うになってきた．これを機会に TEM でも実時間でステレオ観察が出来るシステムを開発したので報告する 2,3）．通常，多視点テレビでは視点の数だけカメラを設置するのだが，実時間（リアルタイム）ステレオ透過電子顕微鏡の開発

TEM の場合，試料を透過してきた電子の散乱角が極めて小Real-Time Stereo Transmission ElectronMicroscope

も，互いのなす角度が大きければ電子が散乱されず十分な像

さく，像はほとんど一方向からの投影である．従って，仮に見込み方向の異なる 2 台以上のカメラを観察室に設置して強度が得られない．そこで，試料を照射する電子線の入射角を変え，正焦点付近で観察することにより，1 台のカメラで視点の切り替えを行う．

丹司敬義
2.

Takayoshi TanjiａNTSC 信号とビーム偏向信号

日本や北米，中南米で従来から使われているアナログ式テ名古屋大学

レ ビ や ビ デ オ の 方 式 が NTSC（National Television Standards要旨

透過電子顕微鏡を操作しながら，実時間でステレオ観察が可能なシステムを開発したので紹介する．システムは，電子線を NTSC ビデオ信号と同期させて 1/60 秒毎に左右 2 方向から試料に照射し，同時に像をシフトする機構を備えている．得られたビデオ信号を左右の画像に分割し，ステレオモニタを用いることにより特別なメガネを使用せずに裸眼で立体感のある画像が得られる．ここでは，システムの概要と得られた結果を紹介する．

Committee）信号で，インターレース方式である．これは 525
本の走査線のうち奇数番目だけを使った像と偶数番目だけを使った像とを 1/60 秒毎に交互にフィールド画像として取り込
み 1/30 秒毎につくる 1 枚のフレーム画像が滑らかに変化するシステムである．カメラから出力された信号を図 1 に示す．
この出力信号に，映像信号と，水平同期信号，垂直同期信号が図中に示すように含まれている．そこで，垂直同期信号と同期させて照射電子線を左右に振れば左右のステレオペア画

キーワード：TEM，ステレオ観察，実時間立体観察，ステレオモニタ

像を 1 つのフレームとして取り込むことが出来る．ただし，電子線を振るのは 1 つのフィールドを記録し終わって垂直同期信号を検出してから次のフィールドを取り込み始めるまで1.に完了しなければならない．この間およそ 1 ミリ秒である．
はじめに元来，2 次元投影像しか得られない透過電子顕微鏡（TEM）を使って，3 次元の情報を得たいという思いから，1930 年代
1）

3.

偏向と照射・結像レンズシステム

かつても，テレビと同期して照射電子線を偏向しようとすには既にステレオ観察が行われていた ．現在でもステレオる試みがなされたことはあったが，実現していなかった 4,5）．

観察は用いられているが，通常の方法では試料ステージを傾

その理由は，もともと電子顕微鏡に組み込まれていた電磁式斜させ，試料を異なる方向から見た 2 枚の像を撮影しなけれ偏向系を用いようとしたことにある．本研究では，高速で電ばならない．その上で，2 枚の写真を焼き付けて専用のビュー子線を偏向するために静電偏向器を導入した．傾斜電子線をアーで観察する．一方，最近では，TEM 用試料傾斜システ

照射する際，次の 3 点に留意しなくてはならない．

ムの精度向上と使いやすい再生ソフトウェアの開発により，①電子線をできるだけ大きく傾斜すること．

コンピュータトモグラフィー（CT）も盛んに試み出されて②左右からの電子線が試料上の同じ点を照射すること．

いる．CT では傾斜時の試料の位置ずれを試料ステージを微③左右の像が混合しないこと．

動したり，得られた像の相関をとったりして補正しながらバックプロジェクション法等で再構成する．試料ステージを機械的に傾斜するため，ステレオ法でも撮影から像観察まで数十分を要し，CT に到っては数時間から十数時間かかることも多い．高角度範囲で数多くの像を利用する CT はステレ
オ法よりも定量性に優れているが，試料が時間的に変化する場合などには対応できない．近年，多視点テレビの開発が進み，特殊なメガネ等が無くとも立体画像を見る事が出来るよａ〒 464–8603 名古屋市千種区不老町
TEL: 052–789–4436; FAX: 052–789–3155
E-mail: tanji@esi.nagoya-u.ac.jp
2008 年 2 月 18 日受付

最近の研究と技術

実時間（リアルタイム）ステレオ透過電子顕微鏡の開発

図1NTSC ビデオ信号
137【著作権者：社団法人 日本顕微鏡学会】

④対物レンズの収差の影響を出きるだけ小さくすること．

でよく用いられる α の小さな中倍率では問題にならない．

以上の要請から，我々は図 2 の様な電子光学系を作製した．

しかしこの場合は，回折収差の影響が無視できなくなる．例

静電偏向器 A を第 1 集束レンズの手前，電子銃側に入れ，えば α = 5 mrad に対して回折収差は δd = λ/λ α ≈ 0.5 nm となる．

偏向器面と試料面が集束レンズ系の共役面（物面と像面）にそこで，Cs = 1.6 mm の我々の装置で得られる横分解能はなるように焦点を調整する．これにより，電子線を傾斜してδ = δs + 0.61δd ≈ 0.35 nm が期待される．また，振り角 ± 2.3 度も同じ試料上の領域を照射することができる．ただし，偏向の時，高さ分解能は 5 nm 以下になる．しかし，ΔfΔ の位置で器 1 で実際に 200 keV の電子線が受ける傾斜角は，印加電圧得られる像はそのままでは光軸から外れてしまう．左右の像

450 V に対し 0.08 度であり，このままでは十分な立体感が得が画面の中でかけ離れてしまうと，画像を立体視する事が容られない．そこで，対物レンズの前磁場を含む照射系を図 3易ではなくなる．そこで，図 2 に示すように，左右の画像（a）のように約 1/30 の縮小系として使用することで，角倍を近づけるため静電偏向器 B を第 1 中間レンズの後ろ，制率を 30 倍にし，± 2.3 度（40 mrad）の傾斜照射が得られる限視野絞りの位置に設置し，像の位置を調整できるようにしことを電子回折像から確認した．ただしこれだけ傾斜すると，た．この偏向器も偏向器 A と同様，記録用のテレビの垂直図 3（b）のように，対物レンズの球面収差のため試料上の同期信号と同期させる必要がある．イメージインテンシファ

2一点がガウス像面上では δ = 2Csα(3θ + α) だけ広がってしまイアーで増幅し，CCD カメラで取り込んだ信号は，左右のう．ここで，Cs, α, θ はそれぞれ球面収差係数，試料への照フィールドに分けて 3D ステレオモニタに表示する．

射広がり角，中心ビームの傾斜照射角であり，結像系の倍率
は 1 倍 と し て い る． し か し， 対 物 レ ン ズ の 焦 点 を Δf
Δ =−4.

3D ステレオモニタ

Cs(3θ2 + 3/4α2)（アンダーフォーカス）にあわせると，最小

近年立体テレビの研究が進み，多視点表示モニタも格段の錯乱円の位置で観察することができ，収差による広がりの影進歩を遂げている．既に市販されている 3D ステレオモニタ

響をほぼ δs = 1/4Csα3 にまですることができる．通常の観察にもいくつもの方式があるが，我々が用いた方式の 1 つ，パララックスバリアタイプの原理を図 4 に示す．バックライ
トで照らされた左右のフィールドの像がその前面にあるバリ
アで片方がさえぎられ，モニタから適当な位置に立つ人の左右それぞれが対応した目にのみ入射するように設計されている．これらのモニタを用いることにより，アナグリフ（赤青像方式）や偏光法のように特殊なめがねを用いることなく裸眼で立体感のある画像をリアルタイムで観察できる．現在では，2 視点のステレオ画像のみでなく，4 視点，8 視点とどんどん多視点のものが開発されている．
5.

立体観察

立体感を感じるのに酸化亜鉛は適当な試料である．針状の突起部が 1 μm 程度のテトラポット状のその結晶は金属亜鉛を空気中で燃焼させて作られる．図 5 は酸化亜鉛の微粒子を本システムで観察した例である．図 5（a）は左右両方の像を混合した 1 フレームで，拡大してみると走査線ごとに像
図 2 実時間ステレオ TEM 光学系：集束レンズ上部と第 1 中間レンズ下部に装着された静電変更器はカメラの垂直垂同期信号と同期して電子線を偏向する．

図3

138

照射光学系（a）と結像光学系（b）が入れ替わっているのがわかる（b）．このフレーム像から左右のフィールドを分離して取り出し，並べて表示したのが

図4

パララックスバリア型ステレオモニタ

顕微鏡 Vol. 43, No. 2（2008）【著作権者：社団法人 日本顕微鏡学会】

図 5 酸化マグネシウムのステレオ画像．フレーム画像は，1ライン毎に左右の画像が混合することなく記録されている．分
離された左右のフィールドを右目用（c），左目用（d）として示す．

図 6 Al 薄膜の転位の観察：1 秒間隔で撮影された 2 組のステレオペア（a），（b），ステレオ照射時の回折像（c）．

図 5（c, d）である．ここでは，交差法で立体感が得られる

3 次元プロットは，それぞれの時点におけるいろいろな角度ように，右目用を左（c）に，左目用を右（d）に配置していからのイメージをビーム傾斜角の範囲で再生してくれる．現る．裸眼立体視のできる方には，針状の突起が飛び出してい在のシステムは市販の電子顕微鏡を基に作製しているためるのが見えるであろう．この試料では，対物絞りを用いていビームの傾斜角が限定されているが専用の設計にすれば傾斜ないが，回折コントラストでの観察が中心となる格子欠陥等角は 2 倍程度にまで拡大することができ，さらに明瞭なステの研究では対物絞りは不可欠である．そこで，傾斜角に対応レオ画像が得られるシステムの構築が可能であると考えていした位置に 2 つの穴を持つ対物絞りが必要となる．アルミニ

る．また，今回は，NTSC 規格のインターレース方式をそのウム中の転位を本システムで観察した 2 組のステレオペアをまま利用したが，ノンインタ－レース方式でも原理的には同図 6（a），（b）に示す．2 組の撮影間隔は約 1 秒である．

じことなので，さらに高速度なカメラにより連続立体観察も転位をステレオ観察するには，ビームの傾斜に対し垂直方可能である．ただし，高速度カメラ観察では，常に画像の明向に系統反射が起こるよう図 6（c）のような条件に結晶をるさが問題となり，より高輝度の電子源と，より高感度なカ6）おく必要がある ．点線で囲まれた部分が回折像面上の同じメラの開発が不可欠である．本研究は文部科学省科学研究費領域に対応する．試料の方位あわせが完全ではなく，一部左補助金（課題番号 14205008）の助成を受け，当時大学院学右の像で一致しないコントラストも見られるが，これらの像生であった田中展望，小島孝之両氏の協力のもと行ったものから，ステレオシステムが電子線照射によりドリフトしていである．ここに記して感謝の意を表します．

る試料にも適応し，その間に，転位の位置がわずかに変化していることがわかる．
6.

おわりに実時間で立体観察ができる透過電子顕微鏡システムを開発した．本システムは，CT の精度は持たないが，テレビレートで試料の変化を観察できる点，高速現象を観察する場合や，定量的精度は要求せず試料における前後関係のみがわかれば十分だという場合のみならず，試料の CT を実施したい場所の決定にも，電子顕微鏡を操作しながら立体感が得られるため極めて有効である．また，未だ実時間観察にはいたらないが，ステレオペアから高さを計測することにより得られる最近の研究と技術

文

献1）von Ardenne, M.: Electronen Ubermikroskopie, Springer, Berlin,1940, p. 281
2）Tanji, T., Tanaka, H. and Kojima, T.: J. Electron Microsc., 54，215–222（2005）
3）Tanaka, H., Kojima, T., Tsuruta, H., Chen, J., Tanji, T. and Ichihashi,M.: J. Materials Science, 41，2659–2665（2006）
4）Typke, D., Hoppe, W., Sessler, W. and Burger, M.: Proc. 6th Europ.
Cong. on Electron Microsc., Jerusalem, 1976, p. 334–335
5）Fun, G.Y. and Ellisman, M.H.: Ultramicroscopy, 55，155–164（1994）
6）坂 公恭：結晶電子顕微鏡学，内田老鶴圃，1997，194–197

実時間（リアルタイム）ステレオ透過電子顕微鏡の開発

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