像回転させる手段と、該回転された試料透過像と別の試料透過像とから像回転角を計算する手段と、電子レンズの励磁条件をかえて所望の像回転角を自動的に補正する手段と、２つの試料透過像の視野ずれ量を計算する手段と、電子線を偏向させる偏向器に与える電流をかえて、または試料を移動させて視野ずれを自動的に補正する手段とを備えるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上記した構成を有する透過型電子顕微鏡の動作を以下説明する。
【００１２】
図３を用いて試料透過像６１の試料の基準となる登録画像と、電子レンズ励磁条件を変えて試料透過像を像回転した参照画像の間の位置ずれ、すなわち視野ずれを計測する方法を示す。図３は試料透過拡大像を説明のために模擬的に示した図である。また、試料パターン６０等の検出電子線強度の大きい領域は濃淡を濃くして表している。
【００１３】
図３（ａ）に示す、基準となる試料透過拡大像である登録画像をＭ×Ｎの画素数で記憶装置にｆ１(ｍ，ｎ)として記録する。次に、図３（ｂ）に示す、電子レンズ励磁条件を変えて像回転した試料透過拡大像を参照画像としてＭ×Ｎの画素数で記憶装置にｆ２(ｍ，ｎ)として記録する。このとき、どちらも自然画像とし、対物レンズの焦点は合っているものとする。また、ここで、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ−１、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１である。
【００１４】
透過像ｆ１(ｍ，ｎ），ｆ２(ｍ，ｎ）の離散フーリエ画像Ｆ１(ｕ，ｖ)，Ｆ２(ｕ，ｖ)はそれぞれ次の［数１］，［数２］で定義される。ここで、ｕ＝０，１，２，…，Ｍ−１、ｖ＝０，１，２，…，Ｎ−１であり、Ａ(ｕ，ｖ)，    Ｂ(ｕ，ｖ)は振幅スペクトル、ａ(ｕ，ｖ)，ｂ(ｕ，ｖ)は位相スペクトルである。
【００１５】
【数１】
0004095743.tif 000002
【００１６】
【数２】
0004095743.tif 000003
【００１７】
位相相関では、２つの画像間で像の平行移動があった場合には相関ピークの位置が移動量だけずれる。以下に移動量の導出方法を説明する。まず、原画像    ｆ２(ｍ，ｎ)がｍ方向にｒ′だけ移動したとしてｆ３(ｍ，ｎ)＝ｆ２(ｍ＋ｒ′,ｎ)とする。すると前記［数２］を［数３］のように変形する。
【００１８】
【数３】
0004095743.tif 000004
【００１９】
振幅スペクトルＢ(ｕ，ｖ)を定数と置くことにより、画像のコントラスト，明度に依存しない位相画像となる。ｆ３の位相画像Ｆ３′(ｕ，ｖ)は次の［数４］になる。同様にｆ１の位相画像Ｆ１′(ｕ，ｖ)は、次の［数５］になる。
【００２０】
【数４】
Ｆ３′(ｕ，ｖ)＝ｅj(β+2πr′u/M)
【００２１】
【数５】
Ｆ１′(ｕ，ｖ)＝ｅjα(u,v)
位相画像Ｆ１′(ｕ，ｖ)にＦ３′(ｕ，ｖ)の複素共役を乗ずることによって、次の［数６］で表わされる合成位相画像Ｈ１３(ｕ，ｖ)を得ることができる。図３（ｃ）に合成位相画像６２を示す。相関強度画像ｇ１３（ｒ，ｓ）は。合成画像Ｈ１３(ｕ，ｖ)を逆フーリエ変換することによって次の［数７］になる。図３（ｄ）に相関強度画像６３を示す。
【００２２】
【数６】
0004095743.tif 000005
【００２３】
【数７】
0004095743.tif 000006
【００２４】
上記［数７］より２つの画像間でｍ方向に位置ずれ量ｒ′が存在する場合、図３（ｄ）に示す相関強度画像６３のピーク６４の位置は−ｒ′だけずれる。例えば、図３（ａ）に示す登録画像の試料パターン６０と、図３（ｂ）に示す参照画像の試料パターン６０の２つの画像間でｍ方向に２［pixel ］のずれがあると、図３(ｃ)に示す合成位相画像６２には２周期の濃淡の波が現れる。これを逆フーリエ変換すると図３(ｄ)に示す相関強度画像６３となり、中心から２［pixel］ずれた位置にピーク６４が発生する。
【００２５】
２つの試料透過像間で、以上の［数１］から［数７］までの処理の結果、相関強度画像においてΔＧ［pixel ］ずれた位置にピークが発生した場合、この    ΔＧ［pixel ］は検出器の受光面での移動量に相当し、ΔＧを試料面上の移動量Δｘに変換する。検出する受光面の径をＬ［ｍ］，受光面上での透過型電子顕微鏡の倍率をＭ，検出器の画素数をＬｍ［pixel ］とすると、２つの画像間の試料面上での移動量Δｘは次の［数８］で計算される。但し、［数８］の式には電子レンズの球面収差による像の移動量δが含まれており、視野ずれの真の移動量Δｘｔは、Δｘからδを引いたものである。試料面上でのδは、球面収差Ｃｓと偏向角αにより［数９］のように表わされる。以上から、２つの試料透過拡大像間に生じた像の移動量Δｘｔは［数１０］で表わされる。
【００２６】
【数８】
Δｘ＝(ΔＧ［pixel］／Ｌｍ［pixel］)×Ｌ［ｍ］／Ｍ
【００２７】
【数９】
δ＝Ｃｓ・α3
【００２８】
【数１０】
0004095743.tif 000007
さらに２つの透過像間の像回転角を計測する方法を示す。図４は、デカルト座標系と極座標系との関係図である。
【００２９】
２つの透過像をそれぞれ透過像１，透過像２と呼ぶことにすると、上述したように、透過像１ｆ１(ｍ，ｎ)と透過像２ｆ２(ｍ，ｎ)のそれぞれの２次元離散フーリエ画像Ｆ１(ｕ，ｖ)，Ｆ２(ｕ．ｖ)は［数１］および［数２］と同様に表わされる。像回転角を求めるために、デカルト座標系で表現されている［数１］および［数２］の２次元離散フーリエ変換画像を極座標系に座標変換する。デカルト座標系と極座標系との間には次の［数１１］および［数１２］で与えられる関係がある。そして、［数１１］および［数１２］を用いて、［数１］と［数２］を極座標表現すると、それぞれ［数１３］および［数１４］のように表わされる。
【００３０】
【数１１】
ｍ＝ｒcosθ
ｎ＝ｒsinθ
【００３１】
【数１２】
θ＝tan-1(ｎ／ｍ）
【００３２】
【数１３】
0004095743.tif 000008
【００３３】
【数１４】
0004095743.tif 000009
【００３４】
極座標変換した位相限定相関では、２つの画像間で角度θ′の回転があった際、相関ピークの位置は回転角度に相当する量だけずれる。原画像ｆ２において、回転移動がθ′だけあった場合、［数１４］を［数１５］のように変形する。画像のコントラストや明度に依存しない位相情報のみとするために、［数１３］の振幅スペクトルＣ(ｕ，ｖ)を定数で置き換えると［数１６］で表わされる。同様に［数１５］の振幅スペクトルＤ(ｕ，ｖ)を定数で置き換えて、［数１７］で表わす。位相画像Ｆ１′(ｕ，ｖ）にＦ３′(ｕ，ｖ）の複素共役を乗じて合成位相画像は［数１８］で表わされる。相関強度画像ｇ１３(ｒ，θ)は合成画像      Ｈ１３(ｕ，ｖ)を逆フーリエ変換して得られるので［数１９］で表わされる。
【００３５】
【数１５】
0004095743.tif 000010
【００３６】
【数１６】
Ｆ１′(ｕ，ｖ)＝ｅjλ(u,v)
【００３７】
【数１７】
Ｆ３′(ｕ，ｖ)＝ｅj(μ+2πθ′v/N)
【００３８】
【数１８】
0004095743.tif 000011
【００３９】
【数１９】
0004095743.tif 000012
【００４０】
ここで、２つの試料透過拡大像間に位置ずれが生じて且つ像回転角を計測する場合、像回転角の変化はθ軸方向に、位置ずれの大きさはｒ軸方向に現れる。
【００４１】
次に像回転角を微調整し精度良く所望の像回転角度に合わせる方法を説明する。
【００４２】
第１番目の方法として、第２投射レンズ単体の励磁条件を変化させることにより像回転角を調整する方法を、第２番目の方法として、あらかじめ設定した像回転レンズデータをもとに結像レンズ系の各レンズの励磁条件を変化させることにより像回転角を調整する方法を示す。
【００４３】
磁界型電子レンズは、通常の光学レンズ同様の結像作用を持つと同時に、電子に対するローレンツ力により像回転作用を有する。対物，中間，投射の５段結像系機構を有した後述する本実施例の透過型電子顕微鏡において、像回転角度の補正のために使用するレンズとしては、結像レンズ系の最終段に位置するので、電子レンズの励磁を変化させた際に倍率の誤差の影響の少ない第二投射レンズを用いることが望ましい。但し、倍率の変化の影響を極力抑えるために、像回転の補正角度の大きさは限定される。電子レンズ単体での像回転角φは［数２０］により与えられる。ここで、ｅは電子電荷量［Ｃ］、ｍは電子質量［kg］、Ｅは加速電圧［Ｖ］、Ｂ(ｚ）は光軸上の磁束密度［Ｔ］を示している。Ｂ(ｚ）の積分範囲は、電子レンズ磁場の有効範囲とする。これらの定数を［数２０］に代入して数式を表わせば［数２１］に示されるようになる。また、回転の極性すなわち方向はＢ(ｚ)の方向により決定する。ここで、Ｉは第二投射レンズのコイル電流  ［Ａ］、Ｎは第二投射レンズコイルの巻き数である。この式から角度補正量を計算し、必要な補正電流の大きさを［数２２］で決定する。
【００４４】
【数２０】
0004095743.tif 000013
【００４５】
【数２１】
0004095743.tif 000014
【００４６】
【数２２】
0004095743.tif 000015
【００４７】
所望の像回転角度が得られていないと判断された場合、上式に従って補正角度量φを入力すれば、必要なレンズ電流ΔＩの大きさが得られる。レンズ電流ΔＩは像回転角度φに比例する。例えば、１［deg ］の像回転補正を行いたい場合でＥ＝１００［ｋＶ］，Ｎ＝１０００であれば、上式から補正レンズ電流ΔＩは２９６.４ ［ｍＡ］となる。なお、電子レンズ焦点距離は［数２３］により示される。
【００４８】
【数２３】
0004095743.tif 000016
【００４９】
したがって、焦点距離ｆはAmpereの周回積分の法則を適用して、ｆ∝１／Ｉ2で与えられる。
【００５０】
以上に基づいて、電子レンズの励磁ＩＮ／√Ｅと焦点距離ｆとの関係を図５に示す。励磁が小さい場合には、領域（Ａ）のように焦点距離の変化量は大きいが、領域(Ｂ)のように励磁が十分大きくなると、焦点距離の変化量は小さくなりほぼ一定値になる。計算による理想曲線では、さらに励磁が大きくなっても焦点距離は一定値を示すが、実際の現象は、領域（Ｃ）に示すように、焦点距離が大きく変化してしまう。そのために、励磁に対して焦点距離が変化しない領域は図５の領域(Ｂ)の範囲のみである。一般に、レンズの特性を表す数式によれば、焦点距離が一定であれば倍率の変化は生じないので、第二投射レンズ単体での像回転角補正は、図５の領域（Ｂ）のような励磁条件の下で行う必要がある。
【００５１】
第２番目の像回転角調整法として、あらかじめ設定した像回転のレンズデータ（離散的な値）をもとに、結像レンズ系機構の各レンズの励磁条件を変化させ、任意の像回転角を設定する方法を示す。図６は、一例として、あらかじめ設定したある一定倍率の時の像回転レンズデータの像回転角と励磁電流との関係を示す関係図である。横軸に試料透過像（最終拡大像）の像回転角を示す。縦軸は電子レンズの励磁電流であり、ＩInt1は第一中間レンズ電流、ＩInt2は第二中間レンズ電流、ＩProj1は第一投射レンズ電流、ＩProj2は第二投射レンズ電流を示す。これらの像回転角に対して離散的な励磁電流の値を補間し、任意の像回転角を設定する。
【００５２】
例えば試料透過像の像回転角として２５°の像を得たい場合、図６に破線で示すように、補間データから第一中間レンズ電流ＩInt1 ＝０.６９［Ａ］，第二中間レンズ電流ＩInt2＝０.５５［Ａ］,第一投射レンズ電流ＩProj1＝−０.５４５［Ａ］，第二投射レンズ電流ＩProj2＝−１.２２［Ａ］を得ることができる。このように図６に示すような倍率一定の像回転角と各レンズの励磁電流の離散的データの補間値から、倍率の変化を伴わずに試料透過像の任意の像回転角を得ることができる。
【００５３】
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００５４】
図１は、本発明による透過型電子顕微鏡の一例を示し、その機能を示すブロック図である。なお、電子線偏向コイルの段数は問わないが、本実施例においては、試料５４の上部に２段，試料５４の下部に２段の合計４段の電子線偏向コイルを用いた場合について述べる。
【００５５】
電子銃１から放出されて加速された電子線５５は第一照射レンズコイル２と第二照射レンズコイル３および対物レンズコイル６の前磁場により、試料ステージ５３に保持された試料５４に照射される。試料５４を透過した電子線５５は、第一中間レンズコイル９及び第二中間レンズコイル１０によって拡大された後、第一投射レンズコイル１１及び第二投射レンズコイル１２でさらに拡大されて、シンチレータ５０上に試料５４の透過拡大像が形成される。
【００５６】
シンチレータ５０で光像に変換された試料５４の透過拡大像は、撮像装置、例えばＴＶカメラ１３によって撮像される。ＴＶカメラ１３からの映像信号は、
ＴＶカメラ制御部５２，画像取り込みインターフェース５１を介して、マイクロプロセッサ３８に取り込まれて処理された後、ＣＲＴコントローラ４２で制御されるＣＲＴ４１に画像が表示される。
【００５７】
マイクロプロセッサ３８は、ＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７を介して、電子顕微鏡の第一照射レンズコイル２，第二照射レンズコイル３，対物レンズコイル６，第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２に供給する励磁電源１５，１６，１９，２２，２３，２４，２５を制御する。試料上部第一偏向コイル４，試料上部第二偏向コイル５，試料下部第一偏向コイル７，試料下部第二偏向コイル８も同様に、マイクロプロセッサ３８よりＤＡＣ２９，３０，３２，３３を介し、励磁電源１７，１８，２０，２１を制御する。
【００５８】
また、マイクロプロセッサ３８には、バスを介してハードディスク等の記憶装置３９，演算装置４０，倍率切り替え用ロータリーエンコーダ４６，像回転角入力用ロータリーエンコーダ４７，キーボード４５，ＲＡＭ４８，ＲＯＭ４９等が接続されている。倍率切り替え用ロータリーエンコーダ４６はＩ／Ｆ４３，像回転角入力用ロータリーエンコーダ４７はＩ／Ｆ４４を介してバスに接続されている。
【００５９】
試料ステージ５３は、マイクロプロセッサ３８とステッピングモータ・ドライバ２６を介して接続されたステージ駆動ステッピングモータ１４により駆動されている。
【００６０】
次に、図１に示した透過型電子顕微鏡を用いて、試料透過像の観察の際に生ずる試料ドリフトによる視野ずれ量を、任意のサンプリング時間で計測，表示し、さらに試料ドリフトによる視野ずれを補正する方法について説明する。図７は、視野ずれ補正の流れを示すフローチャートである。
【００６１】
図７において、ステップＳ１１で透過型電子顕微鏡を用いて任意の試料透過像を得るための拡大倍率の設定を行う。試料透過像の倍率を入力するために、図１に示した倍率切り替え用ロータリーエンコーダ４６を回し、発生したパルス波をＩ／Ｆ４３に入力してデジタル信号に変換する。マイクロプロセッサ３８は、Ｉ／Ｆ４３から入力されたデジタル信号を、ＲＯＭ４９にあらかじめ設定されている倍率表示データを参照し、該当する倍率をＣＲＴコントローラ４２を用いてＣＲＴ４１上に表示させる。同時に、ＲＯＭ４９にあらかじめ記憶している第一照射レンズコイル２，第二照射レンズコイル３，対物レンズコイル６，第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２の各レンズのデータをＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７に出力して、レンズ系機構のデータをアナログ信号に変換する。上記ＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７は励磁電源１５，１６，１９，２２，２３，２４，２５にアナログ信号を出力して、各レンズ系機構のレンズコイルに電流を出力させる。このとき、すでに焦点は合っているものとする。
【００６２】
次に、ステップＳ１２でシンチレータ５０に投射された試料透過像をＴＶカメラ１３で撮像し、画像取り込みインターフェース５１により記憶装置３９に拡大像を登録する。この画像を透過像１とする。透過像１はＣＲＴコントローラ４２を介してＣＲＴ４１上に画像表示される。また、試料透過像を撮像する任意の時間間隔（サンプリング時間）をキーボード４５や倍率切り替え用ロータリーエンコーダ４６などの入力手段を用いて設定し、ＲＡＭ４８に保存しておく。
【００６３】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で透過像１の撮像から設定サンプリング時間経過後にシンチレータ５０に投射された試料透過像をＴＶカメラ１３で撮像し、画像取り込みインターフェース５１により記憶装置３９に拡大像を透過像２として登録する。透過像２はＣＲＴコントローラ４２を介してＣＲＴ４１上に画像表示される。
【００６４】
ここで、純粋に試料ドリフトによる視野ずれを測定するために、ステップＳ12からステップＳ１３に移行する過程で、使用者が故意に試料透過像の視野を移動させないこととする。
【００６５】
次に、ステップＳ１４からステップＳ１７によって、透過像１と透過像２の間の像移動量を計算し、視野ずれを補正する。視野ずれを補正する方法は、試料上下に配置した電子線偏向コイルを用いて行う電磁的方法と、試料ステージ微動機構を用いて行う機械的方法のいずれかで行われる。
【００６６】
まず、ステップＳ１４で透過像１と透過像２のそれぞれを記憶装置３９から呼び出し、演算装置４０により、図３で説明したように、それぞれの画像の２次元離散フーリエ変換データを作成し、上述した位相情報のみの相互相関によって透過像１と透過像２の２画像間の移動量を計算する。
【００６７】
図８は試料透過像の一例を示す図、図９はドリフトの状態を説明するデカルト座標表示を示す図、図１０はドリフト量の時間変化を示す関係図である。図８  （ａ)に示す試料透過像５８の中心点５６が、図８(ｂ）に示すように中心点５９に移動するような、試料ドリフトに伴う像移動が発生したとすれば、その像移動量はベクトル量として、図９に示すように表すことができる。座標系としてデカルト座標表示を用い、図９に示すように横軸をｘ軸，縦軸をｙ軸として定める。ここで、その像移動量の絶対値ｒは、［数２４］で示され、角度φは、［数２５］で示される。テレビカメラ１３で取込まれた画像は一般に画素数として得られるので、ＳＩ単位（ｍ）に単位変換を行う。また、一般にドリフト量の時間変化は、時間の経過とともに単調増加する傾向にある。図１０（ａ）に示すｘ方向ドリフト量の時間変化も、図１０（ｂ）に示すｙ方向ドリフト量の時間変化も、同じように単調増加している。ドリフト量の時間変化は、演算装置４０により計算され、単位時間当たりのｘおよびｙ方向の像移動量を求める。これらの像移動量はそれぞれ［数２６］，［数２７］で表わされる。ここで、Δｘ，Δｙはそれぞれｘ，ｙ方向の変化量、Δｔは時間変化を表わす。求められた単位時間当たりの像移動量もＲＡＭ４８に保存され、ＣＲＴコントローラ４２を介してＣＲＴ４１に表示され、または記憶装置３９に保存される。
【００６８】
【数２４】
0004095743.tif 000017
【００６９】
【数２５】
0004095743.tif 000018
【００７０】
【数２６】
0004095743.tif 000019
【００７１】
【数２７】
0004095743.tif 000020
【００７２】
ステップＳ１５では、計算された像移動量をＣＲＴ４１などの外部表示装置やプリンタ，チャートといった外部出力装置、あるいはデータとして記憶装置３９に出力，保存する。例えば、ＣＲＴ４１に表示する場合には、計算された像移動量はＲＡＭ４８に保存され、ＣＲＴコントローラ４２を介してＣＲＴ４１に像移動量が表示される。また、図１０に示すようなドリフト量の時間変化データを得るためには、像移動量をチャートや記憶装置３９に出力することができる。
【００７３】
ステップＳ１６では、像移動量の絶対値がゼロであるかどうか判定し、像移動量がゼロであると判定された場合にはステップＳ１７へ進む。一方、像移動量がゼロでないと判定した場合には、ステップＳ１８に進む。
【００７４】
ステップＳ１７では、一連の動作を終了させるか判断する。終了させない場合は、ステップＳ１３へ戻り、設定されたサンプリング時間経過後に透過像２を撮像し、再びステップＳ１６までの一連のルーチン動作を行う。
【００７５】
ステップＳ１８では、像移動量をゼロにする移動量（視野ずれ補正量）を演算装置４０で計算し、試料の上下に配置した電子線偏向コイル、すなわち、試料上部第一偏向コイル４，試料上部第二偏向コイル５，試料下部第一偏向コイル７，試料下部第二偏向コイル８を用いて電磁的に、あるいは試料ステージ５３を駆動して機械的に視野ずれ補正を行う。
【００７６】
図１１は視野ずれ補正の概念を説明する模式図であり、図１１（ａ）に電子線偏向コイルを用いた電磁的な視野ずれ補正を、図１１（ｂ）に試料ステージの微動機構を用いた機械的な視野ずれ補正を示す。
【００７７】
図１１（ａ）において、電子線偏向を行わない観察条件の下では、試料５４に対し電子線６５を照射すると、試料５４の中心部の視野７０にある例えば五角形の試料透過像６９がシンチレータ５０（図示せず）上に得られる。この状態で、試料５４上にある試料中心から距離ｄだけ離れた位置の視野７１に存在する例えば星型の透過拡大像を得たい場合は、試料５４の上部に配置した２個の電子線偏向コイル、すなわち、試料上部第一偏向コイル４，試料上部第二偏向コイル５により、電子線６５を電子線光軸６７から偏向時電子線６６のように距離ｄだけ平行移動させ、試料５４を透過後、試料５４の下部に配置した電子線偏向コイル、すなわち、試料下部第一偏向コイル７，試料下部第二偏向コイル８を用いて電子線光軸６７上に戻す。従って、シンチレータ５０（図示せず）上には、試料５４上の視野７１に存在する星型の試料透過像６８が得られる。
【００７８】
一方、機械的な視野ずれ補正方法は、図１１（ｂ）において、試料ステージ５３（図示せず）の微動機構を駆動していない観察状態では、試料５４は点線で示す位置にあり、視野７０は試料５４の中心位置にあるので、電子線６５の照射によって例えば五角形の試料透過像６９がシンチレータ５０（図示せず）上に得られる。ここで、試料５４上の中心から距離ｄだけ離れた位置の視野７１の試料透過拡大像を得たい場合には、試料ステージ５３（図示せず）を矢印の方向に距離ｄだけ微動させて試料５４を移動させれば、視野７１の例えば星型の試料透過像６８がシンチレータ５０（図示せず）上に得られる。
【００７９】
これらの補正の演算の流れを、図１を用いて以下説明する。
【００８０】
電磁的な視野ずれ補正については、次のように行う。図７中のステップＳ１８で計算した視野ずれ補正量に相当する偏向コイルデータをＲＯＭ４９から呼び出し、ＤＡＣ２９，３０，３２，３３でアナログ信号に変換する。ＤＡＣ２９，３０，３２，３３は励磁電源１７，１８，２０，２１にアナログ信号を出力し、試料５４の上部と下部の電子線偏向コイル、すなわち、試料上部第一偏向コイル４，試料上部第二偏向コイル５，試料下部第一偏向コイル７，試料下部第二偏向コイル８に電流を出力し、図１１（ａ）で説明したように、電子線６５を偏向し、視野ずれの補正を行う。
【００８１】
機械的な視野ずれ補正については、図７中のステップＳ１８で計算した視野ずれ補正量に基づく信号を、ステッピングモータ・ドライバ２６でステージ駆動ステッピングモータ１４を動作させ、試料ステージ５３の微動機構（図示せず）を駆動し、試料５４を微動させて、視野ずれの補正を行う。
【００８２】
これらのいずれかの視野ずれ補正を行った後、再びステップＳ１３に戻り、ステップＳ１７までの一連のルーチン動作を行う。
【００８３】
図７のフローチャートに示した視野ずれ補正の精度をさらに向上させた例を、以下に説明する。図１２は、試料ドリフトのサンプリング時間を変えて視野ずれ補正を行う手順を示すフローチャートである。この視野ずれ補正は、任意に設定したサンプリング時間で、試料透過拡大像の観察の際に生ずる試料ドリフトによる視野ずれ量を計測，表示し、視野ずれ補正を行い、単位時間当たりの視野ずれ量仕様値と上記計測した視野ずれ量の大きさとの比較判定を行い、仕様値を満足しないと判定された場合には、像移動量計測および補正のサンプリング時間を短くして、試料ドリフトによる単位時間あたりの視野ずれ量仕様値内に設定するものである。
【００８４】
図１２において、ステップＳ２１の透過電子顕微鏡の倍率条件設定，ステップＳ２２の透過像１の撮像、および、サンプリング時間設定，ステップＳ２３のサンプリング時間経過後の透過像２の撮像，ステップＳ２４の透過像１と透過像２の間の像移動量の計算、ステップＳ２５の試料ドリフト量の出力，ステップＳ26の移動量の判定までの内容は、図７で説明したステップＳ１１からステップＳ16までの過程の内容とほぼ同様であるので、ここでは、追加した点または変更した点について説明する。
【００８５】
ステップＳ２２では、透過像１を撮像，記録後、透過像２の撮像のサンプリング時間をｔ１として設定し、ＲＡＭ４８に保存する。ステップＳ２３ではサンプリング時間ｔ１経過後に透過像２を撮像，記録する。ステップＳ２６では、透過像１と透過像２の像移動量がゼロでないかどうかを判定する。像移動量の絶対値がゼロであると判定された場合、ステップＳ２９に進む。一方、像移動量の絶対値がゼロでないと判定された場合、ステップＳ２７に進む。
【００８６】
ステップＳ２９では、一連の動作を終了させるかどうかを判断し、終了させない場合はステップＳ２３へ戻り、ステップＳ２３からステップＳ２６までの一連の動作を繰り返す。
【００８７】
ステップＳ２７では、像移動量があらかじめ設定した単位時間当たりの視野ずれ量の仕様値を満足するかどうかを判定する。仕様値を満足しない場合、ステップＳ２８に進む。仕様値を満足する場合はステップＳ３０に進む。
【００８８】
ステップＳ２８では、ＲＡＭ４８に保存してあるサンプリング時間ｔ１を、さらに短いサンプリング時間ｔ２に再設定し、ＲＡＭ４８に保存する。一般に、試料ドリフトによる視野ずれは、図１０に示したように、時間の経過とともに単調増加する傾向にあるので、単位時間当たりの視野ずれ量が仕様値の２倍を示している場合、サンプリング時間ｔ２はｔ１の１／２に設定する。その後ステップＳ３０に進む。
【００８９】
ステップＳ３０では、前述した図７のステップＳ１８と同様に、試料５４の上下に配置した電子線偏向コイルを用いて電磁的に、あるいは試料ステージの微動機構を用いて機械的に視野ずれ補正を行う。この視野ずれ補正方法は、図１１に示した方法と同一であるので、ここでは割愛する。
【００９０】
ステップＳ３０において、透過像１に対して視野ずれ補正を行った試料透過拡大像は、ステップＳ２３に戻り、設定されたサンプリング時間間隔ｔ２で透過像２を撮像し、ステップＳ２６までの一連の動作を繰り返し行い、試料ドリフトを補正する。
【００９１】
試料の透過拡大像の写真撮影時や微小領域のＸ線分析を行う際には、視野ずれ量があると像のぼけが発生したり、得られるＸ線量が不安定になることがあるので、さらに精密に視野ずれ量を補正するために、試料ドリフトの予測計算をとりいれる。図１３は、試料ドリフトを予測して視野ずれ補正を行う手順を示すフローチャートである。高倍率写真撮影時には微小な視野ずれが像のぼけを生ずる。また試料透過拡大像が暗い場合には、露光時間を長く設定するために、試料ドリフトがこの像のぼけの主な原因となる。Ｘ線分析を行う場合は、試料を照射する電子線を数ナノメートル以下に収束させてスポット状にし、計測時間は数十秒から数百秒の長い時間を必要とする。このように、写真撮影時や微小領域のＸ線分析などにおいても、試料ドリフトの補正は必要不可欠なものである。
【００９２】
図１３において、ステップＳ３１では、図７のフローチャートのステップＳ11からステップＳ１６で示した試料ドリフトに伴う視野ずれを補正する一連の動作を行い、単位時間当たりの視野ずれ量と方向、および、試料ドリフトの時間変化データを求め、記憶装置３９に保存する。
【００９３】
ステップＳ３２では、図１に示したキーボード４５や写真撮影スイッチなどのような入力手段を用いて、試料透過拡大像の写真撮影あるいは、微小領域のＸ線分析を実施する。
【００９４】
ステップＳ３３では、得られた試料透過拡大像またはＸ線分析結果により、一連の動作を継続するか終了するかを判断する。視野ずれがある場合は像のぼけが認められるので、以下のステップＳ３４に進む。
【００９５】
ステップＳ３４では、ステップＳ３１で計算され、保存された試料ドリフトに関する単位時間あたりの視野ずれ量，方向、および時間変化データに基づいて、ドリフト量を予測する。記憶装置３９に保存された試料ドリフト量に関するこれらの各値を呼び出し、演算装置４０によって写真撮影あるいは分析中に発生すると予想される単位時間当たりのドリフト量のベクトル値を計算し、ＲＡＭ４８に保存する。
【００９６】
ステップＳ３５では、ステップＳ３４で計算された単位時間当たりのドリフト量をもとに、写真撮影あるいは分析中に生ずると予測される像移動量から、像移動量をゼロにする視野ずれ補正量を演算装置で計算し、図１１で説明したように、試料上下に配置した電子線偏向を用いて電磁的に、あるいは試料ステージの微動機構を駆動して機械的に、図７中のステップＳ１８と同様に、視野ずれ補正を行う。この視野ずれ補正は、写真撮影中あるいは分析中に、試料ドリフトによる影響が最小限に抑えられるよう最適化された時間間隔で、あるいはオペレータの指示で、ステップＳ３２からステップＳ３５を繰り返すことによって行われる。最適化された時間間隔で自動的に実行される場合は、ステップＳ３３を省略した手順となる。
【００９７】
図７，図１２、および、図１３に示した視野ずれ補正の手順の例は、図８に示したようにｘ方向とｙ方向への移動を想定したものであって、図２に示すような試料透過像の回転がある場合は、以下に示す手順を追加する。図１４は像回転時に生じた視野ずれを補正する手順を示すフローチャートである。基準とする透過像１の像回転を行い、透過像１と透過像２の２つの画像間における像回転角度の計測，表示、及び、像回転時に生ずる視野ずれを自動補正する方法について、以下説明する。
【００９８】
はじめに、ステップＳ４１において、基準とする試料透過拡大像の倍率を入力するため、図１に示す倍率切り替え用ロータリーエンコーダ４６を回し、発生したパルス波をＩ／Ｆ４３に入力してデジタル信号に変換する。マイクロプロセッサ３８は、Ｉ／Ｆ４３から入力されたデジタル信号を、ＲＯＭ４９にあらかじめ設定されている倍率表示データを参照して、該当する倍率をＣＲＴコントローラ４２を用いてＣＲＴ４１上に表示させる。同時に、ＲＯＭ４９にあらかじめ記憶されている第一照射レンズコイル２，第二照射レンズコイル３，対物レンズコイル６，第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２の各レンズデータを、ＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７に出力して、レンズ系のデータをアナログ信号に変換する。ＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７は、励磁電源１５，１６，１９，２２，２３，２４，２５にアナログ信号を出力して、上記各レンズ系のレンズコイルに電流を出力させる。このとき、すでに焦点は合っているものとする。
【００９９】
ステップＳ４２では、図１に示すシンチレータ５０に投射された試料透過拡大像をＴＶカメラ１３で撮像し、画像取り込みインターフェース５１により記憶装置３９に試料透過拡大像を登録する。この画像を透過像１と呼ぶ。この透過像１はＣＲＴコントローラ４２を介してＣＲＴ４１に画像表示される。
【０１００】
次にステップＳ４３で、透過像１を電子レンズの励磁条件を変えて、透過像１と等倍で所望の角度に像回転を行う。像回転角入力用ロータリーエンコーダ４７を回し、発生したパルス波をＩ／Ｆ４４に入力し、デジタル信号に変換する。マイクロプロセッサ３８はＲＯＭ４９にあらかじめ設定されている第一照射レンズコイル２，第二照射レンズコイル３，対物レンズコイル６，第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２の各レンズデータをＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７に出力し、基準とした透過像１に対して像回転した試料透過像を得る。
【０１０１】
ステップＳ４４では、新たにシンチレータ５０に投射された試料透過像をＴＶカメラ１３で撮像し、画像取り込みインターフェース５１によって記憶装置３９に記録する。この画像を透過像２と呼ぶ。同時に、ＣＲＴコントローラ４２に透過像２の画像データを出力し、ＣＲＴ４１に画像表示させる。
【０１０２】
透過型電子顕微鏡の電子光学系機構は、図１に示したように、電子銃１，第一照射レンズコイル２，第二照射レンズコイル３，対物レンズコイル６，第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２から構成され、これらの電子レンズ各々が持つ幾何公差により、電子線の光軸は完全に一致していない。従って、像回転を行うために電子レンズの励磁条件を変えた際に、前述の図２（ｂ）に示すように、基準とした透過像１と透過像２の２つの試料透過像間で像回転中心位置が移動する現象（視野がずれる現象）が発生する。そこで、以下のステップＳ４５からステップＳ４７の処理の繰り返しによって、電子レンズの励磁条件変化時に発生する視野ずれを自動的に補正し、図２（ｃ）に示すように、像回転中心を一致させる。なお、この視野ずれ補正は、図１１で説明したように、試料上下に配置した電子線偏向コイルを用いて行う電磁的方法と、試料ステージの微動機構を用いて行う機械的方法のいずれかで行われる。
【０１０３】
ステップＳ４５では、透過像１と透過像２のそれぞれを記憶装置３９から呼び出し、演算装置４０により、図３で説明したように、それぞれの画像の２次元離散フーリエ変換データを作成し、前述した位相情報のみの相互相関によって、透過像１と透過像２の２つの画像間の移動量を求める。
【０１０４】
ステップＳ４６では、像移動量がゼロであるか判定し、像移動量がゼロでないと認められる場合にはステップＳ４７に進む。
【０１０５】
ステップＳ４７では、像移動量をゼロにする移動量（視野ずれ補正量）を演算装置４０で計算し、図１１で説明したように、電磁的に、あるいは機械的に視野ずれ補正を行う。視野ずれ補正を行った後、再びステップＳ４４に戻り、再び像移動の判定および視野ずれ補正を行って、視野ずれがゼロと判定されればステップＳ４８に進む。
【０１０６】
ステップＳ４８では、視野ずれ補正された試料透過拡大像を図１に示したＴＶカメラ１３で撮像し、記憶装置３９に透過像３として登録する。同時にＣＲＴコントローラ４２を介し、ＣＲＴ４１上に透過像３が画像表示される。
【０１０７】
ステップＳ４９では、記憶装置３９に登録された透過像１と透過像３を呼び出し、演算装置４０により、図３で説明したように、それぞれの画像の２次元離散フーリエ変換データを作成し、それらのデータから極座標に変換した位相情報のみの相互相関によって透過像１と透過像３との間の像回転角を求める。計算された像回転角の値は、ＲＡＭ４８に保存される。
【０１０８】
ステップＳ５０では、ＣＲＴコントローラ４２を介してＣＲＴ４１に像回転角が表示される。
【０１０９】
次に、図２（ｂ）に示したような試料透過像に回転と視野ずれがある場合の、他の視野ずれ補正の手順を説明する。図１５は、図１４と同じく像回転時に生じた視野ずれを補正する手順を示すフローチャートである。この手順は、基準とする試料透過拡大像に対して像回転を行い、別の試料透過拡大像の像回転角を精密に自動補正し、これら２つの画像間における像回転角の表示、及び、像回転時に生ずる視野ずれを自動補正するものである。
【０１１０】
図１５において、はじめに、基準とする試料透過像を得るため、ステップＳ51で、図１に示す倍率切り替え用ロータリーエンコーダ４７、あるいはキーボード４５により倍率を入力し、透過型電子顕微鏡の各レンズ系機構のレンズコイルに流す電流をその倍率にあったように設定する。このとき、すでに焦点は合っているものとする。
【０１１１】
ステップＳ５２では、シンチレータ５０に投射された試料透過像をＴＶカメラ１３で撮像し、画像取り込みインターフェース５１により記憶装置３９にこの試料透過像を登録する。この画像を透過像１とする。透過像１はＣＲＴコントローラ４２を介してＣＲＴ４１上に画像表示される。
【０１１２】
次のステップＳ５３では、各レンズ系機構の電子レンズの励磁条件を変えて、透過像１を等倍で所望の角度に像回転する。像回転角の入力は、像回転角入力用ロータリーエンコーダ４７、あるいはキーボード４５を用いる。入力された像回転角はＲＡＭ４８に保存する。像回転角入力用ロータリーエンコーダ４７から発生したパルス波はＩ／Ｆ４４に入力し、デジタル信号に変換され、マイクロプロセッサ３８に入力される。マイクロプロセッサ３８はＩ／Ｆ４４から入力されたデジタル信号を、ＲＯＭ４９にあらかじめ記憶している第一照射レンズコイル２，第二照射レンズコイル３，対物レンズコイル６，第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２の各レンズのデータを、ＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７に出力して、レンズのデータをアナログ信号に変換する。これらのＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７は、励磁電源１５，１６，１９，２２，２３，２４，２５にアナログ信号を出力して、上記各レンズのレンズコイルに電流を出力し、基準とした透過像１に対して像回転した試料透過拡大像を得る。
【０１１３】
さらにステップＳ５４では、シンチレータ５０に投射された回転した試料の透過拡大像をＴＶカメラ１３で取り込み、画像取り込みインターフェース５１を介して記憶装置３９に透過像２として記憶させる。また、ＣＲＴコントローラ４２に透過像２の画像データを出力して、ＣＲＴ４１に画像を表示する。
【０１１４】
ステップＳ５５では、記憶装置３９に登録されている透過像１と透過像２を呼び出し、図３で説明したように、それぞれの画像の２次元離散フーリエ変換データを作成し、それぞれのデータから極座標変換した位相情報のみの相互相関によって透過像１と透過像２の２画像間の像回転角を求める。計算された値は、ＲＡＭ４８に保存される。
【０１１５】
その後、ステップＳ５６で、演算装置４０を用いて、透過像１と透過像２の間の像回転角とステップＳ５３でＲＡＭに保存した所望の値とを比較判定する。ここで、所望の回転角と一致しないと判断されれば、ステップＳ５７に進む。
【０１１６】
ステップＳ５７からステップＳ５８では、像回転角の補正を行う。像回転角の補正方法は、第二投射レンズコイル１２の励磁条件を変化させる方法と、あらかじめ設定した離散的な像回転レンズデータをもとに任意の像回転角を設定する２つの方法が挙げられる。
【０１１７】
まず、第二投射レンズコイル１２の励磁条件を変化させて像回転角を補正する方法は、ステップＳ５７で、演算装置４０により補正角を計算し、これに対応する第二投射レンズコイル１２の電流値を計算する。ステップＳ５８では、マイクロプロセッサ３８によりＲＯＭ４９に設定された電流値をバスを介してＤＡＣ37により励磁電源２５にアナログ信号を出力し、第二投射レンズコイル１２に電流を出力する。その後、ステップＳ５４に戻り、再び透過像１と透過像２の間で回転角度の比較判定を行い、所望の回転角度と一致していると判断されればステップＳ５９に進む。
【０１１８】
既に設定してある離散的な像回転レンズデータを用いて補正する方法は、次のとおりである。ステップＳ５７で演算装置４０で補正角を計算し、対応する結像レンズ系機構の電流値を求める。ステップＳ５８では、マイクロプロセッサ３８によりＲＯＭ４９に設定された電流値をバスを介してＤＡＣ３４，３５，３６，３７により励磁電源２２，２３，２４，２５にアナログ信号を出力し、結像レンズ系機構の各レンズ、すなわち、第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２に電流を出力する。その後、ステップＳ５４で回転角の比較，判定を行い、所望の回転角と一致していると判断されれば、ステップＳ５９に進む。
【０１１９】
ステップＳ５９では、像回転角の補正を行った試料透過拡大像をＴＶカメラ１３で取り込み、記憶装置３９に透過像３として保存する。また、ＣＲＴコントローラ４２に透過像３の画像データを出力してＣＲＴ４１上に画像を表示する。
基準とした透過像１と像回転させるため電子レンズの励磁条件を変えた透過像３の間では、電子線光軸の幾何公差により、視野ずれが生じる可能性がある。そこでステップＳ６０からステップＳ６２の手順に従って、視野ずれを補正する。
まず、ステップＳ６０では、透過像１と透過像３のそれぞれを記憶装置３９から呼び出し、図３で説明したように、それぞれの画像の２次元離散フーリエ変換データを作成し、それぞれのデータから、位相情報のみの相互相関によって、透過像１と透過像３の像移動量を求める。
【０１２０】
ステップＳ６１では、演算装置４０により像移動量がゼロであるか判定し、ゼロでなければステップＳ６２に進む。
【０１２１】
ステップＳ６２では、演算装置４０で像移動量をゼロにする移動量（視野ずれ補正量）を計算し、図１１に説明したように、試料上下に配置した電子線偏向コイルを用いて電磁的に、あるいは、試料ステージを移動することにより機械的に視野ずれ補正を行う。視野ずれ補正後、再びステップＳ５９に戻り、像移動の判定、および、移動補正を行って、視野ずれがゼロと判定されれば、ステップＳ63に進む。
【０１２２】
ステップＳ６３では、ＲＡＭ４８に保存された像回転角データを呼び出し、ＣＲＴコントローラ４２を介して、ＣＲＴ４１に像回転角を表示し、すべての処理が終了する。
【０１２３】
次に、倍率が変化した場合の視野ずれ補正の手順について説明する。図１６は、図１４，図１５と同じく像回転時に生じた視野ずれを補正する手順を示すフローチャートである。この手順は、透過型電子顕微鏡を用いて、基準となる試料透過拡大像に対し、倍率が異なる試料透過拡大像の像回転角を計算し、像回転角の高精度な自動補正をし、これらの画像間における像回転角の表示を行い、かつ、像回転時に生ずる視野ずれを自動補正するものである。
【０１２４】
図１７は、倍率が変化した場合の像回転角を自動調整する手順を示す試料透過像の一例を示す図である。像の回転角の計測と位置ずれの計測に用いる位相情報に限定した相互相関法では、測定する２画像のそれぞれの倍率が異なると計算が不可能となる。したがって、図１７（ａ）に示す、倍率Ｍ１，像回転角θである基準となる試料透過拡大像を透過像１として登録する。次に、倍率Ｍ１で像回転角が０°となるレンズデータを呼び出し、図１７（ｂ）に示す、この試料透過拡大像を透過像２として登録する。これら透過像１と透過像２の間での像回転角を計算し、記憶装置３９に記録しておく。次のステップは、希望の倍率Ｍ２で像回転角０°のレンズデータを呼び出し、図１７（ｃ）に示すように、この試料透過拡大像を透過像３として登録する。最後に、記憶装置３９に記録しておいた像回転角θと倍率Ｍ２のレンズデータに変更し、図１７（ｄ）に示すように、この試料透過拡大像を透過像４として登録する。そして、透過像３と透過像４の間で像回転角を計算し、回転角θとなるよう精密に自動調整を行うものである。
【０１２５】
図１６において、ステップＳ７１では、基準となる試料拡大像の倍率Ｍ１、および像回転角θを入力し、前述のように透過型電子顕微鏡の各レンズ系機構のレンズコイルに流す電流をその倍率および像回転角を得られるように設定する。このとき、すでに焦点は合っているものとする。
【０１２６】
次に、ステップＳ７２において、図１に示すシンチレータ５０に投射された倍率Ｍ１，像回転角θの試料透過拡大像をＴＶカメラ１３で撮像し、画像取り込みインターフェース５２により記憶装置３９にこの試料透過拡大像を透過像１として記憶させ、基準画像とする。そして、この透過像１を、ＣＲＴコントローラ
４２を介してＣＲＴ４１上に画像表示させる。
【０１２７】
ステップＳ７３では、希望する拡大倍率Ｍ２をキーボード４５、または、倍率切り替え用ロータリーエンコーダ４６により入力し、ＲＡＭ４８に記憶させておく。
【０１２８】
ステップＳ７４からステップＳ７６までの手順に従い、最初にステップＳ７１で設定した透過像の像回転角を測定する。まず、ステップＳ７４では、基準となる試料透過像の倍率Ｍ１で、像回転角度が０°となるレンズデータをＲＯＭ４９から呼び出し、第一照射レンズコイル２，第二照射レンズコイル３，対物レンズコイル６，第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２の各レンズのデータを、ＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７に出力して、各レンズのデータをアナログ信号に変換する。これらのＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７は、励磁電源１５，１６，１９，２２，２３，２４，２５にアナログ信号を出力して、上記各レンズのレンズコイルに電流を出力し、倍率Ｍ１，像回転角０°にする。
【０１２９】
ステップＳ７５では、試料の透過電子像をＴＶカメラ１３で取り込み、記憶装置３９に透過像２と名前を付けて保存する。また、ＣＲＴコントローラ４２に透過像２の画像データを出力してＣＲＴ４１上に画像を表示する。
【０１３０】
ステップＳ７６では、記憶装置３９に登録されている透過像１と透過像２を呼び出し、図３で説明したように、それぞれの画像の２次元離散フーリエ変換データを作成し、それぞれのデータから極座標変換した位相情報のみの相互相関によって透過像１と透過像２の２画像間の像回転角度を求める。計算された像回転角の値は、ＲＡＭ４８に保存される。
【０１３１】
ステップＳ７７以降では、倍率Ｍ２に変更し、像回転角補正，視野ずれの補正を行う。はじめに、ステップＳ７７では、ステップＳ７３で設定した倍率Ｍ２で、像回転角度が０°となるレンズデータをＲＯＭ４９から呼び出し、第一照射レンズコイル２，第二照射レンズコイル３，対物レンズコイル６，第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２の各レンズデータをＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７に出力して、各レンズのデータをアナログ信号に変換する。これらのＤＡＣ２７，２８，３１，３４，３５，３６，３７は励磁電源１５，１６，１９，２２，２３，２４，２５にアナログ信号を出力し、各レンズコイルに電流を出力し、所望の倍率Ｍ２で回転角度が０°の透過電子像を得る。
【０１３２】
ステップＳ７８では、この試料の透過拡大像をＴＶカメラ１３で取り込み、記憶装置３９に透過像３と名前を付けて保存する。
【０１３３】
次に、ステップＳ７９では、設定した倍率Ｍ２でかつ像回転角がＲＡＭ４８に登録された像回転角θとなるレンズデータをＲＯＭ４９から呼び出し、レンズ電流を与える。
【０１３４】
ステップＳ８０では、この透過拡大像をＴＶカメラ１３で撮像し、記憶装置３９に透過像４として保存する。
【０１３５】
ステップＳ８１では、透過像３と透過像４を記憶装置３９から呼び出し、図３で説明したように、それぞれの画像の２次元離散フーリエ変換データを作成し、それぞれのデータから極座標変換した位相情報のみの相互相関により、透過像３と透過像４の２つの画像間の像回転角を計算する。計算された像回転角の値はＲＡＭ４８に保存される。
【０１３６】
その後、ステップＳ８２では、演算装置４０により、透過像３と透過像４の間の像回転角と、ステップＳ７６でＲＡＭ４８に保存された透過像１と透過像２の間の像回転角の値と比較判定する。ここで、透過像１と透過像２との間の回転角と透過像３と透過像４との間の回転角とが一致しなければ、ステップＳ８３に進む。
【０１３７】
ステップＳ８３では、演算装置４０により補正角、および、対応する第二投射レンズコイル１２の電流値を計算する。
【０１３８】
ステップＳ８４では、レンズデータとして第二投射レンズコイル１２に電流を出力するか、あるいは、あらかじめ設定した像回転レンズデータをもとに補正角に相当する結像レンズ系機構の第一中間レンズコイル９，第二中間レンズコイル１０，第一投射レンズコイル１１，第二投射レンズコイル１２へ電流を出力する。
【０１３９】
その後、ステップＳ８０に戻り、再び回転角の比較判定を行い、透過像１と透過像２との間の像回転角と、透過像３と透過像４との間の像回転角とが一致していると判断できれば、ステップＳ８５に進む。
【０１４０】
ステップＳ８５では、試料５４の透過拡大像をＴＶカメラ１３で撮像し、記憶装置３９に透過像５と名付けて保存する。さらに、ＣＲＴ４１上に透過像５の画像データを表示させる。
【０１４１】
像回転するために、電子レンズの励磁条件変化に伴う視野ずれの補正を、ステップＳ８６からステップＳ８８の手順に従って補正する。はじめに、ステップＳ８６では、透過像３と透過像５のそれぞれを記憶装置３９から呼び出し、図３で説明したように、それぞれの画像の２次元離散フーリエ変換データを作成し、それぞれのデータから位相情報のみの相互相関によって、透過像３と透過像５の２画像間の像移動量を求める。
【０１４２】
ステップＳ８７では、演算装置４０により像移動量がゼロであるかどうか判定し、ゼロでなければステップＳ８８に進む。
【０１４３】
ステップＳ８８では、像移動量をゼロにする移動量（視野ずれ補正量）を計算し、図１１で説明したように、電磁的に、あるいは機械的に視野ずれ補正を行う。
【０１４４】
この視野ずれ補正後、再びステップＳ８５に戻り、像移動の判定、および、移動量の補正を行って、視野ずれがゼロと判定できれば、ステップＳ８９に進む。ステップＳ８９では、ＲＡＭ４８に保存された像回転角の値を呼び出し、CRTコントローラ４２を介して、ＣＲＴ４１に像回転角が表示され、処理が終了する。
【０１４５】
透過型電子顕微鏡において、以上述べた視野ずれ補正によって、次に挙げるような効果を得ることができる。
【０１４６】
（１）試料ドリフトに伴う視野ずれ量と方向をリアルタイムで計測，表示できる。
【０１４７】
（２）試料ドリフトに伴う視野ずれをリアルタイムで自動補正できる。
【０１４８】
（３）試料ドリフトに伴う視野ずれ量が仕様値以上の場合、視野ずれ補正の時間間隔を短縮して自動補正できる。
【０１４９】
（４）試料ドリフトに伴う視野ずれ量をあらかじめ予測して視野ずれ補正できる。
【０１５０】
（５）２つの試料透過拡大像間の像回転角をリアルタイムで検出，表示できる。
（６）２つの試料透過拡大像間の像回転時に生ずる視野ずれをリアルタイムで自動補正できる。
【０１５１】
（７）２つの試料透過拡大像間の像回転角をリアルタイムで精度良く自動補正できる。
【０１５２】
（８）倍率の異なる２つの試料透過拡大像間で像回転角をリアルタイムで精度良く自動補正できる。
【０１５３】
以上のように、透過型電子顕微鏡で試料ドリフトに伴う視野ずれ量と方向の計測，表示，自動補正，試料ドリフトを予測しての自動補正，２つの試料透過拡大像間での試料透過拡大像の回転角の計測ならびに表示，像回転角の高精度な自動補正，倍率の異なる試料透過拡大像の高精度な像回転角の自動補正が可能となり、透過型電子顕微鏡における観察性，操作性の向上に大いなる効果を期待できる。
【０１５４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、透過型電子顕微鏡における記録した登録画像に対し、任意の設定時間後に記録した参照画像の２つの画像間の視野ずれ量および方向をリアルタイムで高精度に計測，表示し、視野ずれを自動的に補正する透過型電子顕微鏡を得ることができる。
【０１５５】
また、本発明によれば、記録した登録画像に対し、電子レンズの励磁条件を変えて回転し記録した参照画像の２つの画像間の像回転角をリアルタイムで正確に計測，表示し、所望の回転角に高精度に自動補正し、励磁条件を変化させた際に発生する視野ずれ量をリアルタイムで計測し、この視野ずれ補正を正確且つ自動的に行い、視野ずれのない試料透過拡大像を得る透過型電子顕微鏡を得ることができる。
【０１５６】
付記
（請求項６）
請求項３の記載において、前記登録画像と前記参照画像の２つの画像間の視野ずれの位相情報のみの相互相関を計算し、該相互相関から前記登録画像に対する前記参照画像の視野ずれの補正量を計算する第三の演算装置と、該第三の演算装置で求められた前記視野ずれの補正量に基づいて前記電子線を偏向させる偏向器とを備えたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【０１５７】
（請求項７）
請求項３の記載において、前記登録画像と前記参照画像の２つの画像間の視野ずれの位相情報のみの相互相関を計算し、該相互相関から前記登録画像に対する前記参照画像の視野ずれの補正量を計算する第三の演算装置と、前記試料の上部に配置され、前記第三の演算装置で求められた前記視野ずれの補正量に基づいて前記電子線をその光軸から平行に移動させる試料上部偏向器と、前記試料の下部に配置され、前記試料上部偏向器により偏向された電子線を前記電子線の光軸上に戻す試料下部偏向器とを備えたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【０１５８】
（請求項８）
請求項３の記載において、前記登録画像と前記参照画像の２つの画像間の視野ずれの位相情報のみの相互相関を計算し、該相互相関から前記登録画像に対する前記参照画像の視野ずれの補正量を計算する第三の演算装置と、該第三の演算装置で求められた前記視野ずれの補正量に基づいて前記試料を移動させる移動装置とを備えたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【０１５９】
（請求項９）
請求項３または４のいずれかの記載において、前記登録画像と前記参照画像の間の視野ずれ量を計算する演算装置と、該演算装置で計算された前記視野ずれ量に基づいて前記視野ずれを補正する補正装置と、あらかじめ決められた時間間隔で前記演算装置による計算と前記補正装置による前記視野ずれの補正とを繰り返すとともに、前記演算手段で計算された視野ずれ量があらかじめ決められた値より大きいとき、前記時間間隔を短くする制御手段とを備えたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【０１６０】
（請求項１０）
請求項３の記載において、前記第二の演算装置での前記視野ずれ量の計算の後、前記撮像装置で第三の試料像を撮像し、該第三の試料像から視野ずれ量を予測する予測装置と、該予測装置で予測された視野ずれ量の予測値に基づいて、前記視野ずれ量を補正する補正装置とを備えたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
（請求項１１）
電子銃から放出された電子線を試料に照射して該試料の分析，試料像の観察を行う透過型電子顕微鏡において、前記試料の試料透過像を撮像する撮像装置と、該撮像装置で得られた第一の試料透過像を記録する第一の記憶装置と、前記第一の試料透過像を回転させる電子レンズと、前記回転された第一の試料透過像を記録する第二の記憶装置と、前記撮像装置で撮像された第二の試料透過像を記録する第三の記憶装置と、前記第二の記憶装置に記録された前記回転された第一の試料透過像を読み出し２次元離散フーリエ変換データを作成する第一の演算装置と、前記第三の記憶装置に記録された前記第二の試料透過像を読み出し２次元離散フーリエ変換データを作成する第二の演算装置と、前記登録画像の２次元離散フーリエ変換データと前記参照画像の２次元離散フーリエ変換データとから位相情報のみの相互相関を計算して前記回転された第一の試料透過像と前記第二の試料透過像の間の視野ずれ量を求める視野ずれ量演算装置と、前記視野ずれ量の補正量を計算する補正量演算装置と、該補正量演算装置で計算された視野ずれ量の補正量に基づいて前記試料の試料透過像を補正する補正装置と、前記撮像装置により撮像された第三の試料透過像と前記回転された第一の試料透過像とから、両試料透過像間の回転角を計算する第三の演算装置とを備えたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【０１６１】
（請求項１２）
請求項１１の記載において、前記補正装置は、前記試料の上部に配置され前記視野ずれ量の補正量に相当するだけ前記電子線をその光軸から平行移動させる第一の偏向器と、前記試料の下部に配置され前記電子線の光軸から平行移動した電子線を前記電子線の光軸上に戻す第二の偏向器とを備えたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【０１６２】
（請求項１３）
請求項１１の記載において、前記補正装置は、前記試料を移動させる試料移動装置を備えたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による透過型電子顕微鏡の一例を示し、その機能を示すブロック図。
【図２】透過型電子顕微鏡による透過像の一例を示す図。
【図３】試料透過拡大像を説明のために模擬的に示した図。
【図４】デカルト座標系と極座標系との関係図。
【図５】電子レンズの励磁と焦点距離との関係を示す関係図。
【図６】あらかじめ設定したある一定倍率の時の像回転レンズデータの像回転角と励磁電流との関係を示す関係図。
【図７】視野ずれ補正の流れを示すフローチャート。
【図８】試料透過像の一例を示す図。
【図９】ドリフトの状態を説明するデカルト座標表示を示す図。
【図１０】ドリフト量の時間変化を示す関係図である。試料ドリフトの経時変化を示す図。
【図１１】視野ずれ補正の概念を説明する模式図。
【図１２】試料ドリフトのサンプリング時間を変えて視野ずれ補正を行う手順を示すフローチャート。
【図１３】試料ドリフトを予測して視野ずれ補正を行う手順を示すフローチャート。
【図１４】像回転時に生じた視野ずれを補正する手順を示すフローチャート。
【図１５】像回転時に生じた視野ずれを補正する手順を示すフローチャート。
【図１６】像回転時に生じた視野ずれを補正する手順を示すフローチャート。
【図１７】倍率が変化した場合の像回転角を自動調整する手順を示す試料透過像の一例を示す図。
【符号の説明】
１…電子銃、２…第一照射レンズコイル、３…第二照射レンズコイル、４…試料上部第一偏向コイル、５…試料上部第二偏向コイル、６…対物レンズコイル、７…試料下部第一偏向コイル、８…試料下部第二偏向コイル、９…第一中間レンズコイル、１０…第二中間レンズコイル、１１…第一投射レンズコイル、１２…第二投射レンズコイル、１３…ＴＶカメラ、３８…マイクロプロセッサ、３９…記憶装置、４０…演算装置、４１…ＣＲＴ、４２…ＣＲＴコントローラ、４６…倍率切り替え用ロータリーエンコーダ、４７…像回転角入力用ロータリーエンコーダ、４８…ＲＡＭ、４９…ＲＯＭ、５０…シンチレータ、５３…試料ステージ、５４…試料、５５，６５…電子線、５８，６１，６８，６９…試料透過像、６２…合成位相画像、６３…相関強度画像、６６…偏向時電子線、６７…電子線光軸。
【図１】
0004095743.tif 000021
【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】
0004095743.tif 000027
【図８】
0004095743.tif 000028
【図９】
0004095743.tif 000029
【図１０】
0004095743.tif 000030
【図１１】
0004095743.tif 000031
【図１２】
0004095743.tif 000032
【図１３】
0004095743.tif 000033
【図１４】
0004095743.tif 000034
【図１５】
0004095743.tif 000035
【図１６】
0004095743.tif 000036
【図１７】
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