企画にあたって田 辺 栄 司1
鈴 木 賢 紀4佐々木秀顕2竹田修5

川 西 咲 子3永井崇6

三次元解析技術は，近年の Xe プラズマ FIBSEM の登場と，TEM のオプションとして普及した電子線トモグラフィによって，幅広いサイズ・分解能の領域を連続的にカバーすることが可能になり(図)，単なる非破壊検査の一手法から，密度・組成・結晶構造といった多岐にわたる三次元情報を可視化する組織解析の重要なツールにまで発展した．その一方，医学系を除けば系統的な解説書が少なく，ユーザの立場からはブラックボックスとして利用せざるをえない現状がある．本特集では各手法の開発をけん引されている研究者に加えて，ハード・ソフトウェアメーカの開発担当者にも執筆していただき，より利用者の立場にたった解説になることを目指した．また，分野間の連携の試みとして，原理・撮影・解析手法を中心とした前編を 6 分野が，金属・材料科学での応用を中心とした後編を 3 分野が担当した．本編についても著者への依頼，構成，編集等について徳永透子先生(名古屋工業大学)，木口賢紀先生(東北大学(現 熊本大学))をはじめとする 3 分野の先生方に多大なご協力をいただいた．
まず，総説としてトモグラフィ研究の第一人者の工藤博幸
教授(筑波大学)に，「トモグラフィ画像再構成の基礎とトレンド解析的再構成法から圧縮センシングを経て深層学習ま

図1

三次元形態・組織観察手法の視野サイズと Voxel サイズの概念図．文献( 1 )に筆者の経験を加味して作成した．大半のシステムは空間分解能より細かい Voxel サ
イズを設定できるため，縦軸の下限は実用空間分解能とした．また， Ga 及び Xe プラズマ FIB SEM はスライス厚の実用下限を表示した．三次元アトムプローブ
トモグラフィ(APT)は後編に掲載予定である．

で」と題して，投影データから断層像を再構成するアルゴリ
ズムの歴史的発展から最新の高ノイズかつ少数データから再各撮影手法については，FIBSEM メーカの立場から仲野構成する手法までを解説していただいた．また，世界を席巻

株 日立ハイテク)に，「FIBSEM による 3 次元構造
靖孝氏(する海外ソフトメーカの製品群に対抗し，三次元データの可解 析 」 と 題 し て ， FIB と SEM そ れ ぞ れ の 原 理 か ら 3D 

視化・解析ソフトを開発されている滝克彦氏(日本ビジュア

EBSD への応用に至る解説をいただいた．次に黎明期から株 )には，
ルサイエンス「ポスト 3D イメージングのアプリケ

EBSD を国内に紹介されてきたことで知られるは鈴木清一ーション」と題して，三次元データを，客観的に数値化する

株 TSL ソリューションズ)に，氏(「 TEM を用いた結晶方位手法をご紹介いただいた．

マッピングの原理と応用」と題して電子回折を利用した高分

1

広島県立総合技術研究所 西部工業技術センター(〒7390046 東広島市鏡山 31326)
愛媛大学大学院理工学研究科
3 東北大学多元物質科学研究所
4 大阪大学大学院工学研究科
5 東北大学大学院工学研究科
6 千葉工業大学工学部
Preface to Special Issue on ``New Trends of 3D Imaging and Analysis (3D Observation, Reconstruction and Analysis)''; Eishi Tanabe1,Hideaki Sasaki2, Sakiko Kawanishi3, Masanori Suzuki4, Osamu Takeda5 and Takashi Nagai6
Keywords: tomography, FIBSEM, EBSD, TEM, electron diffraction, ASTAR
2021年11月22日受理[doi:10.2320/materia.61.5]
2

ま て り あ 第61巻 第 1 号(2022)
Materia Japan

解能・高速結晶方位解析技術の背景と製品化された ASTAR

本特集が，三次元データの背景にある撮影・解析技術へのの原理と応用事例をご紹介いただいた．最後に， 20 年以上理解，また，データの妥当性への判断の一助となれば幸甚でにわたって TEM の自動制御による連続傾斜像撮影から再構ある．

成・可視化に至るソフトを一貫して開発されてきた古河弘光

文株 システムインフロンティア)には，「 TEM トモグラフ氏(献ィ」と題して，具体的に三次元再構成に適した試料作りやグリッドの選択，撮影・再構成の上での注意事項・問題点等について解説いただいた．
なお，執筆者の方々には無理を承知で「過度に数式が多く( 1 ) T. L. Burnett, R. Kelley, B. Winiarski, L. Contreras, M. Daly,
A. Gholinia, M. G. Burke and P. J. Withers: Ultramicroscopy,161(2016), 119129.

ならないように」依頼している．予めご了承いただきたい．
また，三次元空間の解説を二次元の誌面に掲載しているため，グレースケール印刷では理解が難しい図があるかと思われる．オンライン版( https: // www.jim.or.jp / journal / m /)にはカラーで掲載されているので，併せてご覧いただきたい．

田辺栄司

佐々木秀顕

川西咲子

鈴木賢紀

竹田修

永井崇

三次元解析に関する用語説明
三次元解析手法を使う上で頻出する用語を，ユーザの立場から簡単に説明する．定義の省略や，個人研究が含まれているので予めご了承いただきたい．
voxel三次元での画素，二次元の pixel を三次元化したもの． X 線・TEM トモグラフィでは一般に立方体であるが，FIBSEM の場合は SEM 像の pixel サイズと FIB 加工のスライス厚が異なるため，正四角柱となる．

連続断面 SEM 像・連続スライスイメージング・Auto Slice & Viewいずれも FIBSEM の FIB 加工と SEM 観察の繰り返しで画像データを得る手法の名称で，詳しくは「FIBSEM による 3 次元構造解析」をご覧いただきたい．装置メーカの登録商標も含まれるため，本特集でも，滝らは「断層像」，仲野は「連続断面 SEM 像」，古河は「アレイ(Array)・トモグラフィや FIBSEM トモグラフィ」と呼んでおり，表現の苦心がうかがえる．
断層像一般に X 線トモグラフィで得られる回転軸に垂直な 2 次元の断面像．医療用 CT の主な表示方法．ただし， FIB 
SEM や生物・ソフトマテリアル向けのウルトラミクロトーム連続切片でも使用する場合がある．「ポスト 3D イメージングのアプリケーション」にあるように，慣習的に「Axial」と表示される．
ボリュームレンダリング(VR : VolumeRendering)(1)半透明で奥行きのある三次元可視化手法．X 線トモグラフィではヒストグラムから大気散乱由来のピークだけを取り除くと，トポグラフィー的な表面像になり，更に低密度成分を取り除いていくとより立体感のある表現となる(図)．当たり前の機能のように思われているが，断層像からボリュームレンダリングを作成する可視化ソフトは高価で，CPU・GPU パワーを猛烈に消費する．

文献( 1 ) R. A. Drebin, L. Carpenter and P. Hanrahan: ACM SIGGRAPH Computer Graphics, 224(1988), 6574.
( 2 ) A. Namiki, Y. Tanaka and T. Yokoyama: Earth, Planets and Space, 70(2018), 147.

図1

阿蘇山中岳から採取された火山灰(名古屋大学大学院並木敦子准教授ご提供(2))のマイクロフォーカス X 線 CT データの可傾斜させ視化例 (a)中央付近の断層像，明るいものが高密度，(b)ヒストグラムから大気由来の成分を除去し，各軸を45°た VR 像，(a)とは明暗が反転し，暗いものが高密度，(c)(b)から更に低密度物質由来の成分を除去した VR 像，高密度，すなわち重元素を含む鉱物の三次元分布が可視化されている．

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