JP4634324B2 - Transmission electron microscope - Google Patents

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Description

本発明は、透過電子顕微鏡に関し、特に、オートフォーカス機能を有する透過電子顕微鏡に関する。   The present invention relates to a transmission electron microscope, and more particularly to a transmission electron microscope having an autofocus function.

透過電子顕微鏡では、広範囲で検索を行うとZ方向にずれが生じ、オートフォーカスを動作させると画像の明るさが変化する。例えば、透過電子顕微鏡によって微小粒子を検索する場合、画像の明るさの変化によって、検索効率が低下する。それによって観察データや分析データの信頼性が低下する。   In a transmission electron microscope, a search in a wide range causes a shift in the Z direction, and the brightness of an image changes when an autofocus is operated. For example, when searching for microparticles with a transmission electron microscope, the search efficiency decreases due to a change in the brightness of the image. As a result, the reliability of the observation data and analysis data decreases.

本発明の目的は、オートフォーカスを動作させても、画像の明るさが変化することがない透過電子顕微鏡を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a transmission electron microscope in which the brightness of an image does not change even when an autofocus is operated.

本発明の透過電子顕微鏡によると、オートフォーカスによって対物レンズの電流値が変化しても、画像の明るさが変化しないように画像の明るさを調整する。   According to the transmission electron microscope of the present invention, the brightness of the image is adjusted so that the brightness of the image does not change even when the current value of the objective lens changes due to autofocus.

本発明の透過電子顕微鏡によると、オートフォーカスを動作させても、画像の明るさが変化することがない。   According to the transmission electron microscope of the present invention, the brightness of the image does not change even when the autofocus is operated.

図1を参照して本発明による透過電子顕微鏡の例を説明する。本例の透過電子顕微鏡は、電子銃1、第1及び第2の収束レンズコイル2,3、第1及び第2の偏向コイル4,5、対物レンズコイル6、第1及び第2の電磁式試料イメージ移動用コイル7,8、第1及び第2の中間レンズコイル9,10、第1及び第2の投射レンズコイル11,12、励磁電源13〜23、デジタルアナログ変換器(DAC)24〜34、マイクロプロッセサ35、記憶装置36、演算装置37、CRTコントローラ38、CRT(モニタ)39、インターフェース(I/F)40〜41、倍率切替用ロータリーエンコーダ42、入力用ロータリーエンコーダ43、キーボード44、マウス45、RAM46、ROM47、画像取込みインターフェース48、TVカメラ制御部49、及び、TVカメラ50を有する。TVカメラ50は、光学レンズ51及びCCD52を有する。光軸上には、試料ステージ53及びシンチレータ54が設けられている。   An example of a transmission electron microscope according to the present invention will be described with reference to FIG. The transmission electron microscope of this example includes an electron gun 1, first and second converging lens coils 2 and 3, first and second deflection coils 4 and 5, objective lens coil 6, first and second electromagnetic types. Sample image moving coils 7 and 8, first and second intermediate lens coils 9 and 10, first and second projection lens coils 11 and 12, excitation power supplies 13 to 23, digital analog converter (DAC) 24 to 34, a microprocessor 35, a storage device 36, a computing device 37, a CRT controller 38, a CRT (monitor) 39, an interface (I / F) 40 to 41, a magnification switching rotary encoder 42, an input rotary encoder 43, and a keyboard 44. Mouse 45, RAM 46, ROM 47, image capture interface 48, TV camera control unit 49, and TV camera 50. The TV camera 50 includes an optical lens 51 and a CCD 52. A sample stage 53 and a scintillator 54 are provided on the optical axis.

粒子を検索するとき、観察者は、キーボード44及びマウス45を使用して、視野を移動させ、検索対象の粒子を探す。ROM47に格納された透過電子像用のレンズデータを読み出し、デジタルアナログ変換器(DAC)24〜34に供給する。デジタルアナログ変換器(DAC)24〜34は、レンズ系のデータをアナログ信号に変換し、励磁電源13〜23に供給する。励磁電源13〜23は、各レンズ系のレンズコイル2,3,6,9〜12に電流を出力する。   When searching for particles, the observer uses the keyboard 44 and mouse 45 to move the field of view and search for particles to be searched. The transmission electron image lens data stored in the ROM 47 is read out and supplied to the digital-analog converters (DACs) 24 to 34. Digital-analog converters (DACs) 24 to 34 convert lens system data into analog signals and supply them to excitation power supplies 13 to 23. The excitation power supplies 13 to 23 output current to the lens coils 2, 3, 6, 9 to 12 of each lens system.

電子銃1によって生成された電子線は、第1及び第2の収束レンズコイル2,3により収束され、第1及び第2の偏向コイル4,5によって偏向され、対物レンズコイル6によって結像され、試料ステージ53上の試料に照射される。   The electron beam generated by the electron gun 1 is converged by the first and second converging lens coils 2 and 3, deflected by the first and second deflecting coils 4 and 5, and imaged by the objective lens coil 6. The sample on the sample stage 53 is irradiated.

試料を透過した電子線は、第1及び第2の電磁式試料イメージ移動用コイル7,8、第1及び第2の中間レンズコイル9,10、及び、第1及び第2の投射レンズコイル11,12を経由して、シンチレータ54上に投影される。シンチレータ54は、透明ガラス上に塗布された蛍光体を有する。従って、蛍光体は、試料の透過像を発光する。発光した透過像は、透明ガラスを透過し、光学レンズ51を介して、CCD52によって受光される。CCD52は、受光した透過像を電気信号に変換し、それをTVカメラ制御部49に送信する。TVカメラ制御部49は画像データを、画像取込みインターフェース48を介して、マイクロプロッセサ35、RAM46、記憶装置36、及び、演算装置37に送信する。透過像は、RAM46、及び、記憶装置36に記憶され、CRT(モニタ)39によって表示される。   The electron beam that has passed through the sample is converted into first and second electromagnetic sample image moving coils 7 and 8, first and second intermediate lens coils 9 and 10, and first and second projection lens coils 11. , 12 and projected onto the scintillator 54. The scintillator 54 has a phosphor coated on transparent glass. Therefore, the phosphor emits a transmission image of the sample. The transmitted transmission image is transmitted through the transparent glass and is received by the CCD 52 through the optical lens 51. The CCD 52 converts the received transmission image into an electric signal and transmits it to the TV camera control unit 49. The TV camera control unit 49 transmits the image data to the microprocessor 35, the RAM 46, the storage device 36, and the arithmetic device 37 via the image capture interface 48. The transmission image is stored in the RAM 46 and the storage device 36 and displayed by a CRT (monitor) 39.

本例の透過電子顕微鏡は、オートフォーカス機能、及び、画像の明るさを補正する明るさ調整機能を有する。透過電子顕微鏡のオートフォーカス機構は周知であり、ここでは詳細に説明しない。本例の透過電子顕微鏡は、更に、パターンマッチング機能を有するが、これも周知技術である。明るさ調整機能は、オートフォーカスによって対物レンズの電流値が変化したとき、画像の明るさが変化しないように制御を行う。即ち、オートフォーカスの前後において、画像の明るさが変化しないように制御する。   The transmission electron microscope of this example has an autofocus function and a brightness adjustment function for correcting the brightness of an image. The autofocus mechanism of a transmission electron microscope is well known and will not be described in detail here. The transmission electron microscope of this example further has a pattern matching function, which is also a well-known technique. The brightness adjustment function performs control so that the brightness of the image does not change when the current value of the objective lens changes due to autofocus. That is, control is performed so that the brightness of the image does not change before and after autofocus.

オートフォーカス機能、パターンマッチング機能、及び、明るさ調整機能は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムによって構成されてよく、マイクロプロッセサ35、RAM46、記憶装置36、及び、演算装置37によって実現される。   The autofocus function, the pattern matching function, and the brightness adjustment function may be configured by a computer-readable program, and are realized by the microprocessor 35, the RAM 46, the storage device 36, and the arithmetic device 37.

オートフォーカスによって対物レンズの電流値が変化したとき、先ず、最初の明るさ調整を行う。最初の明るさ調整を行なった画像の明るさをオートフォーカス前の画像の明るさと比較する。両者の一致度が低い場合には、最初の明るさ調整が不十分であり、再度明るさ調整を行う。こうして、明るさ調整を行なった画像の明るさがオートフォーカス前の画像の明るさと一致するまで、明るさ調整を行う。   When the current value of the objective lens changes due to autofocus, first, the first brightness adjustment is performed. The brightness of the image after the first brightness adjustment is compared with the brightness of the image before autofocus. If the degree of coincidence between the two is low, the initial brightness adjustment is insufficient, and the brightness adjustment is performed again. In this way, the brightness adjustment is performed until the brightness of the image subjected to the brightness adjustment matches the brightness of the image before the autofocus.

最初の明るさ調整では、オートフォーカス前の画像の明るさとオートフォーカス後の画像の明るさの比較に基づいて補正量を決める。2回目以降の明るさ調整では、オートフォーカス前の画像の明るさと、明るさ調整後の画像の明るさの比較に基づいて補正量を決める。   In the first brightness adjustment, the correction amount is determined based on a comparison between the brightness of the image before autofocus and the brightness of the image after autofocus. In the second and subsequent brightness adjustments, the correction amount is determined based on a comparison between the brightness of the image before autofocus and the brightness of the image after brightness adjustment.

画像の明るさを比較するとき、画像の輝度分布を比較してもよく、画像の輝度分布のピーク位置を比較してもよく、又は、画像のコントラストを比較してもよい。更に、CCDカメラの電流値を比較してもよい。画像の輝度分布を比較する場合、画像相関を用いた画像の移動度又は一致度を計算してもよい。   When comparing the brightness of images, the luminance distribution of the images may be compared, the peak positions of the luminance distribution of the images may be compared, or the contrast of the images may be compared. Further, the current values of the CCD cameras may be compared. When comparing the luminance distribution of images, the mobility or coincidence of images using image correlation may be calculated.

画像の明るさは、基本的には、試料上の電子線密度によって決まる。従って、画像の明るさを補正するには、収束レンズ電流を変化させればよい。絞りを用いて試料上の電子線密度を調整してもよい。収束レンズ電流を変化させる代わりに、電子銃エミッション電流、CCDカメラのゲイン、露光時間等を調整してもよい。   The brightness of the image is basically determined by the electron beam density on the sample. Therefore, in order to correct the brightness of the image, the convergent lens current may be changed. You may adjust the electron beam density on a sample using a diaphragm. Instead of changing the convergent lens current, the electron gun emission current, the CCD camera gain, the exposure time, and the like may be adjusted.

画像の明るさが変化しない対物レンズ電流と収束レンズ電流の関係を予め求めておいてよい。オートフォーカスによって対物レンズ電流値が変化したとき、このような関係より収束レンズ電流を求めれば、明るさ調整を行うことができる。同様に、画像の明るさが変化しない対物レンズ電流と電子銃エミッション電流の関係を予め求めておいてよい。オートフォーカスによって対物レンズ電流値が変化したとき、このような関係より電子銃エミッション電流を求めることにより、明るさ調整を行うことができる。   The relationship between the objective lens current and the convergent lens current whose image brightness does not change may be obtained in advance. When the objective lens current value is changed by autofocus, the brightness can be adjusted by obtaining the convergent lens current from such a relationship. Similarly, the relationship between the objective lens current that does not change the brightness of the image and the electron gun emission current may be obtained in advance. When the objective lens current value is changed by autofocus, the brightness can be adjusted by obtaining the electron gun emission current from such a relationship.

本発明による透過電子顕微鏡によって微小粒子を検索するとき、次の効果がある。(1)粒子を検索した画像と信頼性を表示できる。(2)粒子の検索効率を向上させることができる。(3)オートフォーカスにより変動する明るさを補正することができる。(4)変動した明るさを補正してオートフォーカスの精度を向上させる。従って、本発明による透過電子顕微鏡によって微小粒子を検索する場合に、観察データの信頼性を証明することができる。   When searching for fine particles by a transmission electron microscope according to the present invention, the following effects are obtained. (1) The image searched for particles and the reliability can be displayed. (2) Particle search efficiency can be improved. (3) Brightness that varies due to autofocus can be corrected. (4) Correct the fluctuating brightness to improve the accuracy of autofocus. Therefore, the reliability of the observation data can be proved when searching for fine particles by the transmission electron microscope according to the present invention.

図2を参照して本発明による透過電子顕微鏡を用いて微小粒子を検索する方法の第1の例を説明する。ステップS101にて、検索精度及び検索対象の粒子のパターンを設定する。例えば、図5に示す入力画面にて、検索精度、検索対象の粒子の径、検索対象の粒子の楕円率を入力する。検索精度は、予め設定されている値を用いてもよい。ステップS102にて、検索対象の視野を設定する。図5に示す入力画面の左側にて示すように、試料メッシュの1つを指定する。ステップS103にて、視野を移動させる。視野の移動方法は、図23に示すように試料ステージ53を用いてもよいが、図24に示すように、偏向コイル4、5を用いて電磁的に視野を移動させてもよい。ステップS104にて視野の移動を停止する。   A first example of a method for searching for microparticles using a transmission electron microscope according to the present invention will be described with reference to FIG. In step S101, search accuracy and a pattern of search target particles are set. For example, the search accuracy, the diameter of the search target particle, and the ellipticity of the search target particle are input on the input screen shown in FIG. As the search accuracy, a preset value may be used. In step S102, the field of view to be searched is set. As shown on the left side of the input screen shown in FIG. 5, one of the sample meshes is designated. In step S103, the visual field is moved. As the method of moving the visual field, the sample stage 53 may be used as shown in FIG. 23, but the visual field may be moved electromagnetically using the deflection coils 4 and 5 as shown in FIG. In step S104, the movement of the visual field is stopped.

ステップS105にて、画像I1を取り込み、RAM46に記憶する。画像I1はオートフォーカス前の画像である。この画像I1の輝度分布LUT1を求め、RAM46に記憶する。輝度分布LUT1は、図13に示すように、横軸に階調をとり、縦軸に画素数をとったときの輝度分布曲線(ヒストグラム)である。   In step S 105, the image I 1 is captured and stored in the RAM 46. The image I1 is an image before autofocus. A luminance distribution LUT1 of the image I1 is obtained and stored in the RAM 46. As shown in FIG. 13, the luminance distribution LUT1 is a luminance distribution curve (histogram) when gradation is taken on the horizontal axis and the number of pixels is taken on the vertical axis.

ステップS106〜ステップS112にて、オートフォーカスを行う。先ずステップS106にて、電子線を傾斜角αだけ傾斜させ、画像I1αを取り込み、RAM46に記憶する。例えば、図19に示す入力画面にて傾斜角αを入力する。   Auto focus is performed in steps S106 to S112. First, in step S106, the electron beam is tilted by the tilt angle α, the image I1α is captured, and stored in the RAM 46. For example, the tilt angle α is input on the input screen shown in FIG.

試料上に正焦点がある場合には、電子線を傾斜させても、画像は移動しない。しかしながら、焦点がずれている場合には、電子線を傾斜させることにより画像は移動する。この現象を利用する。   When the normal focus is on the sample, the image does not move even if the electron beam is tilted. However, when the focus is shifted, the image moves by tilting the electron beam. Use this phenomenon.

ステップS107にて、2つの画像I1、I1α間の移動量と一致度を計算する。移動量及び一致度の計算は後に説明する(a)及び(b)の方法を用いてよい。このとき、正規化相関で計算を行ってもよい。ステップS108にて、一致度が50%より大きいか否かを判定する。ここでは一致度の閾値として50%を用いた。   In step S107, the movement amount and coincidence between the two images I1 and I1α are calculated. The movement amount and the degree of coincidence may be calculated using the methods (a) and (b) described later. At this time, calculation may be performed using normalized correlation. In step S108, it is determined whether or not the degree of coincidence is greater than 50%. Here, 50% is used as the threshold value of the degree of coincidence.

一致度が50%より大きい場合には、ステップS111に進む。一致度が50%より大きくない場合には、ステップS109に進み、電子ビームの傾斜角を半分にする。ステップS110にて、対物レンズの電流値を変更し、ステップS107に戻る。   If the degree of coincidence is greater than 50%, the process proceeds to step S111. If the degree of coincidence is not greater than 50%, the process proceeds to step S109, and the tilt angle of the electron beam is halved. In step S110, the current value of the objective lens is changed, and the process returns to step S107.

ここで、一致度を大きくするために、電子線の傾斜角を半減したが、それは、図17及び図18に示すように、電子線の傾斜角は小さいほうが、補正精度及びその補正範囲は大きいからである。   Here, in order to increase the degree of coincidence, the inclination angle of the electron beam was halved. As shown in FIGS. 17 and 18, the smaller the inclination angle of the electron beam, the larger the correction accuracy and the correction range. Because.

一致度が50%より大きくなったらステップS111にて、電子線の傾斜角が予め設定された値αであるか否かを判定する。電子線の傾斜角がαでない場合には、ステップS106に戻り、電子線の傾斜角をαにする。   If the degree of coincidence is greater than 50%, it is determined in step S111 whether or not the inclination angle of the electron beam is a preset value α. If the tilt angle of the electron beam is not α, the process returns to step S106 to set the tilt angle of the electron beam to α.

こうして、ステップS106からステップS111を繰り返すことにより、電子線の傾斜角がαであり、且つ、一致度が50%より大きくなる。   Thus, by repeating step S106 to step S111, the inclination angle of the electron beam is α and the degree of coincidence is greater than 50%.

ステップS112にて、傾斜角αを用いてデフォーカス量を計算し、それを対物レンズ電流にフィードバックする。デフォーカス量の計算は後に(f)にて説明する式を用いて行う。   In step S112, the defocus amount is calculated using the inclination angle α, and is fed back to the objective lens current. The calculation of the defocus amount is performed using an expression described later in (f).

こうして、オートフォーカスが終わると、ステップS113にて、画像I2を取り込み、RAM46に記憶する。画像I2はオートフォーカス後の画像である。この画像I2の輝度分布LUT2を求め、RAM46に記憶する。ステップS114にて、オートフォーカス前後の画像の明るさを比較する。即ち、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布LUT1とオートフォーカス後の画像I2の輝度分布LUT2の相関を計算する。   When autofocus is thus completed, the image I2 is captured and stored in the RAM 46 in step S113. Image I2 is an image after autofocus. A luminance distribution LUT2 of the image I2 is obtained and stored in the RAM 46. In step S114, the brightness of the image before and after autofocus is compared. That is, the correlation between the luminance distribution LUT1 of the image I1 before autofocus and the luminance distribution LUT2 of the image I2 after autofocus is calculated.

輝度分布の相関の計算方法については後に(d)にて説明する。即ち、後に(a)、(b)にて説明するように、画像相関を用いた一致度を計算してもよい。   A method for calculating the correlation of the luminance distribution will be described later in (d). That is, as described later in (a) and (b), the degree of coincidence using image correlation may be calculated.

ステップS115にて、相関計算の結果を用いて明るさ調整を行う。明るさ調整は、収束レンズコイルの電流値を制御することによって行う。明るさ調整の方法として、エミッション電流の制御、CCDカメラのゲインの調整、露光時間の調整等がある。明るさ調整の方法は、図20及び図21に示す画面にて入力してよい。ステップS116にて、画像I3を取り込み、RAM46に記憶する。画像I3は明るさ調整後の画像である。この画像I3の輝度分布LUT3を求め、RAM46に記憶する。   In step S115, brightness adjustment is performed using the result of the correlation calculation. The brightness adjustment is performed by controlling the current value of the converging lens coil. Brightness adjustment methods include emission current control, CCD camera gain adjustment, exposure time adjustment, and the like. The brightness adjustment method may be input on the screens shown in FIGS. In step S 116, the image I 3 is captured and stored in the RAM 46. The image I3 is an image after brightness adjustment. A luminance distribution LUT3 of the image I3 is obtained and stored in the RAM 46.

ステップS117にて、オートフォーカス前の画像と明るさ調整後の画像の明るさを比較する。即ち、画像I1の輝度分布LUT1と画像I3の輝度分布LUT3の一致度を求め、それが50%より大きいか否かを判定する。ここでは一致度の閾値として50%を用いた。一致度の閾値として、ステップS101の検索精度の入力値を用いてもよいが、別に入力してもよい。   In step S117, the brightness of the image before autofocus and the image after brightness adjustment are compared. That is, the degree of coincidence between the luminance distribution LUT1 of the image I1 and the luminance distribution LUT3 of the image I3 is obtained, and it is determined whether or not it is greater than 50%. Here, 50% is used as the threshold value of the degree of coincidence. As the matching degree threshold value, the input value of the search accuracy in step S101 may be used, or may be input separately.

輝度分布の一致度の計算方法については後に(d)にて説明する。即ち、後に(a)、(b)にて説明するように、画像相関を用いた一致度を計算してもよい。   A method of calculating the degree of coincidence of the luminance distribution will be described later in (d). That is, as described later in (a) and (b), the degree of coincidence using image correlation may be calculated.

一致度が50%より大きい場合には、ステップS118に進む。一致度が50%より大きくない場合にはステップS115に戻り、再度明るさ調整を行う。こうして一致度が50%より大きくなったらステップS118に進む。図20及び図21に示す画面では、一致度が表示される。   If the degree of coincidence is greater than 50%, the process proceeds to step S118. If the degree of coincidence is not greater than 50%, the process returns to step S115 and the brightness is adjusted again. When the degree of coincidence becomes greater than 50%, the process proceeds to step S118. The degree of coincidence is displayed on the screens shown in FIGS.

ステップS118にて、パターンマッチングを行い、粒子を検索する。ステップS119にて、パターンマッチングを行った画像I3とその輝度分布LUT3をRAM46に記憶する。また、画像I1の輝度分布LUT1と画像I3の輝度分布LUT3の相関値をRAM46に記憶する。図6に示すように検索した粒子数と検索精度(一致度)を表示することができる。   In step S118, pattern matching is performed to search for particles. In step S119, the image I3 subjected to pattern matching and its luminance distribution LUT3 are stored in the RAM 46. The correlation value between the luminance distribution LUT1 of the image I1 and the luminance distribution LUT3 of the image I3 is stored in the RAM 46. As shown in FIG. 6, the number of retrieved particles and the retrieval accuracy (matching degree) can be displayed.

ステップS120にて、視野を移動させる。ステップS121にて、全ての視野について粒子検索が終了したか否かを判定する。全ての視野について粒子検索が完了していない場合にはステップS103に戻る。全ての視野について粒子検索が完了したらこの処理を終了する。   In step S120, the visual field is moved. In step S121, it is determined whether the particle search has been completed for all fields of view. If the particle search has not been completed for all fields of view, the process returns to step S103. When the particle search is completed for all fields of view, this process is terminated.

本例では、ステップS105にて、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布LUT1を保存し、ステップS114にて、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布LUT1とオートフォーカス後の画像I2の輝度分布LUT2の相関を計算する。また、ステップS117にて、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布LUT1と明るさ調整後の画像I3の輝度分布LUT3の一致度を求める。しかしながら、これらのステップにおいて、画像の輝度分布の代わりに、輝度分布のピーク位置、又は、画像のコントラストを用いてもよい。   In this example, the luminance distribution LUT1 of the image I1 before autofocus is stored in step S105, and the luminance distribution LUT1 of the image I1 before autofocus and the luminance distribution LUT2 of the image I2 after autofocus are stored in step S114. Calculate the correlation. In step S117, the degree of coincidence between the luminance distribution LUT1 of the image I1 before autofocus and the luminance distribution LUT3 of the image I3 after brightness adjustment is obtained. However, in these steps, the peak position of the luminance distribution or the contrast of the image may be used instead of the luminance distribution of the image.

輝度分布のピーク位置を用いる場合を説明する。輝度分布のピーク位置は、図13に示すように、画像の輝度分布(ヒストグラム)から求めることができる。ステップS114にて、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布のピーク位置pLUT1とオートフォーカス後の画像I2の輝度分布のピーク位置pLUT2の相関を計算する。輝度分布のピーク位置の相関の計算方法については後に(e)にて説明する。即ち、2つのピーク位置の比、差等を用いる。   A case where the peak position of the luminance distribution is used will be described. The peak position of the luminance distribution can be obtained from the luminance distribution (histogram) of the image as shown in FIG. In step S114, the correlation between the peak position pLUT1 of the luminance distribution of the image I1 before autofocus and the peak position pLUT2 of the luminance distribution of the image I2 after autofocus is calculated. A method for calculating the correlation of the peak positions of the luminance distribution will be described later in (e). That is, the ratio or difference between two peak positions is used.

ステップS117にて、画像I1の輝度分布のピーク位置pLUT1と画像I3の輝度分布のピーク位置pLUT3の一致度を求め、それが50%より大きいか否かを判定する。輝度分布のピーク位置の一致度の計算方法については後に(e)にて説明する。即ち、2つのピーク位置の比を用いる。   In step S117, the degree of coincidence between the peak position pLUT1 of the luminance distribution of the image I1 and the peak position pLUT3 of the luminance distribution of the image I3 is obtained, and it is determined whether or not it is greater than 50%. A method for calculating the degree of coincidence of the peak positions of the luminance distribution will be described later in (e). That is, the ratio of two peak positions is used.

画像のコントラストを用いる場合を説明する。コンストラストは、図8に示すようにバックグランド強度I0に対する検索対象の粒子像の強度I1の比として表わされる。ステップS114にて、オートフォーカス前の画像I1のコントラストC1とオートフォーカス後の画像I2のコントラストC2の相関を計算する。コントラストの相関の計算方法については後に(h)にて説明する。即ち、2つのこのトラストの比、差等を用いる。   A case where the contrast of an image is used will be described. As shown in FIG. 8, the contrast is expressed as a ratio of the intensity I1 of the particle image to be searched to the background intensity I0. In step S114, the correlation between the contrast C1 of the image I1 before autofocus and the contrast C2 of the image I2 after autofocus is calculated. A method for calculating the correlation of contrast will be described later in (h). That is, the ratio, difference, etc. of the two trusts are used.

ステップS117にて、画像I1のコントラストC1と画像I3のコントラストC3の一致度を求め、それが50%より大きいか否かを判定する。コントラストの一致度の計算方法については後に(h)にて説明する。即ち、2つのコントラストの比を用いる。   In step S117, the degree of coincidence between the contrast C1 of the image I1 and the contrast C3 of the image I3 is obtained, and it is determined whether or not it is greater than 50%. A method for calculating the degree of coincidence of contrast will be described later in (h). That is, the ratio of the two contrasts is used.

図3を参照して本発明による透過電子顕微鏡を用いて微小粒子を検索する方法の第2の例を説明する。図2の第1の例では、画像の輝度分布を用いたが、本例では、CCDカメラの電流値を用いる。尚、CCDカメラの電流値の測定方法は、図22に示す。図22については後に説明する。   A second example of a method for searching for microparticles using a transmission electron microscope according to the present invention will be described with reference to FIG. In the first example of FIG. 2, the luminance distribution of the image is used, but in this example, the current value of the CCD camera is used. A method for measuring the current value of the CCD camera is shown in FIG. FIG. 22 will be described later.

ステップS201からステップS204は、図2のステップS101からステップS104と同様である。ステップS205にて、画像I1を取り込み、RAM46に記憶する。画像I1はオートフォーカス前の画像である。CCDカメラの電流値A1を測定し、それを、RAM46に記憶する。   Steps S201 to S204 are the same as steps S101 to S104 in FIG. In step S 205, the image I 1 is captured and stored in the RAM 46. The image I1 is an image before autofocus. The current value A1 of the CCD camera is measured and stored in the RAM 46.

ステップS206からステップS212までのオートフォーカスの処理は、図1のステップS106からステップS112までの処理と同様である。オートフォーカスが終わると、ステップS213にて、画像I2を取り込み、RAM46に記憶する。画像I2はオートフォーカス後の画像である。更に、CCDカメラの電流値A2を測定し、RAM46に記憶する。ステップS214にて、オートフォーカス前後の画像の明るさを比較する。即ち、オートフォーカス前の電流値A1とオートフォーカス後の電流値A2の相関を計算する。電流値の相関の計算方法の例は、後に(g)にて説明するように、2つの電流値の比又は差を計算する。ステップS215にて、相関計算の結果を用いて明るさ調整を行う。   The autofocus process from step S206 to step S212 is the same as the process from step S106 to step S112 in FIG. When the autofocus is finished, the image I2 is captured and stored in the RAM 46 in step S213. Image I2 is an image after autofocus. Further, the current value A 2 of the CCD camera is measured and stored in the RAM 46. In step S214, the brightness of the image before and after autofocus is compared. That is, the correlation between the current value A1 before autofocus and the current value A2 after autofocus is calculated. As an example of the calculation method of the correlation between the current values, the ratio or difference between the two current values is calculated as will be described later in (g). In step S215, brightness adjustment is performed using the result of the correlation calculation.

ステップS216にて、画像I3を取り込み、RAM46に記憶する。画像I3は明るさ調整後の画像である。CCDカメラの電流値A3を測定し、RAM46に記憶する。ステップS217にて、オートフォーカス前の画像と明るさ調整後の画像の明るさを比較する。即ち、電流値A1と電流値A3の一致度を求め、それが50%より大きいか否かを判定する。   In step S 216, the image I 3 is captured and stored in the RAM 46. The image I3 is an image after brightness adjustment. The current value A3 of the CCD camera is measured and stored in the RAM 46. In step S217, the brightness of the image before autofocus and the image after brightness adjustment are compared. That is, the degree of coincidence between the current value A1 and the current value A3 is obtained, and it is determined whether or not it is greater than 50%.

2つの電流値の一致度の計算方法の例として、後に(g)にて説明するように、2つの電流値の比又は差を計算する。   As an example of a method for calculating the degree of coincidence between two current values, the ratio or difference between the two current values is calculated as will be described later in (g).

一致度が50%より大きい場合には、ステップS218に進む。一致度が50%より大きくない場合にはステップS215に戻り、再度明るさ調整を行う。こうして一致度が50%より大きくなったらステップS218に進む。   If the coincidence is greater than 50%, the process proceeds to step S218. If the degree of coincidence is not greater than 50%, the process returns to step S215, and brightness adjustment is performed again. When the degree of coincidence becomes greater than 50%, the process proceeds to step S218.

ステップS218にて、パターンマッチングを行い、粒子を検索する。ステップS219にて、パターンマッチングを行った画像I3と電流値A3をRAM46に記憶する。また、画像I1の電流値A1と画像I3の電流値A3の相関値をRAM46に記憶する。図6に示すように検索した粒子数と検索精度を表示することができる。   In step S218, pattern matching is performed to search for particles. In step S219, the image I3 subjected to pattern matching and the current value A3 are stored in the RAM 46. The correlation value between the current value A1 of the image I1 and the current value A3 of the image I3 is stored in the RAM 46. As shown in FIG. 6, the number of retrieved particles and the retrieval accuracy can be displayed.

ステップS220及びステップS221の処理は、図2のステップS120及びステップS121の処理と同様である。   The processes in steps S220 and S221 are the same as the processes in steps S120 and S121 in FIG.

図4を参照して本発明による透過電子顕微鏡を用いて微小粒子を検索する方法の第3の例を説明する。ステップS301からステップS312は、図1のステップS101からステップS112と同様である。即ち、オートフォーカスが終わるまで、図1の例と同様である。   A third example of a method for searching for microparticles using a transmission electron microscope according to the present invention will be described with reference to FIG. Steps S301 to S312 are the same as steps S101 to S112 in FIG. That is, it is the same as the example of FIG. 1 until the autofocus is completed.

オートフォーカスによって対物レンズ電流値は新たな値に設定される。ステップS313にて、収束レンズコイルの電流値を、対物レンズ電流に対応した値に設定する。図15は、画像の明るさが変化しないための対物レンズの電流値と収束レンズの電流値の条件を示す。図15の曲線から、オートフォーカスによって得られた対物レンズ電流値に対応する収束レンズの電流値を読み取り、それを設定値とする。こうして本例では、収束レンズコイルの電流値を所定の値に設定することにより明るさ調整を行う。   The objective lens current value is set to a new value by autofocus. In step S313, the current value of the converging lens coil is set to a value corresponding to the objective lens current. FIG. 15 shows conditions for the current value of the objective lens and the current value of the converging lens so that the brightness of the image does not change. From the curve in FIG. 15, the current value of the convergent lens corresponding to the objective lens current value obtained by autofocus is read and used as a set value. Thus, in this example, the brightness is adjusted by setting the current value of the converging lens coil to a predetermined value.

ステップS314にて、画像I2を取り込み、RAM46に記憶する。画像I2は明るさ調整後の画像である。この画像I2の輝度分布LUT2を求め、RAM46に記憶する。ステップS315にて、オートフォーカス前の画像と明るさ調整後の画像の明るさを比較する。即ち、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布LUT1と明るさ調整後の画像I2の輝度分布LUT2の相関を計算する。   In step S 314, the image I 2 is captured and stored in the RAM 46. Image I2 is an image after brightness adjustment. A luminance distribution LUT2 of the image I2 is obtained and stored in the RAM 46. In step S315, the brightness of the image before autofocus is compared with the brightness of the image after brightness adjustment. That is, the correlation between the luminance distribution LUT1 of the image I1 before autofocus and the luminance distribution LUT2 of the image I2 after brightness adjustment is calculated.

輝度分布の相関の計算方法については後に(d)にて説明する。即ち、後に(a)、(b)にて説明するように、画像相関を用いた一致度を計算してもよい。   A method for calculating the correlation of the luminance distribution will be described later in (d). That is, as described later in (a) and (b), the degree of coincidence using image correlation may be calculated.

ステップS316にて、画像I1の輝度分布LUT1と画像I2の輝度分布LUT2の一致度を求め、それが50%より大きいか否かを判定する。   In step S316, the degree of coincidence between the luminance distribution LUT1 of the image I1 and the luminance distribution LUT2 of the image I2 is obtained, and it is determined whether or not it is greater than 50%.

輝度分布の一致度の計算方法については後に(d)にて説明する。即ち、後に(a)、(b)にて説明するように、画像相関を用いた一致度を計算してもよい。   A method of calculating the degree of coincidence of the luminance distribution will be described later in (d). That is, as described later in (a) and (b), the degree of coincidence using image correlation may be calculated.

一致度が50%より大きい場合には、ステップS317に進む。一致度が50%より大きくない場合には処理を終了する。本例では、明るさ調整として、収束レンズコイルの電流値を所定の値に設定した。従って、再度明るさ調整を行わない。   If the degree of coincidence is greater than 50%, the process proceeds to step S317. If the degree of coincidence is not greater than 50%, the process ends. In this example, as the brightness adjustment, the current value of the converging lens coil is set to a predetermined value. Therefore, the brightness adjustment is not performed again.

ステップS317にて、パターンマッチングを行い、粒子を検索する。ステップS318にて、パターンマッチングを行った画像I2とその輝度分布LUT2をRAM46に記憶する。また、画像I1の輝度分布LUT1と画像I2の輝度分布LUT2の相関値をRAM46に記憶する。図6に示すように検索した粒子数と検索精度を表示することができる。   In step S317, pattern matching is performed to search for particles. In step S318, the pattern I-matched image I2 and its luminance distribution LUT2 are stored in the RAM 46. The correlation value between the luminance distribution LUT1 of the image I1 and the luminance distribution LUT2 of the image I2 is stored in the RAM 46. As shown in FIG. 6, the number of retrieved particles and the retrieval accuracy can be displayed.

ステップS319及びステップS320の処理は、図2のステップS120及びステップS121の処理と同様である。   The process of step S319 and step S320 is the same as the process of step S120 and step S121 of FIG.

本例では、ステップS305にて、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布LUT1を保存し、ステップS314にて、明るさ調整後の画像I2の輝度分布LUT2を保存し、ステップS315にて、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布LUT1と明るさ調整後の画像I2の輝度分布LUT2の相関を計算する。しかしながら、これらのステップにおいて、画像の輝度分布の代わりに、輝度分布のピーク位置、又は、コントラストを用いてもよい。   In this example, the luminance distribution LUT1 of the image I1 before autofocus is stored in step S305, the luminance distribution LUT2 of the image I2 after brightness adjustment is stored in step S314, and the autofocus is processed in step S315. The correlation between the luminance distribution LUT1 of the previous image I1 and the luminance distribution LUT2 of the image I2 after brightness adjustment is calculated. However, in these steps, the peak position of the luminance distribution or the contrast may be used instead of the luminance distribution of the image.

さらにこれらのステップにおいて、画像の輝度分布の代わりに、CCDカメラの電流値を用いてもよい。   Further, in these steps, the current value of the CCD camera may be used instead of the luminance distribution of the image.

図5は粒子検索の入力画面の例を示す。入力画面の左側には、試料メッシュが表示される。入力画面の右下には、検索精度、検索対象の粒子の径、検索対象の粒子の楕円率を設定するフィールドが表示される。ユーザは、先ず、検索精度、粒子径及び楕円率を入力する。検索精度は、予め設定されていてもよい。次に、試料メッシュにて粒子検索を行う場所を設定する。   FIG. 5 shows an example of an input screen for particle search. A sample mesh is displayed on the left side of the input screen. In the lower right of the input screen, fields for setting the search accuracy, the diameter of the search target particle, and the ellipticity of the search target particle are displayed. The user first inputs search accuracy, particle diameter, and ellipticity. The search accuracy may be set in advance. Next, a place where particle search is performed on the sample mesh is set.

図6は検索精度と検出結果を示す画面の例を示す。図6の例では、オートフォーカス前の画像I1の輝度分布LUT1と明るさ調整後の画像I2の輝度分布LUT2の相関(一致度)を80%に設定したとき、検索対象の粒子が1個検出されたことを示す。画面の右側には、粒子を検出したときの画像が表示される。図7は、コンストラスト、検出された粒子数、及び、検索精度の例を示す。コンストラストが高いほど検索精度は高くなる。図8に示すようにコンストラストは、バックグランド強度I0に対する検索対象の粒子像の強度I1の比として表わされる。   FIG. 6 shows an example of a screen showing search accuracy and detection results. In the example of FIG. 6, when the correlation (degree of coincidence) between the luminance distribution LUT1 of the image I1 before autofocus and the luminance distribution LUT2 of the image I2 after brightness adjustment is set to 80%, one particle to be searched is detected. Indicates that On the right side of the screen, an image when particles are detected is displayed. FIG. 7 shows an example of the contrast, the number of detected particles, and the search accuracy. The higher the contrast, the higher the search accuracy. As shown in FIG. 8, the contrast is expressed as a ratio of the intensity I1 of the particle image to be searched to the background intensity I0.

図9は、デフォーカス量とCCDカメラの電流比の関係を示す。横軸はデフォーカス量、縦軸はデフォーカス量がゼロのときの電流値I0に対するデフォーカス後の電流値I1の比である。図示のように、デフォーカス量が負から正に増加するとき、CCDカメラの電流値は増加することが判る。従って、CCDカメラの電流値を検出することによって、デフォーカス量を知ることができる。   FIG. 9 shows the relationship between the defocus amount and the current ratio of the CCD camera. The horizontal axis represents the defocus amount, and the vertical axis represents the ratio of the current value I1 after defocusing to the current value I0 when the defocus amount is zero. As shown, when the defocus amount increases from negative to positive, the current value of the CCD camera increases. Therefore, the defocus amount can be known by detecting the current value of the CCD camera.

図10を参照して、対物レンズ電流値を変化させることにより画像の明るさが変化することを説明する。対物レンズ電流値を変化させると、対物前磁場と対物後磁場が変化する。図10には、対物前磁場のみを示す。対物レンズ電流値を変化させると、対物前磁場が変化し、破線にて示すように、電子線の照射領域が変化し、試料上の電子線密度が変化する。それによって、画像の明るさが変化する。尚、対物後磁場が変化することにより、焦点位置が変化する。   With reference to FIG. 10, it will be described that the brightness of an image changes by changing the objective lens current value. When the objective lens current value is changed, the pre-objective magnetic field and the post-objective magnetic field change. FIG. 10 shows only the pre-objective magnetic field. When the objective lens current value is changed, the pre-objective magnetic field is changed, the electron beam irradiation region is changed, and the electron beam density on the sample is changed, as indicated by a broken line. As a result, the brightness of the image changes. Note that the focal position changes as the post-objective magnetic field changes.

図11は、従来の技術のように、オートフォーカス後に明るさを補正しない場合の画像の例を示す。左上の画像は、正焦点の画像、その右の画像は、負の側にずれている画像をオートフォーカスによって結像させて画像、下側の画像は、正の側にずれている画像をオートフォーカスによって結像させて画像を示す。図12は、本発明により、オートフォーカス後に明るさを補正した場合の画像の例を示す。左上の画像は、正焦点の画像、その右の画像は、負の側にずれている画像をオートフォーカスによって結像させて画像、下側の画像は、正の側にずれている画像をオートフォーカスによって結像させて画像を示す。図12の画像では、オートフォーカスの前後において明るさが変化しない。従って、本発明によると、オートフォーカスを行っても、正確に粒子を検出することができる。   FIG. 11 shows an example of an image when the brightness is not corrected after the autofocus as in the conventional technique. The upper left image is a positive focus image, the right image is an image that is shifted to the negative side by autofocus, and the lower image is an image that is shifted to the positive side. An image is formed by focusing. FIG. 12 shows an example of an image when brightness is corrected after autofocus according to the present invention. The upper left image is a positive focus image, the right image is an image that is shifted to the negative side by autofocus, and the lower image is an image that is shifted to the positive side. An image is formed by focusing. In the image of FIG. 12, the brightness does not change before and after autofocus. Therefore, according to the present invention, particles can be accurately detected even when autofocusing is performed.

図13は、画像の輝度分布(ヒストグラム)及びピーク位置の例を示す。縦軸は画素数、横軸は階調である。輝度分布曲線の頂点がピーク位置であり、輝度分布の中心である。図13(a)はオートフォーカス前の輝度分布を示し、図13(b)はオートフォーカス後の輝度分布を示す。両者を比較すると判るように、本例では、オートフォーカス後に、画像の明るさが増加している。   FIG. 13 shows an example of the luminance distribution (histogram) and peak position of an image. The vertical axis represents the number of pixels, and the horizontal axis represents the gradation. The peak of the luminance distribution curve is the peak position, which is the center of the luminance distribution. FIG. 13A shows the luminance distribution before autofocus, and FIG. 13B shows the luminance distribution after autofocus. As can be seen by comparing the two, in this example, the brightness of the image increases after autofocus.

図15は、画像の明るさが変化しないための対物レンズの電流値と収束レンズの電流値の条件を示す。横軸は対物レンズの電流値、縦軸は収束レンズの電流値である。対物レンズの電流値が変化しても、収束レンズの電流値を図15の曲線より求めた値に設定することにより、画像の明るさの変化を回避することができる。   FIG. 15 shows conditions for the current value of the objective lens and the current value of the converging lens so that the brightness of the image does not change. The horizontal axis represents the current value of the objective lens, and the vertical axis represents the current value of the convergent lens. Even if the current value of the objective lens changes, a change in the brightness of the image can be avoided by setting the current value of the convergent lens to a value obtained from the curve of FIG.

図16は、対物レンズの電流値と試料表面上の電流値の関係を示す。横軸は対物レンズの電流値、縦軸は試料表面上の電流値である。試料表面上の電流値は、CCDカメラの電流値である。対物レンズの電流値が負から正に増加すると、試料表面上の電流値は減少する。試料表面上の電流値を検出することによって、対物レンズの電流値を知ることができる。   FIG. 16 shows the relationship between the current value of the objective lens and the current value on the sample surface. The horizontal axis represents the current value of the objective lens, and the vertical axis represents the current value on the sample surface. The current value on the sample surface is the current value of the CCD camera. As the current value of the objective lens increases from negative to positive, the current value on the sample surface decreases. By detecting the current value on the sample surface, the current value of the objective lens can be known.

図17は、倍率と補正精度の関係を示す。横軸は倍率、縦軸は補正精度(デフォーカス量)である。倍率が大きくなると、補正精度は急激に小さくなる。電子線の傾斜角α(0.5〜0.1度)を変化させて、倍率と補正精度の関係を調べた。電子線の傾斜角αが大きいほど、補正精度は小さくなる。   FIG. 17 shows the relationship between magnification and correction accuracy. The horizontal axis represents magnification, and the vertical axis represents correction accuracy (defocus amount). As the magnification increases, the correction accuracy decreases rapidly. The relationship between the magnification and the correction accuracy was examined by changing the inclination angle α (0.5 to 0.1 degree) of the electron beam. The correction accuracy decreases as the inclination angle α of the electron beam increases.

図18は、倍率と補正範囲の関係を示す。横軸は倍率、縦軸は補正幅(デフォーカス量)である。倍率が大きくなると、補正幅は急激に小さくなる。電子線の傾斜角α(0.5〜0.1度)を変化させて、倍率と補正幅の関係を調べた。電子線の傾斜角αが大きいほど、補正幅は小さくなる。   FIG. 18 shows the relationship between the magnification and the correction range. The horizontal axis is the magnification, and the vertical axis is the correction width (defocus amount). As the magnification increases, the correction width decreases rapidly. The relationship between the magnification and the correction width was examined by changing the inclination angle α (0.5 to 0.1 degree) of the electron beam. The correction width decreases as the tilt angle α of the electron beam increases.

図19は、オートフォーカスの設定画面の例を示す。この画面は、電子線の傾斜角αを入力するためのフィールドを有する。   FIG. 19 shows an example of an autofocus setting screen. This screen has a field for inputting the tilt angle α of the electron beam.

図20は、明るさの補正を露光時間の制御によって行う場合の設定画面の例を示す。この画面は、露光時間の制御方法として、収束レンズ、電子銃エミッション電流、収束レンズによって修正された既定値のいずれかを選択するフィールドと、得られた検索精度(一致度)を表示するフィールドを有する。   FIG. 20 shows an example of a setting screen when the brightness correction is performed by controlling the exposure time. This screen includes a field for selecting one of the convergence lens, electron gun emission current, and the default value corrected by the convergence lens as a method for controlling the exposure time, and a field for displaying the obtained search accuracy (degree of coincidence). Have.

図21は、明るさの補正をCCDカメラの電流値の制御によって行う場合の設定画面の例を示す。この画面は、CCDカメラの電流値の制御方法として、収束レンズ、電子銃エミッション電流、CCDカメラのゲイン、CCDカメラの露光時間のいずれかを選択するフィールドと、得られた検索精度(一致度)を表示するフィールドを有する。この画面は、更に、輝度分布を表示するフィールドを有する。   FIG. 21 shows an example of a setting screen when brightness correction is performed by controlling the current value of the CCD camera. In this screen, as a method for controlling the current value of the CCD camera, a field for selecting one of a convergence lens, an electron gun emission current, a gain of the CCD camera, and an exposure time of the CCD camera, and the obtained search accuracy (degree of coincidence) Has a field to display. This screen further has a field for displaying the luminance distribution.

図22を参照して、CCDカメラの電流値の測定方法の例を説明する。本例では、CCDカメラに対して、電流検出器を備えたシンチレータ54が設けられている。   An example of a method for measuring the current value of the CCD camera will be described with reference to FIG. In this example, a scintillator 54 having a current detector is provided for the CCD camera.

図23及び図24は、視野の移動方法の例を示す。図23の例では、X方向の駆動装置53a、Y方向の駆動装置53b、及び、Z方向の駆動装置53cを備えた試料ステージ53を用いて視野を移動させる。図24の例では、偏向コイル4、5を用いて視野を移動させる。   23 and 24 show an example of a visual field moving method. In the example of FIG. 23, the visual field is moved using a sample stage 53 provided with a driving device 53a in the X direction, a driving device 53b in the Y direction, and a driving device 53c in the Z direction. In the example of FIG. 24, the visual field is moved using the deflection coils 4 and 5.

以下に、移動量の計算方法、一致度の計算方法、コントラストの計算方法、オートフォーカスにおけるデフォーカス量の計算方法、各種の検索精度の計算方法の例を説明する。   Hereinafter, examples of a movement amount calculation method, a coincidence calculation method, a contrast calculation method, a defocus amount calculation method in autofocus, and various search accuracy calculation methods will be described.

(a) 移動量の計算方法
図14に示す画像相関の例を用いて、画像の移動量の計算方法を説明する。透過像1の一部を切り取った画像を透過像3とする。これをM×Nの画素数で記憶装置に、登録画像f1(m、n)として記録する。次に記録モード後に取込んだ画像を透過像2とする。これをM×Nの画素数で記憶装置に、参照画像f2(m、n)として記録する。但し、どちらも自然画像とし、m=0,1,2,・・・M-1、 n=0,1,2,・・・N-1である。
(A) Calculation Method of Movement Amount A calculation method of the movement amount of an image will be described using an example of image correlation shown in FIG. An image obtained by cutting out a part of the transmission image 1 is referred to as a transmission image 3. This is recorded as a registered image f1 (m, n) in the storage device with the number of pixels of M × N. Next, an image captured after the recording mode is set as a transmission image 2. This is recorded as a reference image f2 (m, n) in the storage device with the number of pixels of M × N. However, both are natural images, and m = 0, 1, 2,... M-1 and n = 0, 1, 2,.

f1(m,n) 、f2(m,n)の離散フーリエ画像F1(m,n) 、F2(m,n)はそれぞれ式(1)、(2)で定義される。
F1(u,v)=A(u,v)ejθ(u,v) (1)
F2(u,v)=B(u,v)ejφ(u,v) (2)
但し、u=0,1,2,・・・M-1、 v=0,1,2,・・・N-1である。A(u,v)、B(u,v)は振幅スペクトル、θ(u,v)、φ(u,v)は位相スペクトルである。
Discrete Fourier images F1 (m, n) and F2 (m, n) of f1 (m, n) and f2 (m, n) are defined by equations (1) and (2), respectively.
F1 (u, v) = A (u, v) ejθ (u, v) (1)
F2 (u, v) = B (u, v) ejφ (u, v) (2)
However, u = 0,1,2,... M-1 and v = 0,1,2,. A (u, v) and B (u, v) are amplitude spectra, and θ (u, v) and φ (u, v) are phase spectra.

位相相関では、2画像間で像の平行移動があった場合には相関のピークの位置が移動量だけずれる。以下に移動量の導出方法を説明する。   In phase correlation, when there is parallel movement of an image between two images, the position of the correlation peak is shifted by the amount of movement. A method for deriving the movement amount will be described below.

まず、原画像f2(m,n)が、x方向にr’だけ移動したとしてf4(m,n)=f2(m+r’,n)とする。式(2)を式(3)のように変形する。
F4(u,v)=ΣΣ f2(m+r’,n)e -j2π(mu/M+nv/N)
=B(u,v)ej(φ+2πr’u/M) (3)
First, f4 (m, n) = f2 (m + r ′, n) assuming that the original image f2 (m, n) has moved by r ′ in the x direction. Equation (2) is transformed into Equation (3).
F4 (u, v) = ΣΣ f2 (m + r ', n) e -j2π (mu / M + nv / N)
= B (u, v) ej (φ + 2πr'u / M) (3)

振幅スペクトルB(u,v)を定数とすることにより、画像のコントラストに依存しない位相画像となる。画像f4の位相画像F’4 (u,v)は式(4)となる。
F4’(u,v)=ej(φ+2πr’u/M) (4)
By setting the amplitude spectrum B (u, v) as a constant, a phase image independent of the contrast of the image is obtained. The phase image F′4 (u, v) of the image f4 is expressed by Equation (4).
F4 '(u, v) = ej (φ + 2πr'u / M) (4)

位相画像F’1(u,v)にF’2(u,v)の複素供役を乗ずることによって合成画像H14(u,v)は式(5)となる。
H14(u,v)=F’1(u,v)(F’2(u,v))*= ej(θ-φ-2πru/M ) (5)
By multiplying the phase image F′1 (u, v) by the complex function of F′2 (u, v), the composite image H14 (u, v) is expressed by Equation (5).
H14 (u, v) = F'1 (u, v) (F'2 (u, v)) * = ej (θ-φ-2πru / M) (5)

相関強度画像G14(r,s)は、合成画像H14(u,v)を逆フーリエ変換することによって式(6)となる。
G14(r,s)=ΣΣ(H14(u,v)) ej2π(ur/M+us/N)
=ΣΣ(ej(θ-φ-2πr’u/M )) ej2π(ur/M+us/N)=G12(r-r’) (6)
Correlation strength image G14 (r, s) is expressed by equation (6) by performing inverse Fourier transform on synthesized image H14 (u, v).
G14 (r, s) = ΣΣ (H14 (u, v)) ej2π (ur / M + us / N)
= ΣΣ (ej (θ-φ-2πr'u / M)) ej2π (ur / M + us / N) = G12 (r-r ') (6)

式(6)より、2つの画像間でX方向に位置ずれ量r’が存在する場合、相関強度画像のピークの位置は-r’だけずれる。また、位相成分で相関計算するため、2つの画像で明るさやコントラストに違いがあっても移動量の計算が行える。2つの画像間でX方向に位置ずれ量が存在する場合は、相関強度画像の中心よりΔG(pixel)の位置にピークが発生する。例えば2つの画像間でX方向に2pixelのずれがあると、合成画像は2周期の波になる。これを逆フーリエ変換すると相関強度画像となり、中心から2pixelずれた位置にピークが発生する。   From Expression (6), when there is a positional deviation amount r ′ in the X direction between two images, the peak position of the correlation intensity image is shifted by −r ′. In addition, since the correlation calculation is performed using the phase component, the movement amount can be calculated even if there is a difference in brightness or contrast between the two images. When there is a positional shift amount in the X direction between two images, a peak occurs at a position of ΔG (pixel) from the center of the correlation strength image. For example, if there is a shift of 2 pixels in the X direction between two images, the composite image becomes a two-cycle wave. When this is subjected to inverse Fourier transform, a correlation intensity image is obtained, and a peak is generated at a position shifted by 2 pixels from the center.

このΔG(pixel)は検出器の受光面での移動量相当する。そこで、ΔGを試料面上の移動量Δxに変換する。検出器の受光面の径L、受光面上での透過電子顕微鏡の倍率M、検出器の受光面の画素数Lmとすると式(7)に示す。
Δx=ΔG(pixel)×L/Lm(pixel)/M (7)
Δxは2つ画像間の試料面上での移動量となる。
This ΔG (pixel) corresponds to the amount of movement on the light receiving surface of the detector. Therefore, ΔG is converted into a movement amount Δx on the sample surface. Assuming that the diameter L of the light receiving surface of the detector, the magnification M of the transmission electron microscope on the light receiving surface, and the number of pixels Lm of the light receiving surface of the detector are given by equation (7).
Δx = ΔG (pixel) × L / Lm (pixel) / M (7)
Δx is the amount of movement on the sample surface between the two images.

(b) 一致度の計算方法
画像相関を用いて一致度を計算する方法を説明する。位相成分のみを用いた相関計算では、数学上位相のみを使用しているため相関強度に現れるピークはδピークとなる。
(B) Method for calculating the degree of coincidence A method for calculating the degree of coincidence using image correlation will be described. In the correlation calculation using only the phase component, since only the phase is used mathematically, the peak appearing in the correlation strength is the δ peak.

例えば2つの画像間で1.5画素ずれると合成画像は1.5周期の波となる。これを逆フーリエ変換すると、相関強度画像の中心より1.5pixelずれた位置にδピークが立つが、1.5の画素は存在しないので、δピークの値は1pixel目と2pixel目に振り分けられる。   For example, if the image is shifted by 1.5 pixels between two images, the composite image becomes a wave of 1.5 cycles. When this is subjected to inverse Fourier transform, a δ peak appears at a position shifted by 1.5 pixels from the center of the correlation intensity image, but since there is no 1.5 pixel, the value of the δ peak is assigned to the first pixel and the second pixel.

ここで一致度が高い画素の重心を取って、この振り分けられた値から真のδピーク位置を計算すると1/10pixel程度の精度を計算結果が得られる。また、相関強度画像がδピークのため、2つの画像間における類似性の評価を相関強度画像のピークの高さによって行う。画像f1(m、n)、ピークの高さPeak(pixel)とすると一致度(%)を式(8)に示す。
一致度(%)=(Peak)/(m×n)×100 (8)
例えば処理画素数は128pixel×128pixelでPeakが16384(pixel)の場合は、一致度=(16384)/(128×128)×100=100 (%)となる。
Here, taking the center of gravity of the pixel having a high degree of coincidence and calculating the true δ peak position from the assigned value, the calculation result can be obtained with an accuracy of about 1/10 pixel. Further, since the correlation intensity image is δ peak, the similarity between the two images is evaluated based on the peak height of the correlation intensity image. When the image f1 (m, n) and the peak height Peak (pixel) are assumed, the degree of coincidence (%) is shown in the equation (8).
Agreement (%) = (Peak) / (m × n) × 100 (8)
For example, when the number of processed pixels is 128 pixels × 128 pixels and the peak is 16384 (pixels), the degree of coincidence = (16384) / (128 × 128) × 100 = 100 (%).

(c) コントラストCの計算方法
図8に示すようにラインプロファイルよりバックグランド強度I0と試料の高さを示す強度I1を用いて、式(9)にコントラストCを計算する。
(C) Contrast C Calculation Method As shown in FIG. 8, the contrast C is calculated from equation (9) using the background intensity I0 and the intensity I1 indicating the height of the sample from the line profile.

コントラストC=( I0 )/(I1 )×100 (9)   Contrast C = (I0) / (I1) × 100 (9)

(d) 相関計算を用いて検索精度を計算する方法
図13に示すように輝度分布を画像と考え、(a)又は(b)の画像相関を用いた移動量又は一致度を検索精度とする。
(D) Method of calculating search accuracy using correlation calculation As shown in FIG. 13, the luminance distribution is considered as an image, and the amount of movement or matching using the image correlation of (a) or (b) is used as the search accuracy. .

(e) 輝度分布のピーク位置と検索精度(一致度)を計算する方法
図13に示すように輝度分布のピークの位置を式(10)によって求める。検索精度を式(11)によって求める。
ピーク位置=ピーク位置1−ピーク位置2 (10)
検索精度=(ピーク位置1)/(ピーク位置2)×100 (11)
(E) Method of calculating luminance distribution peak position and search accuracy (coincidence) As shown in FIG. 13, the peak position of the luminance distribution is obtained by equation (10). The search accuracy is obtained by equation (11).
Peak position = Peak position 1-Peak position 2 (10)
Search accuracy = (Peak position 1) / (Peak position 2) x 100 (11)

(f) 焦点を自動補正する方法(オートフォーカス)
式(7)で算出した試料上の移動量ΔXを式(12)に入れて、デフォーカス量Δfを計算する。
Δf=ΔX/(α×M)―CS×α2 (12)
ΔXは電子ビームの傾斜によって生じた移動量、Mは透過電子顕微鏡の倍率、CSは対物レンズの球面収差係数、αは電子ビームの傾斜角である。
(F) Method for automatically correcting focus (autofocus)
The movement amount ΔX on the sample calculated by Expression (7) is put into Expression (12) to calculate the defocus amount Δf.
Δf = ΔX / (α × M) −CS × α2 (12)
ΔX is the amount of movement caused by the tilt of the electron beam, M is the magnification of the transmission electron microscope, CS is the spherical aberration coefficient of the objective lens, and α is the tilt angle of the electron beam.

(g) 電流値より電流値の位置と検索精度(一致度)を計算する方法
電流値の位置を式(13)によって求め、検索精度を式(14)によって求める。
電流値の位置=電流値1−電流値2 (13)
検索精度=(電流値1)/(電流値2)×100 (14)
(G) Method of calculating current value position and search accuracy (degree of coincidence) from current value The current value position is obtained by equation (13), and the search accuracy is obtained by equation (14).
Current value position = current value 1-current value 2 (13)
Search accuracy = (Current value 1) / (Current value 2) x 100 (14)

(h) コントラストより位置と検索精度(一致度)を計算する方法
コントラストの位置を式(15)によって求め、検索精度を式(16)によって求める。
コントラストの位置=コントラスト1−コントラスト2 (15)
検索精度=(コントラスト1)/(コントラスト2)×100 (16)
(H) Method of calculating position and search accuracy (coincidence) from contrast The contrast position is obtained by equation (15), and the search accuracy is obtained by equation (16).
Contrast position = Contrast 1-Contrast 2 (15)
Search accuracy = (Contrast 1) / (Contrast 2) x 100 (16)

以上、本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。   The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be easily made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. Will be understood.

本発明の透過電子顕微鏡の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡によって微小粒子を検索する方法の第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the method of searching a microparticle with the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡によって微小粒子を検索する方法の第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the method of searching a microparticle with the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡によって微小粒子を検索する方法の第3の例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of the method of searching a microparticle with the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において自動検索を行うときの入力画面の例を示す。The example of an input screen when performing an automatic search in the transmission electron microscope of this invention is shown. 本発明の透過電子顕微鏡において検索結果である粒子検出数と検索精度を表示した画面の例を示す。The example of the screen which displayed the number of particle | grain detection and search accuracy which are search results in the transmission electron microscope of this invention is shown. 本発明の透過電子顕微鏡においてコントラスト、粒子検出数及び検索精度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between contrast, the number of particle detections, and search precision in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてコントラストの計算方法を示す図である。It is a figure which shows the calculation method of contrast in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてデフォーカス量とCCDカメラの電流比の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the defocus amount and the current ratio of a CCD camera in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において対物前磁場と照射領域の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a pre-objective magnetic field and an irradiation area | region in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてオートフォーカス後に明るさの補正しない画像を示す図である。It is a figure which shows the image which does not correct | amend brightness after autofocus in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてオートフォーカス後に明るさの補正した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which the brightness | luminance was correct | amended after the autofocus in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において画像から求めた輝度分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the luminance distribution calculated | required from the image in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において画像相関の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of an image correlation in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において明るさが変化しない対物レンズ電流値と収束レンズコイル電流値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the objective-lens electric current value and the convergence lens coil electric current value whose brightness does not change in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において対物レンズ電流値とCCDカメラの電流値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the objective-lens electric current value and the electric current value of a CCD camera in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてオートフォーカスの補正精度を示す図である。It is a figure which shows the correction | amendment precision of an autofocus in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてオートフォーカスの補正範囲を示す図である。It is a figure which shows the correction range of an autofocus in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてオートフォーカスの設定を行う入力画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the input screen which performs the setting of an autofocus in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において露光時間の設定を行う入力画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the input screen which sets the exposure time in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてCCDカメラの設定を行う入力画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the input screen which sets a CCD camera in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡においてCCDカメラの電流値の測定方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measuring method of the electric current value of a CCD camera in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において視野を移動させるための試料ステージの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the sample stage for moving a visual field in the transmission electron microscope of this invention. 本発明の透過電子顕微鏡において視野を移動させるための電子線偏向系の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the electron beam deflection | deviation system for moving a visual field in the transmission electron microscope of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:電子銃、2:第1収束レンズコイル、3:第2収束レンズコイル、4:第1偏向コイル、5:第2偏向コイル、6:対物レンズコイル、7:第1電磁式試料イメージ移動用コイル、8:第2電磁式試料イメージ移動用コイル、9:第1中間レンズコイル、10:第2中間レンズコイル、11:第1投射レンズコイル、12:第2投射レンズコイル、13〜23:励磁電源、24〜34:DAC、35:マイクロプロッセサ、36:記憶装置、37:演算装置、38:CRTコントローラ、39:CRT、40〜41:I/F、42:倍率切替用ロータリーエンコーダ、43:入力用ロータリーエンコーダ、44:キーボード、45:マウス、46:RAM、47:ROM、48:画像取込みインターフェース、49: TV制御部 、50:TV、51:光学レンズ、52:CCD、53:試料ステージ、54:シンチレータ 1: electron gun, 2: first focusing lens coil, 3: second focusing lens coil, 4: first deflection coil, 5: second deflection coil, 6: objective lens coil, 7: first electromagnetic sample image movement Coil: 8: second electromagnetic sample image moving coil, 9: first intermediate lens coil, 10: second intermediate lens coil, 11: first projection lens coil, 12: second projection lens coil, 13-23 : Excitation power source, 24-34: DAC, 35: Microprocessor, 36: Storage device, 37: Arithmetic device, 38: CRT controller, 39: CRT, 40-41: I / F, 42: Rotary encoder for switching magnification 43: Input rotary encoder, 44: Keyboard, 45: Mouse, 46: RAM, 47: ROM, 48: Image capture interface, 49: TV control unit, 50: TV, 51: Optical recording 'S, 52: CCD, 53: sample stage 54: scintillator

Claims (6)

電子銃からの電子線を試料に照射する収束レンズと、試料上に電子線を収束させるための対物レンズと、透過像の画像データを取得する画像データ取得装置と、オートフォーカスを行うオートフォーカス機構と、オートフォーカスによって上記対物レンズの電流値が変化したとき上記試料の画像の明るさが変化しないように画像の明るさを調整する明るさ調整機構と、を有し、
上記明るさ調整機構は、上記オートフォーカス前の上記画像の輝度分布と、上記オートフォーカス後の上記画像の輝度分布との相関を計算し、該相関計算の結果を用いて、上記収束レンズの電流値を制御して上記オートフォーカス後の上記画像の明るさ調節を行い、
上記オートフォーカス前の上記画像の輝度分布と、上記明るさ調節後の上記画像の輝度分布の一致度を求め、該一致度が予め設定された値より大きくない場合は、再度上記明るさ調整を行って上記一致度を求め、該一致度が上記予め設定された値より大きくなるまで上記明るさ調整を行うことを特徴とする透過電子顕微鏡。
A focusing lens that irradiates a sample with an electron beam from an electron gun, an objective lens that focuses the electron beam on the sample, an image data acquisition device that acquires image data of a transmission image, and an autofocus mechanism that performs autofocusing when, by the auto-focus have a, and brightness adjustment mechanism for adjusting the brightness of the image so that the current value is the brightness of the sample image when the change is not change of the objective lens,
The brightness adjustment mechanism calculates a correlation between the luminance distribution of the image before the autofocus and the luminance distribution of the image after the autofocus, and uses the result of the correlation calculation to calculate the current of the convergent lens. Control the value to adjust the brightness of the image after autofocus,
The degree of coincidence between the luminance distribution of the image before the autofocus and the luminance distribution of the image after the brightness adjustment is obtained. If the degree of coincidence is not greater than a preset value, the brightness adjustment is performed again. A transmission electron microscope characterized in that the degree of coincidence is obtained and the brightness adjustment is performed until the degree of coincidence becomes greater than the preset value .
請求項1記載の透過電子顕微鏡において、上記明るさ調整を行った後の画像を表示するモニタを有することを特徴とする透過電子顕微鏡。   The transmission electron microscope according to claim 1, further comprising a monitor that displays an image after the brightness adjustment. 請求項1記載の透過電子顕微鏡において、上記モニタは、オートフォーカス前の画像と上記明るさ調整を行った後の画像の間の一致度と、画像の輝度分布を表示することを特徴とする透過電子顕微鏡。   2. The transmission electron microscope according to claim 1, wherein the monitor displays a degree of coincidence between an image before autofocus and an image after the brightness adjustment, and a luminance distribution of the image. electronic microscope. 透過電子顕微鏡のオートフォーカス機構を用いてオートフォーカスを行うことと、
上記オートフォーカスによって対物レンズの電流値が変化したとき、
上記オートフォーカス前の画像の輝度分布と、上記オートフォーカス後の画像の輝度分布との相関を計算し、該相関計算の結果を用いて、収束レンズの電流値を制御して上記オートフォーカス後の上記画像の明るさ調節を行い、
上記オートフォーカス前の上記画像の輝度分布と、上記明るさ調節後の上記画像の輝度分布の一致度を求め、該一致度が予め設定された値より大きくない場合は、再度上記明るさ調整を行って上記一致度を求め、該一致度が上記予め設定された値より大きくなるまで上記明るさ調整を行うことを特徴とする透過電子顕微鏡像の明るさ調整方法。
Performing autofocus using the autofocus mechanism of a transmission electron microscope;
When the current value of the objective lens changes due to the autofocus,
The correlation between the luminance distribution of the image before autofocus and the luminance distribution of the image after autofocus is calculated, and the current value of the converging lens is controlled by using the result of the correlation calculation. Adjust the brightness of the above image,
The degree of coincidence between the luminance distribution of the image before the autofocus and the luminance distribution of the image after the brightness adjustment is obtained. If the degree of coincidence is not greater than a preset value, the brightness adjustment is performed again. A method for adjusting the brightness of a transmission electron microscope image, wherein the brightness adjustment is performed until the matching degree is larger than the preset value .
電子銃からの電子線を試料に照射する収束レンズと、試料上に電子線を収束させるための対物レンズと、透過像の画像データを取得するCCDカメラと、該CCDカメラによって得られた透過像を表示するモニタと、パターンマッチングを行うパターンマッチング機構と、オートフォーカスを行うオートフォーカス機構と、オートフォーカスによって上記対物レンズの電流値が変化したとき試料の画像の明るさが変化しないように画像の明るさを調整する明るさ調整機構と、を有し、
上記明るさ調整機構は、上記オートフォーカス前の上記画像の輝度分布と、上記オートフォーカス後の上記画像の輝度分布との相関を計算し、該相関計算の結果を用いて、上記収束レンズの電流値を制御して上記オートフォーカス後の上記画像の明るさ調節を行い、
上記オートフォーカス前の上記画像の輝度分布と、上記明るさ調節後の上記画像の輝度分布の一致度を求め、該一致度が予め設定された値より大きくない場合は、再度上記明るさ調整を行って上記一致度を求め、該一致度が上記予め設定された値より大きくなるまで上記明るさ調整を行うことを特徴とするパターン検索装置。
A converging lens for irradiating a sample with an electron beam from an electron gun, an objective lens for converging the electron beam on the sample, a CCD camera for acquiring image data of a transmission image, and a transmission image obtained by the CCD camera , A pattern matching mechanism that performs pattern matching, an autofocus mechanism that performs autofocus, and the brightness of the sample image does not change when the current value of the objective lens changes due to autofocus. and brightness adjustment mechanism to adjust the brightness, the possess,
The brightness adjustment mechanism calculates a correlation between the luminance distribution of the image before the autofocus and the luminance distribution of the image after the autofocus, and uses the result of the correlation calculation to calculate the current of the convergent lens. Control the value to adjust the brightness of the image after autofocus,
The degree of coincidence between the luminance distribution of the image before the autofocus and the luminance distribution of the image after the brightness adjustment is obtained. If the degree of coincidence is not greater than a preset value, the brightness adjustment is performed again. A pattern search apparatus characterized in that the matching degree is obtained by performing the brightness adjustment until the matching degree becomes larger than the preset value .
請求項記載のパターン検索装置において、上記モニタは、検索対象のパターンの形状を入力するフィールドと検索対象の視野を設定するフィールドを有する画面を表示することを特徴とするパターン検索装置。 6. The pattern search apparatus according to claim 5, wherein the monitor displays a screen having a field for inputting a shape of a search target pattern and a field for setting a field of view for the search target.
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