JP3422537B2 - 物体像を再生する方法 - Google Patents

物体像を再生する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高解像度電子顕微鏡に
おいて物体の像を再生する方法であって、フーリエ空間
に記録され、中心周波数ドメイン
【外３】 と２個のサイドバンド
【外４】 とから成る少なくとも１個のホログラムから物体の出射
側面に電子の波面関数が得られる物体像再生方法に関す
るものである。本発明は、上記方法を用いるのに好適な
高解像度顕微鏡にも関するものである。
【０００２】
【従来の技術】物体から得るべき情報が作用をうける３
個の因子は電子顕微鏡において識別することができる。
これらの因子は、電子と物体との相互作用、顕微鏡にお
ける情報を保持した電子ビームの伝播及び画像の記録で
ある。
【０００３】高解像度の電子顕微鏡における電子波は単
色性のコヒーレントビームであり、物体に入射し物体を
通過する均一な平面波として表示できる。電子波は、電
子ビームと物体との間の相互作用の結果として物体の構
造に従って位相及び振幅変調を受ける。理想的な散乱の
場合、散乱前後の電子状態は正確に決定することがで
き、位相作用に関する情報つまり物体に関する情報を電
子の状態変化から得ることができる。極めて薄い試料の
場合（１〜３ｎｍの厚さを有する）主として位相が変調
されるので、この場合物体の位相に関係する。しかしな
がら、厚い試料の場合、物体の投影される構造と物体の
出射面における電子波関数との間の簡単な関係が必ずし
も得ることができない。この理由は、物体に存在する原
子による電子の多重散乱により回折処理中に非線形効果
が生ずるからである。この結果、振幅が物体の構造に応
じて非線形になる電子波ビームとなってしまう。
【０００４】その後、画像情報が形成された電子ビーム
は電子顕微鏡の電子光学系を経て検出器に向けて伝播す
るので、球面収差や、焦点効果のような収差を受けた状
態で高倍率画像が形成される。これらの収差に起因して
電子顕微鏡の対物レンズの後側焦点面における電子波の
位相は周知のように歪んでしまう。これらの位相歪みは
電子顕微鏡の位相伝達関数として知られているものとし
て表示される。
【０００５】最後に、電子強度が検出器に記録され、こ
の電子強度は画像面中の電子波の分布を表わす。一方、
この記録操作中電子顕微鏡の干渉プロセスを表わすのに
必須な位相情報が喪失される。
【０００６】画像情報が検出器に記録された後、物体の
実際の位相及び振幅情報を含む物体の出射面側における
電子波関数は画像処理法によって再構成され、その間に
画像情報に対する電子顕微鏡の収差の効果が検出され
る。この場合、電子顕微鏡の点解像度は、通常の電子顕
微鏡の点解像度に比べて相当増強することができる。点
解像度は、顕微鏡で像形成した後最適に識別でき、物体
が薄い位相性物体として表わし得る場合に限り物体に関
する直接的に認識可能な情報を生成する最小細部を意味
するものと理解されている。点解像度は主として対物レ
ンズの球面収差及び電子ビームの波長によって決定され
る。
【０００７】この種の画像再生は種々の方法を用いて行
なうことができる。第１の方法は米国特許第5134288 号
から既知である。この特許明細書には、通常の高解像度
電子顕微鏡における焦点変化に基く画像再生法が記載さ
れている。この方法では、同一の物体部分の一連の画像
が変化するデフォーカス値で記録されている。この一連
の画像についてフーリエ変換及び線形結合が行なわれる
ので、線形画像情報と非線形画像情報とが互いに分離さ
れる。次に、特定の画像情報は、線形画像形成を最適化
することにより選択することができる。線形画像形成
は、電子顕微鏡の伝達関数を除いて物体の出射側面にお
ける波面関数に直接比例する像コントラストの部分を意
味するものと理解すべきである。
【０００８】冒頭部で述べた第２の方法は、1991年に発
行された刊行物“アドバンズ インオプティカル アン
ド エレクトロン マイクロスコピー (Advances in Op
tical and Electron Microscopy ) ”第１２巻、第２５
頁〜第９１頁に記載されている文献“エレクトロン イ
メージ プレーン オフ−アキシス ホログラフィオブ
アトミック ストラクチャズ（Electron inage plane
off-axis holography of atomic structures ) ”から
既知である。この文献には、再生すべき物体の部分を記
録した電子ホログラムを用いる線形画像再生方法が開示
されている。電子ホログラムは周波数成分の干渉、すな
わち画像情報を含む電子波ビームと電子源から直接出射
した参照電子波との干渉によって形成される。参照電子
波は真空中を伝播するだけで物体による変調を受けない
が、画像情報を含む電子波に対して空間コヒーレンス性
を有している。干渉パターンすなわち記録された電子ホ
ログラムは、フーリエ空間すなわち空間周波数空間にお
いて互いに空間的に分離される中心周波数ドメイン
【外５】 と２個のサイドバンド
【外６】 で構成される。すなわち、この再生方法では線形画像情
報は非線形画像情報から直接分離される。実際に、サイ
ドバンドの線形画像情報、換言すれば、画像情報を有す
る電子波の周波数成分と画像情報を含まず作用を受けて
いない参照電子波との間の干渉に関する情報をだけを含
んでいる。一方、中心周波数ドメインは線形相互作用及
び非線形相互作用の結合である。中心周波数ドメインの
線形相互作用は、電子が物体中により散乱されていない
周波数
【外７】 の入射ビームと物体で散乱された周波数
【外８】 のビームのうちの１本のビームとの間で生ずる相互作用
を意味するものと理解される。非線形相互作用は、物体
で散乱された周波数
【外９】 のビームと周波数
【外１０】 のビームとの間で生ずる相互作用を意味するものと理解
される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記方法の欠点は、ホ
ログラムのサイドバンドから得られる高解像度情報の情
報限界が電子源の時間コヒーレンス性により制限を受け
ることである。時間コヒーレンス性は対物レンズの色収
差、高電圧及びレンズ電流の不安定度及び電子のエネル
ギーの熱拡散に関係し、これらの結果として記録中に有
効焦点が変動してしまう。本明細書において、情報限界
は、線形相互作用だけを考慮した場合、換言すれば画像
情報を含むビームと電子ホログラムの参照電子波との間
の干渉又は画像情報を有するビームと通常の高解像度電
子顕微鏡の電子源から直接出射したビームとの間の干渉
だけを考慮した場合に電子の波面関数から再生される最
小の物体細部を意味するものと理解される。この情報限
界は電子顕微鏡の時間コヒーレンスにより決定される。
【００１０】電子ホログラフィは、物体波と参照波との
間の十分に高いコントラストを干渉パターンを形成する
ため高い空間コヒーレンス性を必要とする。この高い空
間コヒーレンス性は電界放出電子銃（ＦＥＧ）を用いる
ことにより達成することができる。
【００１１】電界放出電子銃を用いることは１９９１年
に発行された刊行物“フィリィップス エレクトロン
オプティクス ブルティン 130 (Philips Electron Opt
icsBulletin 130 )の第５３頁〜第６２頁に記載されて
いる。電界放出電子銃（ＦＥＧ）を用いると、例えばＬ
ａＢ6 フィラメントのような通常の熱電子源と比べてよ
り高い輝度であること及び一層良好なエネルギー拡散性
により相当に解像度を改善することができる。しかしな
がら、ＦＥＧを用いることによって達成される高解像度
情報は前述した電子光学系の収差、球面収差及びデフォ
ーカスによる影響を強く受けてしまい、直接識別できる
範囲が相当に狭くなる不都合が生じてしまう。この課題
に対して、前述した従来の画像再生方法、特に焦点変化
法及び標準の電子ホログラム法では何ら解決されていな
い。
【００１２】本発明の目的は、電子顕微鏡の通常の点解
像度よりも一層良好であると共に標準の電子ホログフィ
による線形画像再生で得られる情報限界よりも一層優れ
た解像度を以て物体に関する信頼性の高く直接認識でき
る情報を生成できる物体像を再生する方法及びこの方法
に好適な電子顕微鏡装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段並びに作用】本発明による
物体像を再生する方法は、第１の工程において前記２個
のサイドバンドを用いて線形画像再生を行ない、この線
形画像再生を前記中心周波数ドメインを用いる非線形画
像再生の開始点とすることを特徴とする。
【００１４】中心周波数ドメインにおいては、画像情報
を有するビームと電子源から直接出射したビームとの間
で生ずる線形相互作用だけでなく、画像情報を有する種
々の周波数成分間で生ずる顕著な相互作用も発生する。
これらの非線形相互作用は時間コヒーレンス性によりほ
とんど制約を受けない。従って、中心周波数ドメインと
関連する周波数は、サイドバンドに存在する情報よりも
一層高い解像度の情報を表わすことになる。この結果、
中心周波数ドメインからの情報を用いることにより、サ
イドバンド オフ−アキシスホログラフィから得られる
ような線形画像形成の現在規定される情報限界を超える
レベルで信頼性が高く直接認識できる情報を得ることが
できる。
【００１５】第１の工程において、サイドバンドの周波
数域に存在する線形高解像度情報から画像再生を行な
う。次に、第１工程の結果を第２工程の開始点として考
慮し、第２工程において線形高解像度情報に中心周波数
ドメイン中に存在する高解像度情報を付加する。
【００１６】本発明による物体像を再生する方法の実施
例は、電子の波面関数（an electron wave function )
を一連の複数の電子ホログラムから形成することを特徴
とする。画像再生において、例えばｎ個のホログラムを
用いることによりＳ／Ｎ比を相当改善することができ、
例えば
【外１１】 倍だけ改善できる。
【００１７】本発明による物体像を再生する方法の実施
例は、一連の電子ホログラムが互いに異なる焦点値を有
するホログラムによって構成したことを特徴とする。ホ
ログラム列の各ホログラムについて設定される焦点を変
えることができる。固定焦点のホログラム列と比べて、
焦点を変化させることにより電子ホログラムの中心周波
数ドメインに付加的な情報だけを生成することができ
る。この理由は、サイドバンドにおける線形相互作用は
焦点変化の効果について補正することができるためであ
る。
【００１８】本発明による物体像を再生する方法の別の
実施例は、前記画像再生操作を繰り返すことを特徴とす
る。付加的な情報は中心周波数ドメインの周波数空間に
亘って比較的複雑な態様で拡散しているため、本発明の
再生操作を繰り返すことにより解像度を一層増強するこ
とができる。
【００１９】本発明の物体像を再生する方法の別の実施
例は、ホログラムに記録された物体の部分から形成され
た空間周波数空間の回折パターンについて強度測定を行
い、次に、この測定の結果を、第１及び第２の工程から
得た非線形画像再生に付加的な振幅情報として加えるこ
とを特徴とする。ホログラムに記録された物体部分から
形成された空間周波数領域の回折パターンについて強度
測定により、この電子ホログラムから取り出される周波
よりも一層高い周波数の付加的な振幅情報が得られる。
この付加的な振幅情報を用いることにより中心周波数ド
メインによって再生される周波数よりも高い周波数につ
いて位相及び振幅情報を得ることができ、この結果解像
度が一層増強される。
【００２０】本発明の物体像を再生する方法の別の実施
例は、一連のホログラムを用いる場合パラメータ分析し
整列−焦点分析を行なうことを特徴とする。高解像度画
像再生法における想到し得る課題は、記録する際の焦点
ドリフトの発生である。さらに、ホログラム列を用いる
場合、記録する際の試料ドリフトが発生するおそれがあ
り、記録された画像の相互位置の整列性が妨げられるお
それがある。このため、パラメータ分析を行なって画像
形成における上述した不安定さに起因する不正確さを防
止することが好ましい。
【００２１】本発明は、電界放出電子銃と、電子光学系
と、試料支持部材と、電子光学バイプリズムと、電子検
出器と、画像処理装置とを具える電子顕微鏡をも提供す
るものであり、本発明による電子顕微鏡は上述した方法
を実施するのに好適な電子顕微鏡であることを特徴とす
る。以下、実施例に基き本発明を詳細に説明する。
【００２２】
【実施例】図１に線図的に示す電子顕微鏡は電子源３
と、物体５と、電子光学系７と、電子検出器９と、画像
処理装置１１とを具える。尚、図面を明瞭にするため、
電子光学系７は単一の対物レンズとして示す。
【００２３】電子源３から放出され物体５に入射する電
子ビーム１３は物体５との相互作用により物体の構成に
応じて振幅及び位相変調される。電子源３から放出され
た電子ビームは平面波として表わすことができる。物体
の構造情報が与えられた電子波は物体の出射側面におい
て以下の式で表わすことができる。
【数１】 ここで、
【外１２】 は物体による作用を受けた電子波の振幅及び位相をそれ
ぞれ示す。
【外１３】 は電子光学系のレンズ作用により対物レンズの後側焦点
面の波
【外１４】 に変換される。波
【外１５】 はフーリエ変換を介して互いに光学的に以下のように関
係する。
【数２】 ここで、ＦＴフーリエ変換を示す。従って、画像波
【外１６】 は次式で与えられる。
【数３】 ここで
【外１７】 は電子光学系７の収差を表す電子顕微鏡の伝達関数であ
る。これらの収差により位相
【外１８】 は不所望な歪みを受けることになる。しかし、この不所
望な歪みは既知である。対物レンズの後側焦点面の電子
波
【外１９】 は物体の出射側面における電子波
【外２０】 の空間周波数分布を示す。経験的な回折パターンで観察
されるように、空間周波数領域の強度分布は、電子波す
なわち種々の空間周波数における回折されたビーム又は
出射ビームの成分間の干渉の目安を与える。
【００２４】図２は、制限されたコヒーレンス性に起因
して減衰する電子顕微鏡の伝達関数の一例を示す。図２
において、横軸は達成可能な解像度をｎｍで示す。本例
では、伝達関数は 0.25 nmで発振を開始しており、この
解像度を超える情報は高解像画像として信頼性を以て直
接表わすことができない。
【００２５】検出器９における画像強度は検出器面にお
ける画像波
【外２１】 を２乗することにより得られ、これは波
【外２２】 の反転フーリエ変換となる。すなわち、
【数４】 これは画像形成の理想的な場合である。実際には、雑誌
プロシーディングス オブ エレクトロン マキクロス
コピー ソサイティ オブ アメリカ（Proceedings of
Electron Microscopy Society of America ) の第987
頁〜988 頁に記載されているように、上述した関係は、
時間的なコヒーレンス性に対して焦点分布プロフィール
に亘って平均化される。
【００２６】この関係は、電子顕微鏡における干渉プロ
セスを表示するのに必須な位相情報が検出器の記録中に
喪失されることを示す。画像再生法はこの情報を喪失の
補償に対処するものである。画像情報が検出器で記録さ
れた後、顕微鏡の収差を補正する間に物体の出射面にお
ける電子の波面関数を再生する。この電子の波面関数は
物体に関する実際の位相及び振幅情報を含み顕微鏡の収
差によって乱されていない。
【００２７】このような画像再生は種々の方法で達成で
き、ベースとして用いられる情報記録モードは種々のも
のとすることができる。この記録モードとして、本発明
は位相情報が直接得られる電子ホログラフィを用いる。
【００２８】電子ホログラムは、画像情報を含む電子波
【外２３】 と電子源から直接放出される参照電子波
【外２４】 との干渉によって形成する。電子ホログラムを記録する
のに好適な電子顕微鏡２の例を図３に示す。検査すべき
物体は、電子源３から放出された電子ビーム１３のビー
ム部分１５だけが物体５に入射するように位置決めす
る。他のビーム部分は参照ビームとして作用する。電子
顕微鏡２フイラメント２１と２個の電極２３及び２５を
具えるメレンステッドバイプリズム１９を有する。画像
波
【外２５】 １５′はフィラメント２１の一方の側に存在し、参照波
【外２６】 ５は他方の側に存在する。フィラメント２１に正の電圧
を印加すると、２個の波１５及び１５′はぞれの方向に
偏向され、強度分布
【外２７】 を有する干渉パターン区域２７に発生し、この区域にお
いて２個の波が互いに重り合い、このパターンにより電
子ホログラムが記録される。ホログラムの強度分布は以
下のように書くことができる。
【数５】 ここで、
【外２８】 はバイプリズムにより偏向された後の波をあらわす。実
際には、上記式は一時的コヒーレンス性の焦点分布プロ
フィールに亘って平均化される。
【００２９】画像波の振幅及び位相の再生は電子ホログ
ラムの画像強度のフーリエ変換から始めることができ
る。図４は電子ホログラムを線図的に示す。ホログラム
２８の画像強度
【外２９】 をフーリエ変換することにより干渉パターン２９がフー
リエ空間に得られる。簡単化された形態として、この干
渉パターンは以下のように数式化することができる。
【数６】 フーリエ空間すなわち空間周波数領域の干渉パターンは
中心周波数ドメイン
【外３０】 と２個のサイドバンド
【外３１】 とで構成される。２個のサイドバンドＳＢ+ 及びＳＢ-
は画像波の周波数スペクトラム及びその複雑な共役関係
を表わす。これらは画像情報を有するビームと参照波と
の間の干渉に関する情報を含み、この情報は線形画像情
報として知られている。サイドバンドからの情報に基く
画像再生法において、達成可能な情報限界は電子源の時
間コヒーレンス性により制限される。電子源の時間コヒ
ーレンス性は色収差、高電圧及びレンズ電流の不安定度
及び電子のエネルギー拡散と関係する。従って、焦点は
ホログラムが記録される際に変化し、ホログラムに記録
する最平均点を中心とする焦点分布プロフィールが増大
してしまう。
【００３０】物体波と参照波との間の十分に高いコント
ラストの干渉パターンを形成するためには、電子ホログ
ラフィは高い空間コヒーレンス性を必要とする。このよ
うな高い空間コヒーレンス性は電界放出電子銃源（ＦＥ
Ｇ）を用いることにより達成できる。
【００３１】この電子銃源を用いることにより情報限界
を改善できることが知られている。実際に、電界放出銃
はより高い輝度を有し、例えばＬａＢ6 フィラメントの
ような通常の熱イオン電子源よりも一層良好な空間コヒ
ーレンス性を有している。ＦＥＧの低減されたエネルギ
ー拡散により、焦点点拡散は一層小さくなる。一方この
電界放出電子銃を用いることによって得られる増大した
高解像度情報は、この補充された情報の識別の妨げとな
る球面収差及び焦点ずれによる影響を受けてしまう。こ
れらサイドバンドの収差は補正することができ、時間コ
ヒーレンス性はサイドバンドによって達成され得る解像
度の主な限界を維持することができる。
【００３２】本発明では、中心周波数ドメインＣＢに存
在する情報を利用する。中心周波数ドメインは種々の画
像情報を有する電子ビーム間の相互作用に関する情報を
含む。
【００３３】第１の工程は、例えば１９９１年に発行さ
れ刊行物“アドバンシズ イン オプティカル アンド
エレクトロン マイクロスコピー（Adances in optic
aland electron microscopt ) ”の第１２巻、第２５頁
〜９１頁に記載されている文献“エレクトロン イメー
ジ プレーン オフーアキシス ホログラフィ オブ
アトミック ストラクチャーズ (Eiectrov inage plane
off-axis holography of atomin stractures ) ”に記
載されている方法に基いており、サイドバンドの線形画
像情報に基く線形画像再生を行なう。この再生により波
面関数
【外３２】 が得られ．この波面関数を非線形画像再生の開始点とし
て用いる。この非線形画像再生は、ホログラムの情報内
容と関係する最適な整合性を表わす電子波
【外３３】 を導く最小次乗法に基いている。この結果は種々の方法
で達成することができる。
【００３４】これらの方法のうちの一の方法について説
明する。この説明において、“通常”の高解像度画像の
画像強度、すなわちホログラムの中心周波数帯域の情報
はこの周波数空間で以下のように表わされる。
【数７】 関数ｃは両方の周波数分布
【外３４】 についての顕微鏡の位相伝達関数
【外３５】 と時間及び空間コヒーレンス性に起因する各エンベロー
プ因子をＥt 及びＥs との積である伝達交差係数を表わ
し、以下の式で与えられる。
【数８】 サイドバンド（例えば、ＳＢ- ) の寄与は以下のように
表わすことができる。
【数９】 ここで、関数
【外３６】 はサイドバンドの全伝達関数であり、次式で与えられ
る。
【数１０】 この式において
【外３７】 は、物体波
【外３８】 と参照波
【外３９】 との間の干渉を考慮した (2) 式における空間コヒーレ
ンスエンベロープの適合形態である。サイドバンドだけ
に基く再生はウィナーフィルタを用いて直接デコンボリ
ューションするにより発生する。この数学的なフィルタ
により、
【外４０】 が小さい場合ノイズの人為的増幅が防止される。従っ
て、再生された波面関数は以下の式で与えられる。
【数１１】 ここで、Ｎ／Ｓは経験的なＳ／Ｎ比である。中心周波数
帯域を利用した再生は最小次乗関数を最小にする。
【数１２】 ここで、“ホログラム差関数”δＩhol は次式で表わさ
れる。
【数１３】 また、中心周波数帯域のホログラム差関数は次式で規定
される。
【数１４】 並びに、δＩSBについても同様に規定される。(8) 式に
おいて、ＩCB,EXPは実際に作用したホログラムの中心周
波数帯域の強度を表わす。また、
【外４１】 は物体波
【外４２】 の個々の選択に基いて計算されたホログラムの中心周波
数帯域の強度である。また、
【外４３】 も同様にして導入したものである。物体波
【外４４】 に関連して (6)式を最小化した後、以下の再生スキムを
設定することができる。
【数１５】 ここで、γCB , γSBは中心周波数帯域及びサイドバン
ドに対するフィードバック因子をそれぞれ表わす。(9)
式の右側の第２項は(1) 式のような重み付けされた相関
積分により物体波にフィードバックされた中心周波数帯
域の情報を含んでいる。(9) 式の第３項は直接続的なフ
ィードバックが生ずるサイドバンド情報を含んでいる。
添字ｊはｊ番目の繰り返しサイクルを示す。繰り返し操
作の第１工程において、特にｊ＝０の場合、解がサイド
バンドから選択される。(5) 式を用いることにより以下
のようになる。
【数１６】
【外４５】 の場合中心周波数帯域の情報を用いることにより新たな
物体波が生ずる。２個のサイドバンド間の等価な関係に
起因して、(5) 式及び(9) 式のような関係がサイドバン
ドＳＢ, + について書くことができる。収束するまで繰
り返すことにより解像度を最適化することができる。実
際には、付加的な情報が中心周波数ドメインに亘って比
較的複雑な態様で分布する。
【００３５】上述の説明は単一のホログラムについての
誘導である。一方、この関係は比較的簡単な方法で焦点
が変化し又は変化しないホログラム列についても一般化
する事ができる。再生の操作は以下のように要約するこ
とができる。サイドバンドについてＮ個のホログラムか
ら
【外４６】 を決定する。第２の工程においてＮ個のホログラムの中
心周波数ドメインの情報を(9) 式と同様に処理して以下
の式を書く事ができる。
【数１７】
【外４７】 は開始点であり、ホログラム列のサイドバンドから生ず
る解である。
【００３６】焦点変化しないホログラム列を用いること
によりＳ／Ｎ比が改善される。この理由は、記録された
情報が、単一ホログラムの場合よりも一層長い時間期間
に亘って一層大きな全体量に亘って積分されるからであ
る。焦点変化するホログラム列を用いる場合、中心周波
数ドメインを用いることにより画像再生について補充的
な情報及び改善されたＳ／Ｎ比の両方が得られ、サイド
バンドの線形部分についてはＳ／Ｎ比だけが改善され
る。ホログラムの中心周波数ドメインは通常の高解像度
画像中に存在する情報を含む。従って、物体波の種々の
周波数成分間の線形及び非線形の両方の干渉が中心周波
数ドメインに発生する。数間の非線形干渉は色収差がな
く、顕微鏡の時間コヒーレンス性により制限されず又は
ほとんど制限されない。これは、サイドバンドの線形干
渉とは著しく相異する。サイドバンドにおける画像情報
を含む電子ビームと画像情報を含まない電子ビームとの
間の線形干渉の場合、この干渉は焦点変化に強い感度を
有し、時間コヒーレンス性に起因する減衰が強く発生す
る。位相歪みは次式で与えられる。
【数１８】 ここで、Δｆはデフォーカス値であり、Ｇはフーリエ空
間における空間周波数である。従って、位相歪みは周波
数が増大するに従って増加する。超高解像度情報を表わ
す高い空間周波数は強い焦点感度を有することになる。
種々の空間周波数を有する２個の電子ビームが干渉する
場合、つまり非線形干渉の場合、生ずる位相歪みは以下
の式で与えられる。
【数１９】
【００３７】線形干渉の場合において、例えば、Ｇ1 ＝
０のとき、周波数Ｇ2 だけが焦点感度を受ける。非線形
干渉の場合においては、Ｇ1 ＝０及びＧ2 ＝０のとき、
周波数Ｇ1 及びＧ2 に対する焦点効果が結合され、両方
の焦点効果が互いに補償し合い、干渉の焦点感度は相当
減少する。Ｇ1 〜Ｇ2 の場合、２個の電子ビームは同一
の焦点変化を受け、一時的コヒーレンス性に起因する焦
点プロフィールが平均化する場合減衰がほとんど生じな
くなる。従って、中心周波数ドメインは、いかなる減衰
も生じることなく干渉する周波数を含むことになる。こ
れらの干渉は無色収差として知られている。一方、線形
干渉の場合、このような補償がおきず、周波数が増大す
るにつれて増大する強い減衰が生ずる。従って、中心周
波数ドメインからの情報を用いると共に超高解像度情報
を有する無色収差非線形干渉を利用することにより、線
形画像形成についての情報限界を超え直接認識できる情
報を得ることができる。
【００３８】記録間及びホログラム列からの情報の結合
における画像の相互位置整列（δＲ n ) 及び画像の相互
焦点ドリフトを重要でないものとするため、ＡＦ（焦点
の整列性）分析を行なうことができる。この分析は線形
画像再構成工程で行なうのが好ましいが、非線形画像再
生工程においても行なうことができる。
【００３９】すでに述べたように、空間周波数領域にお
ける強度分布により、種々の空間周波数の電子波成分間
の干渉に関する情報がもたらされる。所定の解像度を有
する１個又はそれ以上のホログラムを用いて画像再生を
行なう場合、この解像度を超える空間周波数に対応する
周波数領域の複数のビームについて強度測定を行なうこ
とにより付加的な振幅情報を得ることができ、これは選
択領域回折パターン（Selecfed Area Diffvacfion Patt
evn ) と称されている。この付加的な振幅情報を本発明
による再生方法の第１及び第２工程に基いてホログラム
から再生された物体波に加えると、一層良好な解像度を
達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子顕微鏡装置における画像形成プロセスを示
す線図である。
【図２】電界放出電子銃を有する電子顕微鏡の伝達周波
数を示すグラフである。
【図３】電子ホログラムを記録するための本発明による
電子顕微鏡の実施例を示す線図である。
【図４】電子ホログラムを示す線図である。
【符号の説明】
３ 電子源 ５ 物体 ７ 電子光学系 ９ 電子検出器 21 フィラメント 23, 25 電極 28 ホログラム 29 干渉パターン
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/22

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高解像度電子顕微鏡において物体の像を
    再生する方法であって、フーリエ空間に記録され、中心
    周波数ドメイン 【外１】 と２個のサイドバンド 【外２】 とから成る少なくとも１個のホログラムから物体の出射
    側面に電子の波面関数が得られる物体像再生方法におい
    て、 第１の工程において前記２個のサイドバンドを用いて線
    形画像再生を行ない、この線形画像再生を前記中心周波
    数ドメインを用いる非線形画像再生の開始点とすること
    を特徴とする物体像を再生する方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記電
    子の波面関数を一連の電子ホログラムから得ることを特
    徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の方法において、前記一
    連のホログラムが、互いに異なる焦点値を有するホログ
    ラムにより構成したことを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１，２又は３に記載の方法におい
    て、前記画像再生操作を繰り返すことを特徴とする方
    法。
  5. 【請求項５】 請求項１から４までのいずれか１項に記
    載の方法において、ホログラムに記録された物体の部分
    から形成された空間周波数空間の回折パターンについて
    強度測定を行い、次に、この測定の結果を、第１及び第
    ２の工程から得た非線形画像再生に付加的な振幅情報と
    して加えることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項２から５までのいずれか１項に記
    載の方法において、一連のホログラムを用いる場合パラ
    メータ分析し整列−焦点分析を行なうことを特徴とする
    方法。
  7. 【請求項７】 電界放出銃と、電子光学系と、試料ホル
    ダと、電子光学バイプリズムと、電子検出器と、画像処
    理装置とを具える電子顕微鏡において、請求項１から６
    までのいずれか１項に記載の方法を実施するのに好適な
    電子顕微鏡。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0760109B1 (en) * 1995-03-16 2007-04-11 Fei Company Method for particle wave reconstruction in a particle-optical apparatus
EP0795197B1 (en) * 1995-10-03 2000-02-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of reconstructing an image in a particle-optical apparatus
US6184524B1 (en) 1996-08-07 2001-02-06 Gatan, Inc. Automated set up of an energy filtering transmission electron microscope
US5798524A (en) * 1996-08-07 1998-08-25 Gatan, Inc. Automated adjustment of an energy filtering transmission electron microscope
JP2001229868A (ja) * 2000-02-21 2001-08-24 Jeol Ltd ホログラフィ電子顕微鏡
JP4164261B2 (ja) * 2000-03-30 2008-10-15 独立行政法人科学技術振興機構 干渉計測装置
US6411406B1 (en) 2001-03-12 2002-06-25 Dalhousie University Holographic microscope and method of hologram reconstruction
JP2003042741A (ja) * 2001-07-30 2003-02-13 Fujitsu Ltd 素子評価方法
US20070121183A1 (en) * 2003-12-08 2007-05-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Holographic device with hexagonal detector structure
JP2006343702A (ja) * 2005-02-28 2006-12-21 Sony Corp ホログラム再生方法及びホログラム再生装置
EP1783811A3 (en) * 2005-11-02 2008-02-27 FEI Company Corrector for the correction of chromatic aberrations in a particle-optical apparatus
JP4896106B2 (ja) * 2008-09-30 2012-03-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子顕微鏡
EP2518687B1 (en) 2011-04-26 2013-04-24 FEI Company Method for determining a reconstructed image using a particle-optical apparatus
GB201302624D0 (en) * 2013-02-14 2013-04-03 Univ Antwerpen High-resolution amplitude contrast imaging

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2651154B2 (ja) * 1987-09-04 1997-09-10 株式会社日立製作所 電子線ホログラフィ装置
JP2776862B2 (ja) * 1989-01-13 1998-07-16 株式会社日立製作所 反射電子線ホログラフイー装置
NL9001800A (nl) * 1990-08-10 1992-03-02 Philips Nv Methode voor het direct verkrijgen van amplitude- en fase-informatie van een object met behulp van beelden van een hoge-resolutie elektronenmicroscoop.
US5095207A (en) * 1991-01-07 1992-03-10 University Of Wisconsin - Milwaukee Method of three-dimensional atomic imaging
NL9100076A (nl) * 1991-01-17 1992-08-17 Philips Nv Methode voor automatische uitlijning van een elektronenmicroscoop en een elektronenmicroscoop geschikt voor uitvoering van een dergelijke methode.

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