JP2011065912A

JP2011065912A - 電子顕微鏡における三次元像構築画像処理方法

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Publication number: JP2011065912A
Application number: JP2009216597A
Authority: JP
Inventors: Misaki Hayashida; 美咲林田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: JP5339368B2

Abstract

【課題】透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）三次元像構築画像処理方法のアライメントに関する技術において、従来よりも簡便なＴＥＭ三次元像構築画像処理方法を提供する。
【解決手段】
透過型電子顕微鏡で針状試料を回転軸を中心として数度ステップずつ回転させて撮影した連続回転シリーズを、画像輪郭抽出と位置ずれ量の検出工程、回転軸の方向の検出工程、回転軸の平行移動量の検出工程、及び前記位置ずれ量と回転の補正を行うことにより、アライメントを行い、その後ＣＴ法により三次元像構築画像処理を行う。
【選択図】図１０

Description

本発明は、撮影画像から回転軸の情報を得ることのできる透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）三次元像構築画像処理方法に関する。

近年、ナノメートルもしくはそれ以下のオーダーでの観察を必要とする材料や生物などの研究分野で、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が広く利用されている。ＴＥＭは、観察試料に電子線を照射し、試料を透過した電子の作る像をＣＣＤカメラなどの撮像媒体に投影させる装置である。ＴＥＭで得られる画像は試料を透過した電子が形成する２次元像であり、試料の厚み方向（電子の入射方向）の詳細な情報は得られない。そこで、試料の構造をナノメートルスケールで、しかも３次元で取得する手法としてＴＥＭトモグラフィーが近年注目されている。これは、ＴＥＭで試料を数度ステップずつ回転させ、その都度像を撮影し、撮影した一連の画像（以後連続回転シリーズと呼ぶ）数十枚〜百数十枚に対して、ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）法を用いて画像処理を行うことにより三次元再構成像を得る手法である。病院などで用いられているＸ線ＣＴと原理は同じであるが、得られる画像の分解能は、Ｘ線ＣＴがサブミリメートルであるのに対し、ＴＥＭトモグラフィーでは数ナノメートルである。また、Ｘ線ＣＴでは、測定対象物を固定して、光源（Ｘ線源）と検出器を回転させるのに対し、ＴＥＭトモグラフィーでは、光源（電子銃）と検出器（ＣＣＤカメラ）とを固定して、測定対象物を回転させる。測定対象物の回転と平行移動は、試料駆動機構により制御する。

ＴＥＭにおいて、撮影視野の中心軸と試料駆動機構の回転軸をナノメートルオーダーで機械的に一致させることは不可能であるため、試料を回転させる度に観察対象物が撮影視野の中心からずれてしまう。したがって、試料を回転させる度に、試料駆動機構や偏向器を用いて観察対象物を撮影視野の中心へと位置調整を行ってから像を撮影する。通常その調整精度は十分でないため、連続回転シリーズ撮影後、一般的にアライメントと呼ばれている精密な補正を行い、その後、ＣＴ処理を行う。アライメントとは、連続回転シリーズの各画像の位置ずれ補正量と、試料の回転軸の位置と方向とを算出し、各画像の平行移動と回転を行う操作のことである。これにより、試料の回転軸と画像の中心軸が一致するようになる。試料表面に目印として載せた金微粒子を使うマーカー法（非特許文献１参照）と、再構成を行う物体自体の位置を目印にして行う相関法（非特許文献２参照）が代表的である。マーカー法は画像中の複数個の金微粒子を目印として選択し、それぞれの目印の軌道から回転軸の方向と各画像の位置ずれ補正量の最適値を求める方法である。相関法は再構成の対象となる物体自体を目印として各画像の位置ずれ補正量を求める方法である。

また、ＴＥＭトモグラフィーのアライメントに関して、位置ずれ補正を相関法によって行う方法が特許文献１に示されている。また、針状の試料の輪郭を用いて位置ずれ補正を行う方法が非特許文献３に示されている。これは、完全自動化ＳＴＥＭ−Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙの三次元再構築に関している。非特許文献３には、位置ずれ補正については記述されているが、試料の回転軸の方向を検出する方法については記述されていない。特許文献1においては、試料の回転軸の方向を検出する方法については「連続したプロジェクション像から確率的に求めることができる」と記述されているが具体的な方法については示されていない。

特開平４−３３７２３６号公報

Ｊ．Ｆｒａｎｋ，Ｂ．Ｆ．ＭｃＥｗｅｎ，１９９２．ＡｌｉｇｎｍｅｎｔｂｙＣｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｉｎ：Ｊ．Ｆｒａｎｋｅｄｉｔ，ＥｌｅｃｔｒｏｎＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ．ＰｌｅｎｕｍＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋ，ｐｐ．２０５−２１３．Ｍ．Ｃ．Ｌａｗｒｅｎｃｅ，１９９２．Ｌｅａｓｔ−ｓｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄｓｏｆａｌｉｇｎｍｅｎｔｕｓｉｎｇｍａｒｋｅｒｓ，Ｉｎ：Ｊ．Ｆｒａｎｋｅｄｉｔ，ＥｌｅｃｔｒｏｎＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ．ＰｌｅｎｕｍＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋ，ｐｐ．１９７−２０４．関口宏美他日本電子顕微鏡学会第６４回学術講演会予稿集（２００８年５月）１１９頁

従来は、薄膜上に観察対象物が載った薄膜試料の画像が撮影される場合が多かったが、最近では、真空部分に突き出した針状形状の物体の中に微粒子などの構造が含まれた試料を観察する例が増えてきている。図１は、真空部分２０に突き出た針状試料６を撮影した画像を模式的に示した正面図である。図１において、外枠は撮影視野の範囲（撮影画像の外枠）を示し、針状試料（斜線部）の中に黒で示す微粒子が含まれている試料の例を表している。図１の斜線部長手方向が針状試料の長手方向を示す。このような針状試料が用いられるのは、試料の回転角度によらず電子線に対する試料の厚みがほぼ一定であり、試料の回転の角度制限がなく、画像処理により等方的な分解能の三次元像が得られるからである。薄膜試料の場合は、６０度以上の高角度に試料を回転させても試料同士の重なりは少なく、目印の選択は容易であり、一枚の画像上の目印を選択すれば、相互相関法を用いてほぼ自動で他の画像の目印の選択を行える。一方、針状試料の場合は、針状形状の物体の内部に粒子などの構造が分散している例が多く、画像には常に構造が重なって写っている。重なりを考慮して自動で目印の選択を行うのは困難であり、一枚一枚の画像に対してマニュアルで行う必要があるため非常に時間と労力を要するという問題があった。

また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）三次元像構築画像処理方法のアライメントに関する技術である特許文献１のような方法では、試料の三次元画像の再構築に必要な回転軸の情報を、顕微鏡像からは得ることができないという問題がある。

また、完全自動化ＳＴＥＭ−Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙの三次元再構築に関する非特許文献３では、針状試料の位置ずれ補正を行っているが、試料の中心軸と試料の回転軸が一致していることや、試料の断面が真円であること等の条件を満たすことを指定しているので、満たしていない場合に適用できず、汎用性がなかった。

本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、針状試料を用いた場合の撮影画像の平行移動と回転を行う操作を自動的に行い、簡単に三次元像を構築できる画像処理方法を提供することを目的とするものである。また、回転軸の情報を画像から得ることができる方法を提供し、試料の中心軸と試料の回転軸との一致や、試料の断面が真円でなくとも、補正ができる汎用性のある方法を提供することを目的とする。また、これらの条件を満たすことを指定することにより、より高精度な補正を行うことのできる三次元像構築画像処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の特徴を有するものである。

本発明の方法は、透過型電子顕微鏡で試料を回転軸を中心として数度ステップずつ回転させて撮影した連続回転シリーズを、コンピュータトモグラフィー法を用いて画像処理を行う三次元像構築画像処理方法において、前記連続回転シリーズから、それぞれの画像の1枚目の画像に対する位置ずれ量を検出する工程と、前記透過型電子顕微鏡同一倍率で回転角度−９０度と＋９０度で撮影された画像の輪郭抽出画像を用いて、試料の回転軸が画像の中心軸に対してどれだけ回転して投影されているかを検出する回転軸角度検出工程とを備えることを特徴とする。前記試料の回転軸が画像の中心軸に対してどれだけ回転して投影されているかを検出する回転軸角度検出工程は、具体的には、前記連続回転シリーズにおいて回転角度−９０度と＋９０度で撮影された画像の輪郭抽出画像を用いる方法や、前記連続回転シリーズと同一透過型電子顕微鏡同一倍率で回転角度−９０度と＋９０度で撮影された他の試料の画像の輪郭抽出画像を用いる方法がある。また、本発明の方法は、前記位置ずれ量に相当する量だけ前記連続回転シリーズの各画像を平行移動する補正を行った後、前記回転軸角度に相当する角度回転の補正を行う工程を備えることを特徴とする。本発明の方法における前記試料は、針状試料、薄膜試料、その他の形状の試料で実施することができる。針状試料を用いると高精度の検出ができるので好ましい。前記試料が、薄膜試料等である場合は、「前記連続回転シリーズと同一透過型電子顕微鏡同一倍率で回転角度−９０度と＋９０度で撮影」に用いる「他の試料」として針状試料を用いるとよい。

また、具体的には、本発明の方法において、位置ずれ量を検出する工程は、前記連続回転シリーズから輪郭抽出画像シリーズを作製し、相互相関法によりそれぞれの画像の1枚目の画像に対する位置ずれ量を検出する工程を備えることを特徴とする。また、本発明の方法において、前記−９０度と＋９０度で撮影した画像の輪郭抽出画像を、前記検出した前記位置ずれ量に相当する量だけ平行移動する補正を行い、かつ前記検出した回転軸角度に相当する角度回転の補正をした画像を用いて、前記回転軸の中心軸からの平行移動量を検出する工程を備えることを特徴とする。また、本発明の方法は、前記連続回転シリーズに対して、前記位置ずれ量に相当する量だけ平行移動する補正を行った後、前記回転軸角度に相当する角度回転の補正を行い、さらに前記検出された平行移動量に相当する量の平行移動の補正を行う工程を備えることを特徴とする。

本発明は、顕微鏡像から回転軸を検出するので、目印の選択など手作業を要する従来のアライメントの手法に比べて、アライメントの自動化ができ、ＴＥＭトモグラフィーにおいて三次元像の構築画像処理が簡便に行える。また、顕微鏡像から輪郭抽出画像を用いて、かつ特定の角度（―９０度と＋９０度等）の画像の特徴を利用して回転軸の回転角度を検出するので、自動化ができる。特に、画像のコントラスト補正の際の最大階調値と最小階調値の設定、フィルターのパラメータの設定等も自動化すれば、すべて自動化することができる。

本発明で用いる針状試料を撮影した画像を模式的に示す図。本発明で用いる透過型電子顕微鏡の全体構成図。本発明で用いる透過型電子顕微鏡トモグラフィーの画像撮影の様子を模式的に示す図。本発明で用いる撮影画像を模式的に示した図。本発明で用いる試料が回転して投影されている撮影画像を模式的に示す図。本発明のヒストグラムの概略を示す図。本発明の輪郭抽出過程を示す図。本発明の輪郭抽出と位置ずれ量の検出の過程を示す図。本発明の回転軸の方向の検出の過程を示す図。本発明の回転軸の平行移動量の検出過程を示す図。

本発明では、本発明の課題を解決するため、真空中に突き出した針状試料の連続回転シリーズの撮影後に、次の４つの手順でアライメントを行う。
（１）輪郭抽出と位置ずれ量の検出
（２）回転軸の方向の検出
（３）回転軸の平行移動量の検出
（４）位置ずれ量と回転の補正

本発明の実施の形態における透過型電子顕微鏡は、試料の透過像を観察するものであるため、試料を−９０度回転させて撮影した画像と＋９０度回転させて撮影した画像は位置ずれがなければ回転軸対称である。すなわち、＋９０度の画像を回転軸に対して対称にした画像は−９０度の画像と同じになる。（２）と（４）の手順では、この特性を利用するものである。以下、本発明の実施の形態を図２乃至１０を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図２に透過型電子顕微鏡の全体構成を示す。透過型電子顕微鏡１において、試料６は試料ホルダー１３の先端部分に取り付けられており、試料駆動機構１４により、試料ホルダー１３が、光軸１２に垂直な回転軸１５を中心として回転する機構となっている。また、光軸方向と光軸１２に垂直な方向にも平行移動できる機構となっている。電子銃２から放出された電子線は、集束レンズ３で集束され、偏向器４と偏向器５により特定の試料位置に特定の角度で照射される。試料６を透過した電子線は対物レンズ７により結像され、中間レンズ９と投影レンズ１０により拡大されてＣＣＤカメラ１１の撮像部分に投影される。偏向器８は像面に位置するものであり、像を光軸１２の垂直方向に平行移動させるためのものである。外部コンピュータ１６は、各レンズ、偏向器の設定、読み出し、ＣＣＤカメラの制御、試料駆動機構の制御などを行う。座標軸１７は、電子線入射方向と試料の回転軸の向きを説明するためのものである。電子線入射方向と逆向きをｚ方向、試料６の回転軸１５の紙面向かって右方向をｙ方向、紙面垂直手前方向をｘ方向とする。図３に像撮影の模式図を示す。図３は、図２のｘ−ｚ断面図であり、簡単のためＣＣＤカメラの撮像部分と試料を抜き出したものである。また、ＣＣＤカメラ１１で撮影される画像の模式図を図４に示す。図４に示すように、画像の中央を原点とするｘ’軸とｙ’軸（画像全体の中心をとおり、直交する軸）を用いて方向を示すこととする。なお、本発明において、画像とは、針状試料及び真空部分を含む全体画像を指し、その画像の中央を原点、中心軸をｙ’軸と呼ぶ。試料を−９０度から＋９０度までの範囲で数度ステップごとに回転軸１５（ｙ軸）を中心として回転させ、その都度像を撮影する。撮影の段階でｙ軸に存在する試料が画像のｙ’軸に投影されるように位置調整できていれば、連続回転シリーズ撮影終了後、そのままＣＴ法での処理に持ち込むことができるが、実際は調整が不十分であることがほとんどである。それは、試料位置を機械的にナノメートルオーダーの精度で調整することは困難であり、さらに、図５のように回転して投影される場合があるからである。図５は、試料が回転して投影されている撮影像を模式的に示した図であり、試料の回転軸（ｙ軸）が画像のｙ’軸（画像全体の中心軸）に対してθ回転して投影されている様子を示す。その回転の角度はＴＥＭの投影レンズ１０と中間レンズ９の電流の設定に依存し、ＴＥＭの種類や倍率によって異なるものであり、同一ＴＥＭで同一倍率で撮影したものであればその回転の角度は同一である。したがって、撮影した連続回転シリーズをＣＴ法を用いて処理する前にアライメントを行う。具体的には、図２のｙ軸に存在する試料が画像のｙ’軸に投影されるように連続回転シリーズのすべての画像の平行移動と回転を行う。本発明のアライメント方法は以下の４つの工程に分けることができる。
（１）輪郭抽出と位置ずれ量の検出工程
撮影したＮ枚の連続回転シリーズから輪郭抽出画像シリーズを作製し、それを用いて相互相関法によりぞれぞれの画像の１枚目の画像に対する位置ずれ量Ｄ’_ｎ＝（Δｘ_ｉ，Δｙ_ｉ）を検出する（ｉ＝１〜Ｎ）。
（２）回転軸の方向の検出工程
試料の回転角度−９０度と＋９０度で撮影した画像を用いて、試料の回転軸（ｙ軸）が画像のｙ’軸に対してどれだけの角度回転して投影されているかを検出する。その角度をθとする。
（３）回転軸の平行移動量の検出工程
−９０度と＋９０度で撮影した画像を−Ｄ’_ｎ＝（−Δｘ_ｉ，−Δｙ_ｉ）だけ平行移動し、−θ回転した画像Ｉ”_１とＩ”_Ｎを用いて回転軸のｙ’軸からの平行移動量Δｄを検出する。
（４）位置ずれ量と回転の補正工程
撮影した連続回転シリーズの各画像を（−Δｘ_ｉ，−Δｙ_ｉ）だけ平行移動する。その後、それらの画像すべてを原点を中心に−θだけ回転させ、さらにｘ’方向に−Δｄだけ平行移動させる。

各工程について以下詳細に説明する。
（１）輪郭抽出と位置ずれ量の検出工程
針状試料は針の表面または内部に三次元的に分散している構造が重なって投影されるため、平面試料に比べて試料回転角度変化に対する画像の変化量が大きい。そのため、針状試料を撮影した画像に相互相関法を用いると、その変化の影響を受け、正しく位置ずれ量を求めることができない。したがって、本実施の形態では、針状試料の輪郭のみを抽出した画像シリーズを作り、それらの画像に相互相関法を用いて位置ずれ補正量を求める。輪郭抽出を行う際には、まず元の画像のコントラストを補正し、針とその表面または中を三次元的に分散している構造の階調の差が小さくなるようにする。図６は、階調値（明るさ）を横軸にとり画素数を縦軸にとったときの１枚の画像のヒストグラムの概略を示す図である。図６（ａ）は、原画像のヒストグラムを示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）をコントラスト補正した後のヒストグラムを示す。真空部分の明るさは試料存在部の明るさに比べて明るく、図６（ａ）のような画像の明るさのヒストグラムが得られる場合が多いので、試料部分が作る山と真空部分がつくる山の中間に閾値を設け、該閾値を新しい画像の最小階調値とする。コントラスト補正後の新しい画像のヒストグラムは図６（ｂ）にようになる。必要に応じて最大階調値も設定する。この結果、原画像（図７（ａ））が図７（ｂ）のようになり、針とその中の微細構造の明るさの違いをなくすことができる。ここで、図７は、輪郭抽出の過程を示す図である。図７（ａ）は原画像、（ｂ）はコントラスト補正後の画像、（ｃ）は輪郭抽出後の画像である。コントラスト補正の後、針状試料と真空部分の境界を強調するために微分フィルターを使う。また、元の画像にノイズが多い場合は、その前にｌｏｗｐａｓｓｆｉｌｔｅｒをかける。このようにして、図７（ｃ）のような輪郭が抽出された画像ができあがる。１つの画像に対して設定したパラメータ（最大階調値、最小階調値）は画素値の平均を使って規格化を行えば他の画像のパラメータを求める際に適用できる。実際は、画像による明るさの差をなくすため、画像の露光時間、電子線照射量、試料の厚みが試料回転角度によらず一定であることが望ましい。

本実施の形態では、次に輪郭抽出を施した画像を使って位置ずれ量の検出を行う。以下、その方法について図８を参照して説明する。図８に輪郭抽出と位置ずれ量の検出の過程を示す。Ｎ枚の連続回転シリーズをＩ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・Ｎ）、それらを輪郭抽出した画像をＩ’_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・Ｎ）とする。ｎは撮影された順番であり、ｎが大きくなるにつれて、撮影時の試料回転角度φが大きくなり、ｎ＝１はφが−９０度、ｎ＝Ｎはφが＋９０度で撮影された画像とする。Ｉ’_１に対するＩ’_２の移動量を相互相関関数を用いて計算し、それをＤ_１，２＝（Ｘ_１，２，Ｙ_１，２）とする。続いてＩ’_２とＩ’_３、Ｉ’_３とＩ’_４・・・Ｉ’_Ｎ−１とＩ’_Ｎというように順番に隣り合う番号の画像の間の移動量を求める。一枚目の画像Ｉ’_１に対するＩ’_２からＩ’_Ｎの画像の位置ずれ量Ｄ’_ｎ＝（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）は以下のように積算で表される。

連続回転シリーズの撮影を市販のソフトで自動で行う場合でも、手動で行う場合でも一枚目の画像はユーザーによってほぼ理想的な位置に試料が写るように調整されているので、一枚目の画像を基準に位置ずれ量を求めるようにしている。連続回転シリーズの中で、試料が画像中に写っていない場合や、他の画像に比べて視野が大きくずれている画像はあらかじめ使わないようにしておくとよい。もしくは、撮影の段階でそうならないように注意を払っておくとよい。

（２）回転軸の方向の検出工程
図５のように試料の像がθ回転してＣＣＤカメラに投影されている、すなわち、試料の回転軸（ｙ軸）が画像のｙ’軸に対してθ回転して投影されているとする。像の位置ずれがなければφが−９０度と＋９０度で撮影された画像Ｉ’_１とＩ’_Ｎは回転軸対称である。この特性を使ってθの検出を行う。図９は、回転軸の方向の検出の過程を示す概略図である。まず、Ｉ’_Ｎをｙ’軸に対して対称になるように反転させたＩ’_Ｎ’を作成する。Ｉ’_Ｎ’は、ｙ’軸を対称軸としてＩ’_Ｎと線対称になっている。Ｉ’_Ｎ’の回転軸は、ｙ’軸に対して−θ、Ｉ’_１の回転軸に対して−２θ回転していることになる。逆に言えば、Ｉ’_Ｎ’を２θ回転することによりＩ’_１と一致することになる。したがって、θを検出するために、Ｉ’_Ｎ’を、原点を中心にθ’回転させてＩ’_１との相互相関関数を計算していく。相互相関関数のピーク値が大きいほど一致度が高いことになるので、ピークが最大となるときの回転角度θ”を求める。

２θ＝θ” すなわち、θ＝θ”／２であるので、θを求めることができる。位置ずれがあっても、像の位置ずれ量に対応するピークが相互相関関数の原点から離れたところに現れるだけであり、θを上記の方法で求めることができる。

（３）回転軸の平行移動量の検出工程
回転軸の平行移動量の検出過程を図１０を参照して説明する。上記工程（１）で求めた位置ずれ量を補正すると、各画像に写っている試料の回転軸が同じ位置になり、さらにそれぞれの画像を原点中心にθ回転することにより、回転軸がｙ’軸と平行になる。本工程では、最後に回転軸をｙ’軸と一致させるために、ｙ’軸に対する回転軸の距離Δｄを求める。まず、Ｉ’_１を−θ回転した画像Ｉ”_１を作製する。一方、Ｉ’_Ｎを−Ｄ’_ｎだけ平行移動して位置ずれ補正した後、さらに−θ回転した像Ｉ”_Ｎを作製する。
回転軸がｙ’軸と同じ位置ならば、Ｉ”_１は、Ｉ”_Ｎをｙ’軸対称にした画像Ｉ”_Ｎ’と一致するはずである。一方、Ｉ”_１の画像の回転軸がｙ’軸からΔｄだけずれていれば、Ｉ”_Ｎ’はＩ”_１に対して、−２×Δｄだけ動いていることになる。したがって、Ｉ”_１に対するＩ”_Ｎ’の移動量Δｄ’は相互相関関数を用いて計算できるので、
−２×Δｄ＝Δｄ’
すなわちΔｄは、
Δｄ＝−Δｄ’／２
となる。

（４）位置ずれ量と回転の補正の工程
撮影したＮ枚の連続回転シリーズＩ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・Ｎ）の各画像を、−Ｄ’_ｎ＝（−Δｘ_ｉ，−Δｙ_ｉ）だけ平行移動する。その後、それらすべての画像を原点を中心に−θだけ回転させ、さらに（−Δｄ，０）だけ平行移動させたシリーズＩ”’_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・Ｎ）を作製する。以上の工程（１）〜（４）によって、ｙ’軸を中心として回転している連続回転シリーズの作製が完了する。これをＣＴ法で処理すると三次元再構成像が得られる。

上記実施の形態の一連の工程は針状形体の試料にのみ適用できるが、以下に示すように部分的に他の形状の試料にも適用できる。

上記（２）の工程で得られたθは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の種類と倍率によって決まる値であるので、前もってＩ_１とＩ_Nのみを撮影しＩ’_１とＩ’_Ｎを作製し、上記（２）の工程のみ行ってθを検出しておけば、同一ＴＥＭ、同一倍率で撮影した異なる試料の連続回転シリーズの補正にもθを使うことができる。例えば、薄膜試料は、試料を＋９０度または−９０度回転させることが困難であり、連続回転シリーズはおおよそ＋６０度から−６０度の範囲で撮影される。このような薄膜試料の連続回転シリーズの位置ずれ量は、従来から使われている輪郭抽出をしないで行う相関法等を使って検出し、補正した後、あらかじめ求めておいたθにマイナスをかけた、−θだけ回転させてからＣＴ処理を行うという手順も取ることができる。
この手順において、θのみを検出する際に用いる試料は、＋９０度と−９０度に回転させた際に透過像を撮影することが可能な形状であれば針状である必要はない。また、連続回転シリーズ撮影の際の試料の形状は限定されない。

上記実施の形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。

半導体材料などを針状に加工してＴＥＭトモグラフィーを用いて観察する例が増加しているので、本発明は、簡便な方法として、ナノメーターオーダーの三次元構造を観察するために有用である。

１、透過型電子顕微鏡
２、電子銃
３、集束レンズ
４、５、８、偏向器
６、試料
７、対物レンズ
９、中間レンズ
１１、ＣＣＤカメラ
１２、光軸
１３、試料ホルダー
１４、試料駆動機構
１５、試料回転軸
１６、外部コンピュータ
１７、座標軸

Claims

透過型電子顕微鏡で試料を回転軸を中心として数度ステップずつ回転させて撮影した連続回転シリーズを、コンピュータトモグラフィー法を用いて画像処理を行う三次元像構築画像処理方法において、
前記連続回転シリーズから、それぞれの画像の１枚目の画像に対する位置ずれ量を検出する工程と、
前記連続回転シリーズにおいて回転角度−９０度と＋９０度で撮影された画像の輪郭抽出画像、もしくは前記連続回転シリーズと同一透過型電子顕微鏡同一倍率で回転角度−９０度と＋９０度で撮影された他の試料の画像の輪郭抽出画像を用いて、試料の回転軸が画像の中心軸に対してどれだけ回転して投影されているかを検出する回転軸角度検出工程と、
前記位置ずれ量に相当する量だけ前記連続回転シリーズの各画像を平行移動する補正を行った後、前記回転軸角度に相当する角度回転の補正を行う工程と、
を備えることを特徴とする三次元像構築画像処理方法。
透過型電子顕微鏡で針状試料を回転軸を中心として数度ステップずつ回転させて撮影した連続回転シリーズを、コンピュータトモグラフィー法を用いて画像処理を行う三次元像構築画像処理方法において、
前記連続回転シリーズから輪郭抽出画像シリーズを作製し、相互相関法によりそれぞれの画像の１枚目の画像に対する位置ずれ量を検出する工程と、
前記試料の回転角度−９０度と＋９０度で撮影した画像の輪郭抽出画像を用いて、前記試料の前記回転軸が画像の中心軸に対してどれだけの角度回転して投影されているかを検出する回転軸角度検出工程と、
前記−９０度と＋９０度で撮影した画像の輪郭抽出画像を、前記検出した前記位置ずれ量に相当する量だけ平行移動する補正を行い、かつ前記検出した回転軸角度に相当する角度回転の補正をした画像を用いて、前記回転軸の中心軸からの平行移動量を検出する工程と、
前記連続回転シリーズに対して、前記位置ずれ量に相当する量だけ平行移動する補正を行った後、前記回転軸角度に相当する角度回転の補正を行い、さらに前記検出された平行移動量に相当する量の平行移動の補正を行う工程と、
を備えることを特徴とする三次元像構築画像処理方法。