JP2964591B2 - 電子線マイクロアナライザ用自動焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子線プローブマイクロアナライザに適し
た自動焦点調節装置に関する。

（従来の技術） 電子線プローブマイクロアナライザは、試料表面に集
束された電子ビームを照射して、試料表面から放射され
たＸ線を検出することにより、試料表面近傍の性状を観
察する装置で、電子ビームが試料表面に焦点を結んでい
ることが重要な要素となる。

このため、電子ビームの照射方向に平行に試料を移動
させる軸、いわゆるＺ軸を調整して常に電子ビームが試
料の表面に焦点を結ぶように制御されている。このよう
な焦点の検出には、焦点検出器を本体装置内に組込ん
で、これからの信号により試料台を制御することにより
行われている。

（発明が解決しようとする課題） このため、本体装置への焦点検出器の組込みが必要と
なって、装置が複雑化するという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、特別な焦点検出器を必要
とすることなく、電子ビームの集束度を検出することが
できる電子線マイクロアナライザに適した新規な自動焦
点検出装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） このような問題を解決するために本発明においては、
電子ビームを走査しながら照射して試料からの放射線を
前記走査に同期させてフレームメモリに格納する電子線
マイクロアナライザにおいて、試料の相対Ｚ軸方向の位
置毎に前記フレームメモリ内の画像データを格納するバ
ッファメモリと、前記バッファメモリ内の画像データを
Ｍ×Ｎ画素の領域毎にサンプリングし、中心画素の濃度
と周囲画素の濃度との差分を演算する手段と、前記差分
値が最大となるＺ軸方向の位置を検出する手段を備える
ようにした。

（発明の作用） 画像データに基づいて、中心点とその周囲との濃度の
差分値を求めることにより、焦点が合っている場合には
差分値が大きくなることを積極的に利用して合焦時点を
検出することができる。

（実施例） そこで、以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づ
いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すものであって、図
中符号１は電子ビーム発生器で、フィラメント２からの
熱電子を集束レンズ３により集束させ、対物絞りレンズ
４を介して対物レンズ５に入射させ、試料台６の試料を
照射するようになっている。

６は試料台で、微動駆動機構７により試料を平面内で
の移動と、電子ビーム照射軸方向に移動されるようにな
っている。８は放射線検出器で、この実施例においては
試料表面から放射されたＸ線を検出するため、Ｘ線分光
器９を介してＸ線を受けるようにＸ線検出器が用いられ
ており、これからの検出信号を後述する信号処理装置10
に出力するものである。

10は前述のマイクロコンピュータからなる信号処理装
置で、Ｘ線検出器９からの信号に基づいて画像信号を発
生させてメモリー11にするとともに、ブラウン管等の表
示器12に画像信号し、さらに焦点調整時に微動駆動機構
７のＺ軸駆動回路13に信号を出力するように構成されて
いる。を駆動するように構成されている。

第２図は、マイクロコンピュータが奏すべき機能を示
すものであって、メモリ11により構成されているフレー
ムメモリ21内の画像データの各画素の濃度と、それの頻
度を計算して濃度ヒストグラムを作成するヒストグラム
演算手段22と、濃度ヒストグラムから濃度変換曲線を作
成し、これに基づいて濃度を向上させた画像データをバ
ッファ24に出力する濃度変換手段23と、バッファメモリ
24内の画像データを一定の大きさＭ×Ｎ画素の領域で順
次サンプリングし、サンプリング領域の中心点の画素の
濃度と、これの周囲の画素の濃度との差分を計算し、そ
の結果をＺ軸の位置とともに演算結果記憶手段26に出力
する差分演算手段25と、注目している領域の差分が最大
となるＺ軸の位置を演算する評価点数演算手段27とを備
えるようにプログラムされている。

次に、このように構成した装置の動作を第３図に示し
たフローチャートに基づいて説明する。

試料台６に試料を載置して装置を作動させると、電子
ビーム発生器１からの電子ビームは、集束レンズ系３、
４、５に導かれて試料表面を２次元に走査しながら照射
し、各照射点からＸ線を放射させる。このＸ線は検出器
８により検出され、電子ビームの走査に同期してフレー
ムメモリ21に格納される。

一方、ヒストグラム演算手段22はフレームメモリ21に
格納されている画像データの各画素の濃度を検出して画
素濃度についてのヒストグラムを算出する。濃度変換手
段23は、ヒストグラムに基づいて最低濃度の頻度から順
番に積分した濃度変換曲線を算出して、コントラストの
強調された画像データをバッファメモリ24に出力する。
差分演算手段26はバッファメモリ24内に格納されている
１フレーム分、例えば512画素×512画素の画像データを
一定、例えば３×３画素のマトリックスS₁、S₂、S₃、S₄
…S₉（第４図）で区切ってサンプリングして、第５図に
示したように各サンプリング領域の内、サンプリングマ
トリックスの中心の画素の濃度にファクタ「８」を、ま
た周囲の画素の濃度に「−１」を乗算し、その合計値を
算出して差分値を求める。このような操作を１つのフレ
ームのサンプリング領域P₁、P₂、P₃、P₄…P_n毎に計算し
て、その結果を試料台６のＺ方向の位置データとともに
演算結果記憶手段27に格納する。言うまでもなく、焦点
が合っている場合にはコントラストが高くなるので、差
分値は合焦の程度に比例して大きくなる。

１つのフレームについての差分計算が終了した時点で
Ｚ軸駆動回路13に駆動信号を出力して試料台６をＺ軸方
向に微小移動させ、前述と同様の経過により１フレーム
分の差分値の演算を行って試料台のＺ軸方向の位置デー
タとともに演算結果記憶手段27に格納する。

このようにして所定のＺ軸移動範囲内での演算が終了
した時点で、複数、例えば３×３領域に分割されている
内で関心の或る領域、例えば中心部が最大値となるファ
クタ「４」、またこれの上下、左右に隣接する領域に中
程度のファクタ「１」、さらに斜め方向に位置する領域
に最小値となるファクタ「1/2」を設定して（第６
図）、Ｚ軸方向の位置毎における差分値を演算結果記憶
手段26から読み出して評価点数を算出する。この演算の
結果、評価点数が最大となるＺ軸の位置に試料台６を移
動させると、目的とする領域に焦点が一致した画像が得
られることになる。このように関心がある領域を最大値
とする係数を持つマトリックスを入力することにより、
簡単に目的の領域に焦点が合った画像を得ることができ
る。

なおこの実施例においては、フレーム全体を評価対象
とする場合に例を採って説明したが、特定の領域に関心
がある場合にはその領域についての演算を行わせること
により合焦動作を高速化させることができる。

またこの実施例においては１フレームを３×３の領域
に分割するとともに、差分値の演算領域を３×３画素と
しているが、倍率等により任意に変更したり、また評価
のための係数を適宜変更しても同様の作用を奏すること
は明らかである。

さらに、この実施例においては試料からのＸ線を検出
するようにしているが、試料からの反射電子や二次電子
を検出して画像とするものに適用しても同様の作用を奏
することは明らかである。

（発明の効果） 以上、説明したように本発明においては、電子ビーム
を走査しながら照射して試料からの放射線を前記走査に
同期させてフレームメモリに格納する電子線マイクロア
ナライザにおいて、試料の相対Ｚ軸方向の位置毎に前記
フレームメモリ内の画像データを格納するバッファメモ
リと、バッファメモリ内の画像データをＭ×Ｎ画素の領
域毎にサンプリングし、中心画素の濃度と周囲画素の濃
度との差分を演算する手段と、この差分値が最大となる
Ｚ軸方向の位置を検出する手段を備えるようにしたの
で、特別な焦点検出装置の本体装置への組込みを不要と
することができるばかりでなく、中心部以外の関心のあ
る領域に合焦する位置を簡単に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置の構成図、第２図
は第１図におけるマイクロコンピュータが奏する機能で
もって表わしたブロック図、第３図は同上装置の動作を
示すフローチャート、第４図は１フレームの分割領域を
示す模式図、第５図はサンプリング領域の各画素の係数
を示す模式図、第６図は評価点数を得るためのフレーム
分割された領域毎の係数の一例を示す模式図である。 １……電子ビーム発生器、６……試料台 ７……微動駆動機構、８……放射線出器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを走査しながら照射して試料か
   らの放射線を前記走査に同期させてフレームメモリに格
   納する電子線マイクロアナライザにおいて、試料の相対
   Ｚ軸方向の位置毎に前記フレームメモリ内の画像データ
   を格納するバッファメモリと、前記バッファメモリ内の
   画像データをＭ×Ｎ画素の領域毎にサンプリングし、中
   心画素の濃度と周囲画素の濃度との差分を演算する手段
   と、前記差分値が最大となるＺ軸方向の位置を検出する
   手段からなる電子線マイクロアナライザ用自動焦点検出
   装置。