JP6272153B2 - Charged particle beam apparatus, three-dimensional image reconstruction image processing system and method - Google Patents
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Description
本発明は荷電粒子線またはエックス線を用いた観察対象物の画像処理に関し、特に、取得した二次元画像から、逆投影線像を利用した観察対象物の位置ずれを追跡、補正し、三次元構造を再構成する技術に関するものである。 The present invention relates to image processing of an observation object using a charged particle beam or X-ray, and in particular, tracking and correcting a positional deviation of an observation object using a backprojection line image from an acquired two-dimensional image, and a three-dimensional structure It relates to a technique for reconfiguring
透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscopy:TEM）法においては、観察対象物を様々な角度から連続的に撮影して投影像を取得し、この投影像に基づいて三次元構造を再構成する電子線トモグラフィーと呼ばれる技術がある。電子線トモグラフィーでは、投影像の位置合わせは再構成画像の分解能を左右する非常に重要な処理である。 In the transmission electron microscope (TEM) method, an observation object is continuously photographed from various angles to obtain projection images, and an electron beam that reconstructs a three-dimensional structure based on the projection images. There is a technique called tomography. In electron tomography, alignment of the projected image is a very important process that affects the resolution of the reconstructed image.
例えば非特許文献１では、金微粒子を位置合わせ用のマーカとして利用する手法について説明している。 For example, Non-Patent Document 1 describes a method of using gold fine particles as a positioning marker.
また、非特許文献２には、試料の投影像の画像相関を行う手法について示されている。 Non-Patent Document 2 discloses a technique for performing image correlation of a projected image of a sample.
さらに、非特許文献３には、試料のローカルな特徴点を追跡する技術について開示している。 Further, Non-Patent Document 3 discloses a technique for tracking a local feature point of a sample.
しかしながら、非特許文献１に示された方法では、特に材料系の試料の場合、その性質上、マーカである金微粒子を付着させることができないものも存在し、このような試料への適用は困難である。 However, in the method shown in Non-Patent Document 1, in particular, in the case of a material sample, there are some that cannot attach gold fine particles as a marker due to the nature thereof, and application to such a sample is difficult. It is.
また、非特許文献２に係る試料の投影像の画像相関を行う方法では、位置合わせを自動的に行うことができる。しかし、ある程度の厚みのある試料の場合や、傾斜角度が大きくなる場合では、画像パターンの変化に対応できず、ぼけや強度の低下によって精度が悪化する。さらに、別途傾斜軸の位置を探索することを要する。 In the method of performing image correlation of the projection image of the sample according to Non-Patent Document 2, alignment can be performed automatically. However, in the case of a sample having a certain thickness or when the tilt angle becomes large, it is not possible to cope with a change in the image pattern, and the accuracy deteriorates due to blurring or a decrease in strength. Furthermore, it is necessary to search for the position of the tilt axis separately.
これに対し、非特許文献３に記載された手法によれば、位置合わせと同時に試料の傾斜軸の位置を計測することができるが、一方で、その精度は追跡する特徴点の形状や連続的な傾斜における特徴点の一致度等に依存するため、ばらつきがでる。 On the other hand, according to the method described in Non-Patent Document 3, the position of the tilt axis of the sample can be measured simultaneously with the alignment, but on the other hand, the accuracy is the shape of the feature point to be tracked and the continuous Since it depends on the degree of coincidence of feature points at a certain inclination, variation occurs.
このように、上記のいずれの手法においても、幅広い試料、傾斜角度条件に対して、高速かつ高精度に透過像の位置合わせを実行することはできなかった。 As described above, in any of the above methods, it is impossible to perform transmission image alignment at high speed and with high accuracy for a wide range of samples and tilt angle conditions.
本発明は上記課題に鑑み、試料の種類や傾斜条件にかかわらず、二次元画像の位置合わせを高速かつ高精度に実行し、効率良く三次元画像の再構成を行うことに関する。 In view of the above problems, the present invention relates to performing two-dimensional image alignment at high speed and high accuracy and efficiently reconstructing a three-dimensional image regardless of the type of sample and the tilt condition.
発明者らの鋭意研究の結果、上記課題を解決するための一態様として、逆投影線ボリュームデータを利用した連続的な傾斜撮影中の二次元画像の位置合わせが有効であることが見出された。すなわち、本発明では、試料を所定の角度ステップで傾斜し、傾斜角度毎に第１から第Ｎの画像を取得する撮像シーケンスにおいて、第１の画像を取得し、対応する第１の逆投影線像ボリュームを求め、第１の再構成用データとして記憶し、前記試料を１ステップ分傾斜させたときの仮の第２の画像を取得し、対応する仮の第２の逆投影線像ボリュームを求め、前記第１の逆投影線像ボリュームと、前記仮の第２の逆投影線像ボリュームと、に基づいて、三次元相互相関を取得し、当該三次元相互相関に基づいて、前記試料の位置合わせを行い、当該位置合わせ後の試料の第２の画像を取得し、対応する第２の逆投影線像ボリュームを求め、当該求めた第２の逆投影線像ボリュームを、前記第１の逆投影線像ボリュームに代えて、新たな第１の逆投影線像ボリュームとして記憶し、前記第１の再構成用データに、前記新たな第１の逆投影線像ボリュームを加算して、第２の再構成用データとする処理を、第Ｎの画像についての第Ｎの再構成用データを取得するまで繰り返すことを特徴とする装置、および、当該装置を用いた画像処理方法、画像処理システムを提供する。また、本発明では、試料を所定の角度ステップで傾斜し、傾斜角度毎に第１から第Ｎの画像を取得する撮像シーケンスにおいて、前記第１から第Ｎの画像を取得して記憶し、当該記憶された前記第１の画像に基づいて、対応する第１の逆投影線像ボリュームを求め、第１の再構成用データとして記憶し、当該記憶された前記試料を１ステップ分傾斜させたときの第２の画像に基づいて対応する第２の逆投影線像ボリュームを求め、前記第１の逆投影線像ボリュームと、前記第２の逆投影線像ボリュームと、に基づいて、三次元相互相関を取得し、当該三次元相互相関に基づいて、前記試料の位置を合わせるように前記第２の逆投影線像ボリュームを修正し、当該修正後の第２の逆投影線像ボリュームを、前記第１の逆投影線像ボリュームに代えて、新たな第１の逆投影線像ボリュームとして記憶し、前記第１の再構成用データに、前記新たな第１の逆投影線像ボリュームを加算して、第２の再構成用データとする処理を、第Ｎの画像についての第Ｎの再構成用データを取得するまで繰り返すことを特徴とする装置、および、当該装置を用いた画像処理方法、画像処理システムを提供する。 As a result of the inventors' diligent research, it has been found that alignment of two-dimensional images during continuous tilt imaging using backprojection volume data is effective as one aspect for solving the above problems. It was. That is, in the present invention, in the imaging sequence in which the sample is tilted at a predetermined angle step and the first to Nth images are acquired at each tilt angle, the first image is acquired and the corresponding first backprojection line is acquired. An image volume is obtained, stored as first reconstruction data, a provisional second image is obtained when the sample is tilted by one step, and a corresponding provisional second backprojection line image volume is obtained. Obtaining a three-dimensional cross-correlation based on the first back-projection line image volume and the provisional second back-projection line image volume, and based on the three-dimensional cross-correlation, Alignment is performed, a second image of the sample after the alignment is acquired, a corresponding second backprojection line image volume is obtained, and the obtained second backprojection line image volume is obtained as the first backprojection line image volume. Instead of the back projection line image volume, a new first A process of storing as a back projection line image volume and adding the new first back projection line image volume to the first reconstruction data to form second reconstruction data An apparatus that repeats until the Nth reconstruction data for an image is acquired, and an image processing method and an image processing system using the apparatus are provided. In the present invention, in the imaging sequence in which the sample is tilted at a predetermined angle step and the first to Nth images are acquired for each tilt angle, the first to Nth images are acquired and stored, When a corresponding first backprojection line image volume is obtained based on the stored first image, stored as first reconstruction data, and the stored sample is tilted by one step A corresponding second backprojection line image volume is obtained based on the second image, and a three-dimensional mutual projection volume is obtained based on the first backprojection line image volume and the second backprojection line image volume. Obtaining the correlation, correcting the second backprojection line image volume so as to align the sample based on the three-dimensional cross-correlation, and correcting the second backprojection line image volume after the correction, Instead of the first backprojected line image volume And storing the new first back projection line image volume as a new first back projection line image volume, adding the new first back projection line image volume to the first reconstruction data, There is provided an apparatus, an image processing method using the apparatus, and an image processing system, characterized in that the processing is repeated until the Nth reconstruction data for the Nth image is acquired.
上記一態様によれば、試料の種類や傾斜の条件によらず、高速かつ高精度に二次元画像の位置合わせを行うことができ、効率良く三次元画像を再構成することができる。 According to the above aspect, the two-dimensional image can be aligned at high speed and with high accuracy regardless of the type of sample and the tilt condition, and the three-dimensional image can be reconstructed efficiently.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全体を通して、各図における同一の各構成部分には同一の符号を付して説明を省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Throughout the description, the same components in the drawings may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
<装置構成>
図１は、本実施の形態に係る透過型電子顕微鏡の構成を示す図である。透過型電子顕微鏡は、電子線１０２を放出する電子銃１０１、電子銃１０１より放出された電子線１０２を試料１０４に照射する照射レンズ系１０３、試料１０４に焦点を合わせる対物レンズ系１０５、対物レンズ系１０５により形成された中間拡大像を平行移動するイメージシフトコイル１０６、試料１０４を透過した電子像を拡大する拡大レンズ系１０７、拡大された像を検出する画像信号検出部１０８と、種々の演算制御処理を行うコンピュータ１２１、コンピュータ内部の演算装置１１９、データを記憶する記憶装置１２０、バス１１８を介して制御信号を送るマイクロプロセッサ１１６、コンピュータ１２１とマイクロプロセッサ１１６との通信を行うコミュニケーションインターフェース１１７a、ｂ、マイクロプロセッサ１１６より出力された信号をデジタル−アナログ変換するＤＡＣ１１３、ＤＡＣ１１４、ＤＡＣ１１５と、ＤＡＣ１１３より出力された信号を増幅し、試料傾斜装置１０９へ出力する電源１１０と、ＤＡＣ１１４より出力された信号を増幅し、対物レンズ系１０５へ出力する電源１１１と、ＤＡＣ１１５より出力された信号を増幅し、イメージシフトコイル１０６へ出力する電源１１２と、パラメータの入力を行うためのキーボード１２２ａ、マウス１２２ｂからなる入力装置１２２と画像を出力するための出力装置１２３を備えている。
<Device configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a transmission electron microscope according to the present embodiment. The transmission electron microscope includes an electron gun 101 that emits an electron beam 102, an irradiation lens system 103 that irradiates the sample 104 with the electron beam 102 emitted from the electron gun 101, an objective lens system 105 that focuses the sample 104, and an objective lens. An image shift coil 106 that translates the intermediate magnified image formed by the system 105, a magnifying lens system 107 that magnifies an electron image transmitted through the sample 104, an image signal detector 108 that detects the magnified image, and various calculations A computer 121 that performs control processing, an arithmetic device 119 inside the computer, a storage device 120 that stores data, a microprocessor 116 that sends control signals via a bus 118, a communication interface 117a that communicates between the computer 121 and the microprocessor 116, b, microprocessor 116 DAC 113, DAC 114, DAC 115 for digital-to-analog conversion of the signal output from the amplifier, the signal output from the DAC 113 are amplified, the power supply 110 output to the sample tilting device 109, and the signal output from the DAC 114 are amplified, and the objective A power source 111 that outputs to the lens system 105, a power source 112 that amplifies the signal output from the DAC 115 and outputs the amplified signal to the image shift coil 106, an input device 122 including a keyboard 122a and a mouse 122b for inputting parameters, and an image Is provided.
入力装置１２２にて設定した試料１０４の傾斜角度の範囲、ステップごとに傾斜する角度は、コミュニケーションインターフェース１１７ａ、ｂからバス１１８を介してマイクロプロセッサ１１６に送られる。その後、マイクロプロセッサ１１６からバス１１８を介してＤＡＣ１１３に入力され、電源１１０で増幅されたのちに、試料傾斜装置１０９へと出力される。 The range of the tilt angle of the sample 104 set by the input device 122 and the tilt angle for each step are sent from the communication interfaces 117a and 117b to the microprocessor 116 via the bus 118. Thereafter, the signal is input from the microprocessor 116 to the DAC 113 via the bus 118, amplified by the power source 110, and then output to the sample tilting device 109.
次に、図６は、本実施の形態に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図である。図１において説明した透過電子顕微鏡の構成と比較して、照射レンズ系１０３と対物レンズ系１０５との間に、ラスタースキャンコイル６０１、走査像用イメージシフトコイル６０２を備えていることが主に異なる。ここで、ラスタースキャンコイル６０１は、電子線１０２をラスタースキャンし、走査像用イメージシフトコイル６０２は、ラスタースキャンコイル６０１がスキャンする範囲を偏向によって移動させる。
<三次元画像の自動傾斜・追跡・撮影・再構成処理>
図３は、本実施の形態（実施例１）に係る三次元画像の再構成処理の手順を示すフローチャートである。
Next, FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the scanning transmission electron microscope according to the present embodiment. Compared to the configuration of the transmission electron microscope described with reference to FIG. 1, the main difference is that a raster scan coil 601 and a scanned image image shift coil 602 are provided between the irradiation lens system 103 and the objective lens system 105. . Here, the raster scan coil 601 performs a raster scan of the electron beam 102, and the scanned image shift coil 602 moves the range scanned by the raster scan coil 601 by deflection.
<Automatic tilting, tracking, shooting, and reconstruction of 3D images>
FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the reconstruction process of the three-dimensional image according to the present embodiment (Example 1).
試料１０４は、試料傾斜装置１０９にて予め設定された傾斜角度範囲内における初期値の角度で傾斜され、オートフォーカスによって適正なフォーカス値に設定される(ステップ３０１)。具体的には、複数のフォーカス条件において画像信号検出部１０８により試料１０４の像を取得し、コンピュータ１２１内の記憶装置１２０に記憶し、演算装置１１９によってフォーカスの変化による画像のずれ量を求めることで、適正なフォーカス値を取得する。当該フォーカス値は、コミュニケーションインターフェース１１７ａ、ｂからバス１１８を介してマイクロプロセッサ１１６に送られる。その後、このフォーカス値はマイクロプロセッサ１１６からバス１１８を介してＤＡＣ１１４に入力され、電源１１１で増幅されて、対応する電流が対物レンズ系１０５に入力される。上記の動作により、適正なフォーカス値が設定される。 The sample 104 is tilted at an initial angle within a tilt angle range set in advance by the sample tilting device 109, and is set to an appropriate focus value by autofocus (step 301). Specifically, an image of the sample 104 is acquired by the image signal detection unit 108 under a plurality of focus conditions, stored in the storage device 120 in the computer 121, and an image shift amount due to a focus change is obtained by the arithmetic device 119. Then, obtain an appropriate focus value. The focus value is sent from the communication interfaces 117a and 117b to the microprocessor 116 via the bus 118. Thereafter, the focus value is input from the microprocessor 116 to the DAC 114 via the bus 118, amplified by the power supply 111, and the corresponding current is input to the objective lens system 105. By the above operation, an appropriate focus value is set.
ステップ３０１にて設定したフォーカス条件において、試料１０４の第１の画像を画像信号検出部１０８により取得し、コンピュータ１２１内の記憶装置１２０に記憶する(ステップ３０２)。 Under the focus condition set in step 301, the first image of the sample 104 is acquired by the image signal detection unit 108 and stored in the storage device 120 in the computer 121 (step 302).
次に、記憶された第１の画像を用いて傾斜角に対応した方向に逆投影演算を行い、第１の画像の逆投影線像(以下、第１’の画像とする)のボリュームをコンピュータ１２１内部の演算装置１１９によって演算で求める(ステップ３０３)。ここで、逆投影線像のボリュームとは、三次元画像の再構成に必要な空間（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）のことをいう。 Next, a back projection calculation is performed in a direction corresponding to the tilt angle using the stored first image, and a volume of a back projection line image of the first image (hereinafter referred to as a first 'image) is set as a computer. It is obtained by calculation by the calculation device 119 inside 121 (step 303). Here, the volume of the back projection line image means a space (X direction, Y direction, Z direction) necessary for reconstruction of a three-dimensional image.
ステップ３０３にて求めた逆投影線像ボリュームを、基準とする逆投影線像ボリュームＢ１(Ｘ，Ｙ，Ｚ)として記憶装置１２０へ格納するとともに(ステップ３０４)、この逆投影線像ボリュームＢ１(Ｘ，Ｙ，Ｚ)を三次元再構成データＩ１(Ｘ，Ｙ，Ｚ)として記憶装置１２０に格納する(ステップ３０５)。 The back projection line image volume obtained in step 303 is stored in the storage device 120 as a reference back projection line image volume B1 (X, Y, Z) (step 304), and this back projection line image volume B1 ( X, Y, Z) is stored in the storage device 120 as three-dimensional reconstruction data I1 (X, Y, Z) (step 305).
次に、試料１０４の傾斜角を１ステップ分増加させ(ステップ３０６)、上述の第１の画像の撮影と同様にオートフォーカスによって適切なフォーカス条件を設定し(ステップ３０７)、仮の第２の画像を取得してコンピュータ１２１内の記憶装置１２０に記憶する(ステップ３０８)。 Next, the inclination angle of the sample 104 is increased by one step (step 306), and an appropriate focus condition is set by autofocusing (step 307) in the same manner as the first image capturing described above. An image is acquired and stored in the storage device 120 in the computer 121 (step 308).
そして、記憶された仮の第２の画像の逆投影線像（仮の第２’の画像）のボリュームを求め(ステップ３０９)、Ｂ２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）としてコンピュータ１２１内の記憶装置１２０に記憶する(ステップ３１０)。 Then, the volume of the back projection line image (temporary second ′ image) of the stored temporary second image is obtained (step 309), and B2 (X, Y, Z) is stored in the storage device 120 in the computer 121. (Step 310).
ステップ３１０において記憶した一時的な逆投影線像のボリュームＢ２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、ステップ３０４において予め記憶した逆投影線像のボリュームＢ１(Ｘ，Ｙ，Ｚ)と、に基づいて、三次元相互相関ＲNCC(ＸS，ＹS)を演算により求め(ステップ３１１）、一致度がピークとなる値ＲNCCpeak(ＸS，ＹS)からの画像の位置ずれ量を求める(ステップ３１２)。 Based on the temporary backprojection line image volume B2 (X, Y, Z) stored in step 310 and the backprojection line image volume B1 (X, Y, Z) stored in advance in step 304, The three-dimensional cross-correlation R NCC (X S , Y S ) is obtained by calculation (step 311), and the amount of positional deviation of the image from the value R NCCpeak (X S , Y S ) at which the coincidence reaches a peak is obtained (step 312). ).
その後、求めた位置ずれ量分を補正するように、演算装置１１９によってイメージシフトコイル１０６の変位量を求め、適正位置となる値をコミュニケーションインターフェース１１７ａ、ｂからバス１１８を介してマイクロプロセッサ１１６に信号として送信する。送信された信号はマイクロプロセッサ１１６からバス１１８を介してＤＡＣ１１５に入力され、電源１１２で増幅されたのちに試料を適正位置に合わせるために要する電流がイメージシフトコイル１０６に入力され、位置合わせが行われる(ステップ３１３)。 Thereafter, the amount of displacement of the image shift coil 106 is obtained by the arithmetic unit 119 so as to correct the obtained amount of displacement, and a value indicating the proper position is sent from the communication interfaces 117a, b to the microprocessor 116 via the bus 118. Send as. The transmitted signal is input from the microprocessor 116 to the DAC 115 via the bus 118, and after being amplified by the power source 112, the current required to align the sample to the proper position is input to the image shift coil 106, and alignment is performed. (Step 313).
位置合わせ後、試料１０４の第２の画像を画像信号検出部１０８により取得し、コンピュータ１２１内の記憶装置１２０に記憶する(ステップ３１４)。 After the alignment, a second image of the sample 104 is acquired by the image signal detection unit 108 and stored in the storage device 120 in the computer 121 (step 314).
次に、記憶された第２の画像を用いて傾斜角に対応した方向に逆投影演算を行い、第２の画像の逆投影線像(以下、第２’の画像とする)のボリュームをコンピュータ１２１内の演算装置１１９による演算で求める(ステップ３１５)。 Next, using the stored second image, back projection calculation is performed in a direction corresponding to the tilt angle, and the volume of the back projection line image of the second image (hereinafter referred to as the second 'image) is set to the computer. It is obtained by calculation by the calculation device 119 in 121 (step 315).
ステップ３１０にて一時的に記憶した逆投影線像ボリュームＢ２（Ｘ,Ｙ，Ｚ）に替えて新たな逆投影線像ボリュームＢ１(Ｘ，Ｙ，Ｚ)として記憶装置１２０に格納する(ステップ３１６)。 Instead of the back projection line image volume B2 (X, Y, Z) temporarily stored in step 310, the new back projection line image volume B1 (X, Y, Z) is stored in the storage device 120 (step 316). ).
ステップ３１６にて新たに記憶したＢ１(Ｘ，Ｙ，Ｚ)を、ステップ３０５にて記憶した三次元画像の再構成データＩ１(Ｘ，Ｙ，Ｚ)に加算し(ステップ３１７)、最終的な三次元画像の再構築データＩ(Ｘ，Ｙ，Ｚ)として記憶する(ステップ３１８)。 B1 (X, Y, Z) newly stored in step 316 is added to the reconstruction data I1 (X, Y, Z) of the three-dimensional image stored in step 305 (step 317). It is stored as reconstruction data I (X, Y, Z) of the three-dimensional image (step 318).
上記のステップ３０６〜ステップ３１８の手順を、設定した傾斜角度範囲の最終傾斜角において第Ｎの画像を取得し、第Ｎの画像の逆投影線像(第Ｎ’の画像)から逆投影線像ボリュームを求めて三次元画像の再構成データＩへ加算するまで繰り返す。第Ｎの画像の逆投影線像ボリュームが加算された三次元画像の再構成用データＩは、試料１０４の最終的な三次元画像の再構成データとなる。 According to the procedure from step 306 to step 318, the Nth image is acquired at the final inclination angle within the set inclination angle range, and the backprojection line image from the backprojection line image (N′th image) of the Nth image is obtained. Repeat until the volume is obtained and added to the reconstruction data I of the 3D image. The three-dimensional image reconstruction data I to which the back projection line image volume of the Nth image is added becomes the final three-dimensional image reconstruction data of the sample 104.
図２は、本実施の形態に係る三次元画像の追跡処理過程の結果と、従来の手法（Ｐｈａｓｅ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：以下、ＰＣＦ法という）による追跡処理過程の結果結果との比較を示す図である。ａ、ｂは、それぞれ試料を−５８°、−６０°傾斜したときに取得される二次元画像である。ｃ、ｄは、それぞれＰＣＦ法、本実施の形態によって取得されるａ、ｂ像の相関マップを示す。ｃ、ｄの右上には、相互相関マップの拡大図を示している。ここで、試料は厚み約１５０ｎｍの酵母細胞の切片である。 FIG. 2 is a diagram showing a comparison between the result of the tracking process of the 3D image according to the present embodiment and the result of the process of tracking by the conventional method (hereinafter referred to as the PCF method). . a and b are two-dimensional images acquired when the sample is inclined by −58 ° and −60 °, respectively. c and d show the correlation maps of the a and b images acquired by the PCF method and this embodiment, respectively. In the upper right of c and d, an enlarged view of the cross-correlation map is shown. Here, the sample is a slice of yeast cells having a thickness of about 150 nm.
ＰＣＦ法では、試料の傾斜角度が隣接する傾斜像（投影像）の相互相関関数（ＸＣＦ）を計算し、ＸＣＦのピーク位置から追跡している。本実施の形態で逆投影線像を利用した位置合わせを行うことにより、図２のｄに示されるように、試料を−５８°、−６０°傾斜させたときに得られる逆投影線像の相互相関の精度は、図２のｃに示される結果よりもＸｓ方向にシャープになっていることから、著しく向上することが見出された。 In the PCF method, a cross-correlation function (XCF) of tilt images (projected images) adjacent to each other with a tilt angle of a sample is calculated and tracked from the XCF peak position. By performing alignment using the backprojection line image in this embodiment, as shown in FIG. 2d, the backprojection line image obtained when the sample is tilted by −58 ° and −60 ° is obtained. It has been found that the accuracy of the cross-correlation is significantly improved because it is sharper in the Xs direction than the result shown in FIG.
また、処理手法として３Ｄ ＦＦＴやＩＦＦＴを用いることで、より高速処理が期待される。 Further, by using 3D FFT or IFFT as a processing method, higher speed processing is expected.
<三次元画像の再構成処理の例>
上記の実施例１では、透過電子顕微鏡を基本構成とした試料傾斜、位置追跡、記録、再構成を連続的に行うシステムについて説明した。本実施例では、第１の画像から第Ｎの画像までを連続的に取り込んだのち、三次元画像の再構成の演算プロセスにおける画像間の位置合わせに際し、隣り合う逆投影線像ボリューム同士の三次元相互相関ＲNCC(ＸS，ＹS)を求め、一致度がピークとなる値ＲNCCpeak(ＸS，ＹS)から位置ずれを補正する技術について説明する。
<Example of 3D image reconstruction processing>
In the above-described first embodiment, a system that continuously performs sample tilting, position tracking, recording, and reconstruction based on a transmission electron microscope has been described. In the present embodiment, after the first image to the Nth image are continuously captured, the third order of the adjacent backprojection line image volumes between the images in the calculation process of the reconstruction of the three-dimensional image is performed. A technique for obtaining the original cross-correlation R NCC (X S , Y S ) and correcting the positional deviation from the value R NCCpeak (X S , Y S ) at which the degree of coincidence reaches a peak will be described.
図５は、本実施の形態（実施例２）に係る三次元画像の再構成の処理手順を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure for reconstruction of a three-dimensional image according to the present embodiment (Example 2).
本再構成処理の前提として、試料１０４は、試料傾斜装置１０９にて予めｄ設定された角度範囲内において、所定のステップごとに連続傾斜撮影され、取得された第１〜Ｎ枚の画像は、その撮像時の傾斜角度と共にコンピュータ１２１内の記憶装置１２０に予め記憶される。 As a premise of the reconstruction process, the sample 104 is continuously tilted at every predetermined step within an angle range set in advance by the sample tilting device 109, and the acquired first to N images are: The information is stored in advance in the storage device 120 in the computer 121 together with the tilt angle at the time of imaging.
再構成計算処理が開始されると（ステップ５０１）、上述の通り予め記憶した第１の画像と、第１の画像の撮像時の試料の傾斜角度の情報（Ａ１とする）が読みだされる（ステップ５０２）。 When the reconstruction calculation process is started (step 501), the first image stored in advance as described above and the information on the tilt angle of the sample at the time of capturing the first image (referred to as A1) are read out. (Step 502).
読み出したＡ１の情報に基づいて、第１の画像の逆投影線像（第１’の画像）のボリュームＢ１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する（ステップ５０３）。ここで、逆投影線像のボリュームとは、三次元画像の再構成に必要な空間（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）のことをいう。 Based on the read information of A1, the volume B1 (X, Y, Z) of the back projection line image (first 'image) of the first image is acquired (step 503). Here, the volume of the back projection line image means a space (X direction, Y direction, Z direction) necessary for reconstruction of a three-dimensional image.
ステップ５０３にて求めた逆投影線像ボリュームを、基準とする逆投影線像ボリュームＢ１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として記憶装置１２０へ格納するとともに（ステップ５０４）、この逆投影線像ボリュームＢ１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を三次元画像の再構成データＩ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として記憶装置１２０に格納する（ステップ５０５）。 The backprojection line image volume obtained in step 503 is stored in the storage device 120 as a backprojection line image volume B1 (X, Y, Z) as a reference (step 504), and this backprojection line image volume B1 ( X, Y, Z) is stored in the storage device 120 as three-dimensional image reconstruction data I (X, Y, Z) (step 505).
次に、予め記憶した第２の画像と、第２の画像の撮像時の試料の傾斜角度の情報（Ａ２とする）が読みだされる（ステップ５０６）。 Next, the second image stored in advance and information on the tilt angle of the sample at the time of capturing the second image (referred to as A2) are read (step 506).
読みだしたＡ２の情報に基づいて、第２の画像の逆投影線像（第２’の画像）のボリュームＢ２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する（ステップ５０７）。 Based on the read information of A2, the volume B2 (X, Y, Z) of the back projection line image (second 'image) of the second image is acquired (step 507).
ステップ５０７にて求めた逆投影線像ボリュームＢ２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を記憶装置１２０へ格納する（ステップ５０８）。 The back projection line image volume B2 (X, Y, Z) obtained in step 507 is stored in the storage device 120 (step 508).
ステップ５０８にて記憶した逆投影線像のボリュームＢ２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、ステップ５０４において予め記憶した逆投影線像のボリュームＢ１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、に基づいて、三次元相互相関ＲNCC(ＸS，ＹS)を演算により求め(ステップ５０９）、一致度がピークとなる値ＲNCCpeak(ＸS，ＹS)からの画像の位置ずれ量を求める(ステップ５１０)。 Based on the backprojection line image volume B2 (X, Y, Z) stored in step 508 and the backprojection line image volume B1 (X, Y, Z) stored in advance in step 504, three-dimensional The cross-correlation R NCC (X S , Y S ) is obtained by calculation (step 509), and the amount of image displacement from the value R NCCpeak (X S , Y S ) at which the degree of coincidence reaches a peak is obtained (step 510).
求めた位置ずれ量に基づいて、Ｂ２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して位置合わせを行い、位置合わせ後の逆投影線像ボリュームをＢ２’（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする（ステップ５１１）。 Based on the obtained positional deviation amount, alignment is performed with respect to B2 (X, Y, Z), and the back projection line image volume after alignment is set to B2 ′ (X, Y, Z) (step 511). .
ステップ５１１において計算した位置合わせ後の逆投影線像ボリュームＢ２’（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、新たなＢ１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として記憶する（ステップ５１２）。 The backprojection line image volume B2 '(X, Y, Z) after alignment calculated in step 511 is stored as new B1 (X, Y, Z) (step 512).
新たに記憶したＢ１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、ステップ５０５にて記憶した三次元画像の再構成用データＩ１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に加算し、Ｉ２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とし、（ステップ５１３）記憶装置１２０に格納する（ステップ５１４）。 The newly stored B1 (X, Y, Z) is added to the three-dimensional image reconstruction data I1 (X, Y, Z) stored in step 505 to obtain I2 (X, Y, Z). (Step 513) The data is stored in the storage device 120 (Step 514).
記憶している次の傾斜角度の画像情報がある場合（ステップ５１５）、ステップ５０６に戻り、次の画像と、当該画像を撮像時の傾斜角度の情報から逆投影線像ボリュームを取得する。 When there is image information of the next tilt angle stored (step 515), the process returns to step 506, and a back projection line image volume is acquired from the next image and information of the tilt angle at the time of capturing the image.
一方、記憶している次の傾斜角度の画像情報がない場合（ステップ５１５）、ステップ５１４にて求めたＩ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が最終的な三次元画像の再構成データＩN（Ｘ，Ｙ，Ｚ）となる。 On the other hand, if there is no stored image information of the next tilt angle (step 515), I (X, Y, Z) obtained in step 514 is the final reconstruction data I N (X , Y, Z).
上記の本実施の形態（実施例１）では、試料位置合わせの手段としてイメージシフトコイル１０６を使用した場合を例として説明したが、低倍率において試料の画像を撮影する場合には、試料傾斜装置１０９に含まれる試料微動装置(不図示)を用いて試料の位置合わせを行うこともできる。また、走査透過型電子顕微鏡の場合には、走査像用イメージシフトコイル６０２に与える電流の強度を変化させることで位置合わせできる。 In the present embodiment (Example 1), the case where the image shift coil 106 is used as the sample positioning means has been described as an example. However, in the case where a sample image is taken at a low magnification, the sample tilting device is used. Sample positioning can also be performed using a sample fine movement device (not shown) included in 109. In the case of a scanning transmission electron microscope, alignment can be performed by changing the intensity of the current applied to the image shift coil 602 for the scanned image.
さらに、試料位置合わせに加えて、三次元相互相関ＲNCC(ＸS，ＹS)の演算結果から、各傾斜角度において取得される画像の回転ずれ量を求め、これを補正することもできる。逆投影線のシャープさを利用してオートフォーカスに適用することも可能である。すなわち、当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得される画像のフォーカスを合わせることができる。 Furthermore, in addition to the sample alignment, the amount of rotational deviation of the image acquired at each inclination angle can be obtained from the calculation result of the three-dimensional cross-correlation R NCC (X S , Y S ), and this can be corrected. It is also possible to apply to autofocus using the sharpness of the backprojection line. That is, based on the obtained three-dimensional cross-correlation, it is possible to focus the image acquired for each tilt angle.
また、上記の実施の形態では、透過電子顕微鏡を基本としてシステムを構築した場合を例として説明したが、イメージシフトコイル１０６を試料１０４よりも上部に配置することにより、走査透過型電子顕微鏡や、透過走査型イオン顕微鏡等の他の荷電粒子線装置に適用することもできる。実施例２では、特に、撮影された連続傾斜画像のスタックにおいて、再構成計算を行う際の画像間の位置合わせに、本発明を用いることで、既存の荷電粒子線トモグラフィーシステムにおける、再構成演算プロセスにも応用できることを示した。さらに、Ｘ線トモグラフィーによる再構成技術にも応用可能である。 In the above embodiment, the case where the system is constructed based on the transmission electron microscope has been described as an example. However, by arranging the image shift coil 106 above the sample 104, a scanning transmission electron microscope, The present invention can also be applied to other charged particle beam devices such as a transmission scanning ion microscope. In the second embodiment, in particular, in the stack of photographed continuous tilt images, reconstruction calculation in an existing charged particle beam tomography system is performed by using the present invention for alignment between images when performing reconstruction calculation. It was shown that it can be applied to processes. Furthermore, the present invention can be applied to a reconstruction technique by X-ray tomography.
本実施例では、上述した本実施の形態に係る逆投影法(Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ： 以下、ＦＢＰ法ということがある)による三次元画像の再構成処理に関し、特に三次元相互相関ＲNCCの求め方についてより詳細に説明する。 The present example relates to a reconstruction process of a three-dimensional image by the back projection method (Filtered Back Projection: hereinafter referred to as FBP method) according to the above-described embodiment, and in particular, how to obtain a three-dimensional cross-correlation R NCC . Will be described in more detail.
ＦＢＰ法は、個々の傾斜像を逆投影して得られる逆投影線像ボリュームの総和によって処理される。図４に示されるように、傾斜軸はy軸と一致することとすると、再構成される対象物体の断層ボリュームО（Ｘ,Ｙ，Ｚ）は、個々の傾斜像の逆投影線像のボリュームＢn（Ｘ，Ｙ，Ｚ；φn）の積算の形で以下定式化され、また、Ｂn（Ｘ，Ｙ，Ｚ；φn）は、逆投影理論に基づき高周波フィルタリングの施されたｇn（ｘ、ｙ；φn）を用いて次式で表される。 The FBP method is processed by the sum of backprojection line image volumes obtained by backprojecting individual tilt images. As shown in FIG. 4, when the tilt axis coincides with the y-axis, the tomographic volume O (X, Y, Z) of the target object to be reconstructed is the volume of the back projection line image of each tilted image. B n (X, Y, Z; φ n ) is formulated below, and B n (X, Y, Z; φ n ) is a high-frequency filtered g based on back projection theory. Using n (x, y; φ n ),
但し（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はボリューム内の三次元座標、φnはｎを傾斜順序とした試料の傾斜角度、（ｘ，ｙ）は傾斜像の座標である。一般的に、傾斜角度はφn+1＝φn＋Δφのステップで増加する。 However, (X, Y, Z) is the three-dimensional coordinate in the volume, φ n is the tilt angle of the sample with n as the tilt order, and (x, y) is the coordinate of the tilt image. In general, the inclination angle increases in steps of φ n + 1 = φ n + Δφ.
ここで、任意に選択した２枚の逆投影線像とその相互相関係数ＲNCCを考慮する。本実施の形態では、位置ずれの補正のためのｘ軸シフト量ｘsの関数として相関分布を高速に求めるために以下のような手法をとった。まず、以下のように相関係数ＲNCCが次式で計算される。 Here, two arbitrarily selected backprojection line images and their cross-correlation coefficients R NCC are considered. In the present embodiment, the following method is used in order to obtain the correlation distribution at a high speed as a function of the x-axis shift amount x s for correcting the misalignment. First, the correlation coefficient R NCC is calculated as follows:
但し、Ｔは再構成の厚み（Ｚ軸）、Ｘ0とＸ1はＸ軸の積分範囲である。この計算式に基づき、ＲNCCの（Ｘ，Ｚ）２次元分布を演算する。演算にはＦＦＴのコンボリューションを用いるため、積分範囲のＴと（Ｘ1−Ｘ0）の長さ(画素値)は２の累乗である必要がある。ＸとＺに関するＲNCCの２次元マップを得た後、Ｘs軸のラインプロファイルを抽出する。ΔφとＴが適切な値に設定されていれば、逆投影線は同一の構造物から発せられるため、逆投影線相互相関は矛盾なく視野追跡できる。 Where T is the reconstruction thickness (Z-axis) and X 0 and X 1 are the X-axis integration range. Based on this calculation formula, the (X, Z) two-dimensional distribution of R NCC is calculated. Since the FFT convolution is used for the calculation, the integration range T and the length (pixel value) of (X 1 −X 0 ) must be powers of 2. After obtaining the two-dimensional map of R NCC about X and Z, to extract a line profile of the X s axis. If Δφ and T are set to appropriate values, the backprojection lines are emitted from the same structure, so that the backprojection line cross-correlation can be tracked without contradiction.
単純なモデルを用いた理想的なプロファイルを計算した結果、Δφが大きくても（例：５°）、可能な限りＴを小さく選択することで、相互相関の精度を高く確保することができた。 As a result of calculating an ideal profile using a simple model, even when Δφ is large (eg, 5 °), it was possible to ensure high cross-correlation accuracy by selecting T as small as possible. .
次に三次元画像の再構成処理について説明する。上記の理論検討の結果、逆投影線相互相関は変数ＴとΔφが適切に選択されることで高い精度と信頼性を持つことが確認されたので、本再構成処理へ応用したものである。 Next, 3D image reconstruction processing will be described. As a result of the above theoretical study, it has been confirmed that the back projection line cross-correlation has high accuracy and reliability by appropriately selecting the variables T and Δφ, and is applied to this reconstruction processing.
処理の主要部は、一組の逆投影線像のボリューム[Ｂｎ（Ｘ，Ｙ，Ｚ；φn）、Ｂｎ＋１（Ｘ，Ｙ，Ｚ；φn+1）]から算出される三次元相互相関ＲNCCである。式(２)をボリュームデータに対応して拡張すると次式となる。
・
The main part of the processing is a three-dimensional cross-correlation calculated from a set of back projection line image volumes [Bn (X, Y, Z; φ n ), Bn + 1 (X, Y, Z; φ n + 1 )]. RNCC . When the expression (2) is expanded corresponding to the volume data, the following expression is obtained.
・
但し、(ｘs、ｙs)は傾斜像の移動ベクトルを表す変数である。拡張に伴い、計算速度向上のためにボリュームデータの３-Ｄ ＦＦＴと３−Ｄ ＩＦＦＴ を用いる。一度 三次元相互相関ＲNCC(ｘs、ｙs)を計算し、その中から(ｘs、ｙs)平面の分布を抽出することでＲNCC(ｘs、ｙs)を得る。図４は、本実施の形態に係る投影方向に垂直な画像シフト平面(ｘs、ｙs)と三次元逆投影線像のボリュームの関係を示す図である。 However, (x s , y s ) is a variable representing the movement vector of the tilted image. Along with the expansion, 3-D FFT and 3-D IFFT of volume data are used to improve the calculation speed. Once the three-dimensional cross-correlation R NCC (x s , y s ) is calculated, and the distribution of the (x s , y s ) plane is extracted from it, RNCC (x s , y s ) is obtained. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the image shift plane (x s , y s ) perpendicular to the projection direction and the volume of the three-dimensional backprojection line image according to the present embodiment.
本実施の形態によれば、試料の厚みや傾斜角度等の条件に関わらず、高い精度で三次元画像の再構成を実施することができる。 According to the present embodiment, it is possible to reconstruct a three-dimensional image with high accuracy regardless of conditions such as the thickness of the sample and the inclination angle.
なお、本実施の形態は上記の例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれるものとする。 In addition, this Embodiment is not limited to said example, Various modifications shall be included.
例えば、上述の例以外にも、三次元画像の再構成手段としては走査透過電子顕微鏡、透過イオン顕微鏡等の荷電粒子線装置や、Ｘ線装置等に応用でき、前者では二次元画像記録時の自動追跡・撮影と再構成を並列的に実施できるシステム、後者への適用時は、再構成演算の画像位置合わせの高精度化による三次元画像の質の向上に寄与すると期待できる。 For example, in addition to the above-described example, the three-dimensional image reconstruction means can be applied to a charged particle beam apparatus such as a scanning transmission electron microscope and a transmission ion microscope, an X-ray apparatus, etc. When applied to the latter, a system that can perform automatic tracking / photographing and reconstruction in parallel, it can be expected to contribute to improving the quality of 3D images by improving the accuracy of image alignment for reconstruction operations.
１０１・・・電子銃
１０２・・・電子線
１０３・・・照射レンズ系
１０４・・・試料
１０５・・・対物レンズ系
１０６・・・イメージシフトコイル
１０７・・・拡大レンズ系
１０８・・・画像信号検出部
１０９・・・試料傾斜装置
１１０、１１１、１１２、６０３、６０４・・・電源
１１３、１１４、１１５、６０５、６０６・・・ＤＡＣ
１１６・・・マイクロプロセッサ
１１７・・・コミュニケーションインターフェース
１１８・・・バス
１１９・・・演算装置
１２０・・・記憶装置
１２１・・・コンピュータ
１２２ａ・・・キーボード
１２２ｂ・・・マウス
１２３・・・出力装置
６０１・・・ラスタースキャンコイル
６０２・・・走査像用イメージシフトコイル
101 ... electron gun 102 ... electron beam 103 ... irradiation lens system 104 ... sample 105 ... objective lens system 106 ... image shift coil 107 ... magnifying lens system 108 ... image Signal detector 109 ... Sample tilting device 110, 111, 112, 603, 604 ... Power source 113, 114, 115, 605, 606 ... DAC
116 ... Microprocessor 117 ... Communication interface 118 ... Bus 119 ... Arithmetic device 120 ... Storage device 121 ... Computer 122a ... Keyboard 122b ... Mouse 123 ... Output device 601 ... Raster scan coil 602 ... Scanned image image shift coil
Claims (27)
当該試料に照射される荷電粒子線の焦点を合わせる焦点合わせ部と、
前記荷電粒子線の照射方向の垂直面に対して前記試料を傾斜させる試料傾斜部と、
前記試料の位置を移動させる試料移動部と、
当該荷電粒子線の照射により前記試料から生じる信号を検出し、当該信号に基づいて画像を取得するための検出部と、
前記試料傾斜部を制御することで、前記試料の傾斜角の異なる複数の画像を取得し、当該取得した複数の画像から前記試料の三次元画像を再構成する制御部と、を備える荷電粒子線装置であって、
前記制御部は、
前記試料を所定の角度ステップで傾斜し、傾斜角度毎に第１から第Ｎの画像を取得する撮像シーケンスにおいて、
前記第１の画像を取得し、対応する第１の逆投影線像ボリュームを求め、第１の再構成用データとして記憶し、
前記試料を１ステップ分傾斜させたときの仮の第２の画像を取得し、対応する仮の第２の逆投影線像ボリュームを求め、
前記第１の逆投影線像ボリュームと、前記仮の第２の逆投影線像ボリュームと、に基づいて、三次元相互相関を取得し、
当該三次元相互相関に基づいて、前記試料の位置合わせを行い、
当該位置合わせ後の試料の第２の画像を取得し、対応する第２の逆投影線像ボリュームを求め、
当該求めた第２の逆投影線像ボリュームを、前記第１の逆投影線像ボリュームに代えて、新たな第１の逆投影線像ボリュームとして記憶し、
前記第１の再構成用データに、前記新たな第１の逆投影線像ボリュームを加算して、第２の再構成用データとする処理を、
第Ｎの画像についての第Ｎの再構成用データを取得するまで繰り返すことを特徴とする荷電粒子線装置。 A charged particle beam irradiation unit that irradiates the observation sample with a charged particle beam; and
A focusing unit for focusing the charged particle beam irradiated on the sample;
A sample tilting section for tilting the sample with respect to a vertical plane in the irradiation direction of the charged particle beam;
A sample moving section for moving the position of the sample;
A detection unit for detecting a signal generated from the sample by irradiation of the charged particle beam and acquiring an image based on the signal;
A charged particle beam comprising: a control unit that acquires a plurality of images having different tilt angles of the sample by controlling the sample tilting unit, and reconstructs a three-dimensional image of the sample from the acquired plurality of images A device,
The controller is
In the imaging sequence in which the sample is tilted at a predetermined angle step and the first to Nth images are acquired for each tilt angle,
Obtaining the first image, determining a corresponding first backprojection line image volume, storing it as first reconstruction data;
Obtaining a provisional second image when the sample is tilted by one step, and obtaining a corresponding provisional second backprojection line image volume;
Obtaining a three-dimensional cross-correlation based on the first backprojected line image volume and the provisional second backprojected line image volume;
Based on the three-dimensional cross-correlation, align the sample,
Obtaining a second image of the sample after alignment and determining a corresponding second backprojection line image volume;
The obtained second backprojection line image volume is stored as a new first backprojection line image volume instead of the first backprojection line image volume,
A process of adding the new first back projection line image volume to the first reconstruction data to form second reconstruction data,
A charged particle beam apparatus that repeats until obtaining Nth reconstruction data for an Nth image.
前記試料の観察領域を移動させる偏向部を有し、
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記偏向部に送信する信号量を変化させることで前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 1,
A deflection unit that moves the observation region of the sample;
The controller is
A charged particle beam apparatus, wherein the sample is aligned by changing a signal amount transmitted to the deflection unit based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
前記荷電粒子線が試料上に照射される領域を走査する走査部を有し、
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記偏向部に送信する信号量を変化させることで、当該走査部による前記荷電粒子線の前記試料上での走査領域を移動し、前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 2,
A scanning unit that scans a region irradiated with the charged particle beam on the sample;
The controller is
Based on the obtained three-dimensional cross-correlation, the amount of signal transmitted to the deflecting unit is changed, so that the scanning region of the charged particle beam on the sample by the scanning unit is moved, and the alignment of the sample is performed. A charged particle beam apparatus.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記試料移動部の動作を制御することで前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 1,
The controller is
A charged particle beam apparatus characterized in that the sample is aligned by controlling the operation of the sample moving unit based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得される画像の回転ずれを補正することを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 1,
The controller is
A charged particle beam apparatus, wherein a rotational deviation of an image acquired for each tilt angle is corrected based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得される画像のフォーカス合わせを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 1,
The controller is
A charged particle beam apparatus characterized in that focusing of an image acquired for each tilt angle is performed based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
当該試料に照射される荷電粒子線の焦点を合わせる焦点合わせ部と、
前記荷電粒子線の照射方向の垂直面に対して前記試料を傾斜させる試料傾斜部と、
前記試料の位置を移動させる試料移動部と、
当該荷電粒子線の照射により前記試料から生じる信号を検出し、当該信号に基づいて画像を取得するための検出部と、
前記試料傾斜部を制御することで、前記試料の傾斜角の異なる複数の画像を取得し、当該取得した複数の画像から前記試料の三次元画像を再構成する制御部と、を備える荷電粒子線装置を用いた画像処理方法において、
前記試料を所定の角度ステップで傾斜し、傾斜角度毎に第１から第Ｎの画像を取得する撮像シーケンスにおいて、
前記第１の画像を取得し、対応する第１の逆投影線像ボリュームを求め、第１の再構成用データとして記憶し、
前記試料を１ステップ分傾斜させたときの仮の第２の画像を取得し、対応する仮の第２の逆投影線像ボリュームを求め、
前記第１の逆投影線像ボリュームと、前記仮の第２の逆投影線像ボリュームと、に基づいて、三次元相互相関を取得し、
当該三次元相互相関に基づいて、前記試料の位置合わせを行い、
当該位置合わせ後の試料の第２の画像を取得し、対応する第２の逆投影線像ボリュームを求め、
当該求めた第２の逆投影線像ボリュームを、前記第１の逆投影線像ボリュームに代えて、新たな第１の逆投影線像ボリュームとして記憶し、
前記第１の再構成用データに、前記新たな第１の逆投影線像ボリュームを加算して、第２の再構成用データとする処理を、
第Ｎの画像についての第Ｎの再構成用データを取得するまで繰り返すことを特徴とする画像処理方法。 A charged particle beam irradiation unit that irradiates the observation sample with a charged particle beam; and
A focusing unit for focusing the charged particle beam irradiated on the sample;
A sample tilting section for tilting the sample with respect to a vertical plane in the irradiation direction of the charged particle beam;
A sample moving section for moving the position of the sample;
A detection unit for detecting a signal generated from the sample by irradiation of the charged particle beam and acquiring an image based on the signal;
A charged particle beam comprising: a control unit that acquires a plurality of images having different tilt angles of the sample by controlling the sample tilting unit, and reconstructs a three-dimensional image of the sample from the acquired plurality of images In an image processing method using an apparatus,
In the imaging sequence in which the sample is tilted at a predetermined angle step and the first to Nth images are acquired for each tilt angle,
Obtaining the first image, determining a corresponding first backprojection line image volume, storing it as first reconstruction data;
Obtaining a provisional second image when the sample is tilted by one step, and obtaining a corresponding provisional second backprojection line image volume;
Obtaining a three-dimensional cross-correlation based on the first backprojected line image volume and the provisional second backprojected line image volume;
Based on the three-dimensional cross-correlation, align the sample,
Obtaining a second image of the sample after alignment and determining a corresponding second backprojection line image volume;
The obtained second backprojection line image volume is stored as a new first backprojection line image volume instead of the first backprojection line image volume,
A process of adding the new first back projection line image volume to the first reconstruction data to form second reconstruction data,
An image processing method comprising repeating the process until obtaining Nth reconstruction data for an Nth image.
前記荷電粒子線装置は、前記試料の観察領域を移動させる偏向部を有し、
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記偏向部に送信する信号量を変化させることで前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする画像処理方法。 The image processing method according to claim 7,
The charged particle beam apparatus has a deflection unit that moves the observation region of the sample,
The controller is
An image processing method comprising: aligning the sample by changing a signal amount transmitted to the deflection unit based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
前記荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線が試料上に照射される領域を走査する走査部を有し、
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記偏向部に送信する信号量を変化させることで、当該走査部による前記荷電粒子線の前記試料上での走査領域を移動し、前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする画像処理方法。 The image processing method according to claim 8, wherein
The charged particle beam apparatus includes a scanning unit that scans a region where the charged particle beam is irradiated onto a sample.
The controller is
Based on the obtained three-dimensional cross-correlation, the amount of signal transmitted to the deflecting unit is changed, so that the scanning region of the charged particle beam on the sample by the scanning unit is moved, and the alignment of the sample is performed. And an image processing method.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記試料移動部の動作を制御することで前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする画像処理方法。 The image processing method according to claim 7,
The controller is
An image processing method comprising: aligning the sample by controlling an operation of the sample moving unit based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得される画像の回転ずれを補正することを特徴とする画像処理方法。 The image processing method according to claim 7,
The controller is
An image processing method, comprising: correcting a rotational shift of an image acquired for each tilt angle based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得される画像のフォーカス合わせを行うことを特徴とする画像処理方法。 The image processing method according to claim 7,
The controller is
An image processing method comprising: focusing an image acquired for each tilt angle based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
当該試料に照射される荷電粒子線の焦点を合わせる焦点合わせ部と、
前記荷電粒子線の照射方向の垂直面に対して前記試料を傾斜させる試料傾斜部と、
前記試料の位置を移動させる試料移動部と、
当該荷電粒子線の照射により前記試料から生じる信号を検出し、当該信号に基づいて画像を取得するための検出部と、
前記試料傾斜部を制御することで、前記試料の傾斜角の異なる複数の画像を取得し、当該取得した複数の画像から前記試料の三次元画像を再構成する制御部と、を備える荷電粒子線装置用の画像処理システムであって、
前記制御部は、
前記試料を所定の角度ステップで傾斜し、傾斜角度毎に第１から第Ｎの画像を取得する撮像シーケンスにおいて、
前記第１の画像を取得し、対応する第１の逆投影線像ボリュームを求め、第１の再構成用データとして記憶し、
前記試料を１ステップ分傾斜させたときの仮の第２の画像を取得し、対応する仮の第２の逆投影線像ボリュームを求め、
前記第１の逆投影線像ボリュームと、前記仮の第２の逆投影線像ボリュームと、に基づいて、三次元相互相関を取得し、
当該三次元相互相関に基づいて、前記試料の位置合わせを行い、
当該位置合わせ後の試料の第２の画像を取得し、対応する第２の逆投影線像ボリュームを求め、
当該求めた第２の逆投影線像ボリュームを、前記第１の逆投影線像ボリュームに代えて、新たな第１の逆投影線像ボリュームとして記憶し、
前記第１の再構成用データに、前記新たな第１の逆投影線像ボリュームを加算して、第２の再構成用データとする処理を、
第Ｎの画像についての第Ｎの再構成用データを取得するまで繰り返すことを特徴とする画像処理システム。 A charged particle beam irradiation unit that irradiates the observation sample with a charged particle beam; and
A focusing unit for focusing the charged particle beam irradiated on the sample;
A sample tilting section for tilting the sample with respect to a vertical plane in the irradiation direction of the charged particle beam;
A sample moving section for moving the position of the sample;
A detection unit for detecting a signal generated from the sample by irradiation of the charged particle beam and acquiring an image based on the signal;
A charged particle beam comprising: a control unit that acquires a plurality of images having different tilt angles of the sample by controlling the sample tilting unit, and reconstructs a three-dimensional image of the sample from the acquired plurality of images An image processing system for an apparatus,
The controller is
In the imaging sequence in which the sample is tilted at a predetermined angle step and the first to Nth images are acquired for each tilt angle,
Obtaining the first image, determining a corresponding first backprojection line image volume, storing it as first reconstruction data;
Obtaining a provisional second image when the sample is tilted by one step, and obtaining a corresponding provisional second backprojection line image volume;
Obtaining a three-dimensional cross-correlation based on the first backprojected line image volume and the provisional second backprojected line image volume;
Based on the three-dimensional cross-correlation, align the sample,
Obtaining a second image of the sample after alignment and determining a corresponding second backprojection line image volume;
The obtained second backprojection line image volume is stored as a new first backprojection line image volume instead of the first backprojection line image volume,
A process of adding the new first back projection line image volume to the first reconstruction data to form second reconstruction data,
An image processing system, which is repeated until Nth reconstruction data for an Nth image is acquired.
前記荷電粒子線装置は、前記試料の観察領域を移動させる偏向部を有し、
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記偏向部に送信する信号量を変化させることで前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 13,
The charged particle beam apparatus has a deflection unit that moves the observation region of the sample,
The controller is
An image processing system characterized in that, based on the obtained three-dimensional cross-correlation, the sample is aligned by changing the amount of signal transmitted to the deflecting unit.
前記荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線が試料上に照射される領域を走査する走査部を有し、
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記偏向部に送信する信号量を変化させることで、当該走査部による前記荷電粒子線の前記試料上での走査領域を移動し、前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 14, wherein
The charged particle beam apparatus includes a scanning unit that scans a region where the charged particle beam is irradiated onto a sample.
The controller is
Based on the obtained three-dimensional cross-correlation, the amount of signal transmitted to the deflecting unit is changed, so that the scanning region of the charged particle beam on the sample by the scanning unit is moved, and the alignment of the sample is performed. And an image processing system.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記試料移動部の動作を制御することで前記試料の位置合わせを行うことを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 13,
The controller is
An image processing system, wherein the sample is aligned by controlling the operation of the sample moving unit based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得される画像の回転ずれを補正することを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 13,
The controller is
An image processing system for correcting a rotational shift of an image acquired for each tilt angle based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得される画像のフォーカス合わせを行うことを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 13,
The controller is
An image processing system that performs focusing of an image acquired at each tilt angle based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
当該試料に照射される荷電粒子線の焦点を合わせる焦点合わせ部と、
前記荷電粒子線の照射方向の垂直面に対して前記試料を傾斜させる試料傾斜部と、
前記試料の位置を移動させる試料移動部と、
前記試料の観察領域を移動させる偏向部と、
当該荷電粒子線の照射により前記試料から生じる信号を検出し、当該信号に基づいて画像を取得するための検出部と、
前記試料傾斜部を制御することで、前記試料の傾斜角の異なる複数の画像を取得し、当該取得した複数の画像から前記試料の三次元画像を再構成する制御部と、を備える荷電粒子線装置であって、
前記制御部は、
前記試料を所定の角度ステップで傾斜し、傾斜角度毎に第１から第Ｎの画像を取得する撮像シーケンスにおいて、
前記第１から第Ｎの画像を取得して記憶し、
当該記憶された前記第１の画像に基づいて、対応する第１の逆投影線像ボリュームを求め、第１の再構成用データとして記憶し、
当該記憶された前記試料を１ステップ分傾斜させたときの第２の画像に基づいて対応する第２の逆投影線像ボリュームを求め、
前記第１の逆投影線像ボリュームと、前記第２の逆投影線像ボリュームと、に基づいて、三次元相互相関を取得し、
当該三次元相互相関に基づいて、前記試料の位置を合わせるように前記第２の逆投影線像ボリュームを修正し、
当該修正後の第２の逆投影線像ボリュームを、前記第１の逆投影線像ボリュームに代えて、新たな第１の逆投影線像ボリュームとして記憶し、
前記第１の再構成用データに、前記新たな第１の逆投影線像ボリュームを加算して、第２の再構成用データとする処理を、
第Ｎの画像についての第Ｎの再構成用データを取得するまで繰り返すことを特徴とする荷電粒子線装置。 A charged particle beam irradiation unit that irradiates the observation sample with a charged particle beam; and
A focusing unit for focusing the charged particle beam irradiated on the sample;
A sample tilting section for tilting the sample with respect to a vertical plane in the irradiation direction of the charged particle beam;
A sample moving section for moving the position of the sample;
A deflection unit for moving the observation region of the sample;
A detection unit for detecting a signal generated from the sample by irradiation of the charged particle beam and acquiring an image based on the signal;
A charged particle beam comprising: a control unit that acquires a plurality of images having different tilt angles of the sample by controlling the sample tilting unit, and reconstructs a three-dimensional image of the sample from the acquired plurality of images A device,
The controller is
In the imaging sequence in which the sample is tilted at a predetermined angle step and the first to Nth images are acquired for each tilt angle,
Acquiring and storing the first to Nth images;
Based on the stored first image, a corresponding first backprojection line image volume is obtained, stored as first reconstruction data,
Obtaining a corresponding second backprojection line image volume based on the second image when the stored sample is tilted by one step;
Obtaining a three-dimensional cross-correlation based on the first backprojection line image volume and the second backprojection line image volume;
Based on the three-dimensional cross-correlation, modifying the second backprojected line image volume to align the sample,
The modified second backprojection line image volume is stored as a new first backprojection line image volume instead of the first backprojection line image volume,
A process of adding the new first back projection line image volume to the first reconstruction data to form second reconstruction data,
A charged particle beam apparatus that repeats until obtaining Nth reconstruction data for an Nth image.
前記荷電粒子線が試料上に照射される領域を走査する走査部をさらに有することを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 19, wherein
The charged particle beam apparatus further comprising a scanning unit that scans a region irradiated with the charged particle beam on the sample.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得された画像の回転ずれを補正することを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 19, wherein
The controller is
A charged particle beam apparatus, wherein a rotational deviation of an image acquired for each tilt angle is corrected based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
当該試料に照射される荷電粒子線の焦点を合わせる焦点合わせ部と、
前記荷電粒子線の照射方向の垂直面に対して前記試料を傾斜させる試料傾斜部と、
前記試料の位置を移動させる試料移動部と、
観察視野を移動させる電磁偏向系と、
当該荷電粒子線の照射により前記試料から生じる信号を検出し、当該信号に基づいて画像を取得するための検出部と、
前記試料傾斜部を制御することで、前記試料の傾斜角の異なる複数の画像を取得し、当該取得した複数の画像から前記試料の三次元画像を再構成する制御部と、を備える荷電粒子線装置を用いた画像処理方法において、
前記制御部は、
前記試料を所定の角度ステップで傾斜し、傾斜角度毎に第１から第Ｎの画像を取得する撮像シーケンスにおいて、
前記第１から第Ｎの画像を取得して記憶し、
当該記憶された前記第１の画像に基づいて、対応する第１の逆投影線像ボリュームを求め、第１の再構成用データとして記憶し、
当該記憶された前記試料を１ステップ分傾斜させたときの第２の画像に基づいて対応する第２の逆投影線像ボリュームを求め、
前記第１の逆投影線像ボリュームと、前記第２の逆投影線像ボリュームと、に基づいて、三次元相互相関を取得し、
当該三次元相互相関に基づいて、前記試料の位置を合わせるように前記第２の逆投影線像ボリュームを修正し、
当該修正後の第２の逆投影線像ボリュームを、前記第１の逆投影線像ボリュームに代えて、新たな第１の逆投影線像ボリュームとして記憶し、
前記第１の再構成用データに、前記新たな第１の逆投影線像ボリュームを加算して、第２の再構成用データとする処理を、
第Ｎの画像についての第Ｎの再構成用データを取得するまで繰り返すことを特徴とする画像処理方法。 A charged particle beam irradiation unit that irradiates the observation sample with a charged particle beam; and
A focusing unit for focusing the charged particle beam irradiated on the sample;
A sample tilting section for tilting the sample with respect to a vertical plane in the irradiation direction of the charged particle beam;
A sample moving section for moving the position of the sample;
An electromagnetic deflection system that moves the field of view;
A detection unit for detecting a signal generated from the sample by irradiation of the charged particle beam and acquiring an image based on the signal;
A charged particle beam comprising: a control unit that acquires a plurality of images having different tilt angles of the sample by controlling the sample tilting unit, and reconstructs a three-dimensional image of the sample from the acquired plurality of images In an image processing method using an apparatus,
The controller is
In the imaging sequence in which the sample is tilted at a predetermined angle step and the first to Nth images are acquired for each tilt angle,
Acquiring and storing the first to Nth images;
Based on the stored first image, a corresponding first backprojection line image volume is obtained, stored as first reconstruction data,
Obtaining a corresponding second backprojection line image volume based on the second image when the stored sample is tilted by one step;
Obtaining a three-dimensional cross-correlation based on the first backprojection line image volume and the second backprojection line image volume;
Based on the three-dimensional cross-correlation, modifying the second backprojected line image volume to align the sample,
The modified second backprojection line image volume is stored as a new first backprojection line image volume instead of the first backprojection line image volume,
A process of adding the new first back projection line image volume to the first reconstruction data to form second reconstruction data,
An image processing method comprising repeating the process until obtaining Nth reconstruction data for an Nth image.
前記荷電粒子線装置は、試料上に照射される領域を走査する走査部をさらに有することを特徴とする画像処理方法。 The image processing method according to claim 22, wherein
The charged particle beam apparatus further includes a scanning unit that scans a region irradiated on the sample.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得された画像の回転ずれを補正することを特徴とする画像処理方法。 The image processing method according to claim 22, wherein
The controller is
An image processing method comprising correcting a rotational shift of an image acquired for each tilt angle based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
当該試料に照射される荷電粒子線の焦点を合わせる焦点合わせ部と、
前記荷電粒子線の照射方向の垂直面に対して前記試料を傾斜させる試料傾斜部と、
前記試料の位置を移動させる試料移動部と、
観察視野を移動させる電磁偏向系と、
当該荷電粒子線の照射により前記試料から生じる信号を検出し、当該信号に基づいて画像を取得するための検出部と、
前記試料傾斜部を制御することで、前記試料の傾斜角の異なる複数の画像を取得し、当該取得した複数の画像から前記試料の三次元画像を再構成する制御部と、を備える荷電粒子線装置を用いた画像処理システム
前記制御部は、
前記試料を所定の角度ステップで傾斜し、傾斜角度毎に第１から第Ｎの画像を取得する撮像シーケンスにおいて、
前記第１から第Ｎの画像を取得して記憶し、
当該記憶された前記第１の画像に基づいて、対応する第１の逆投影線像ボリュームを求め、第１の再構成用データとして記憶し、
当該記憶された前記試料を１ステップ分傾斜させたときの第２の画像に基づいて対応する第２の逆投影線像ボリュームを求め、
前記第１の逆投影線像ボリュームと、前記第２の逆投影線像ボリュームと、に基づいて、三次元相互相関を取得し、
当該三次元相互相関に基づいて、前記試料の位置を合わせるように前記第２の逆投影線像ボリュームを修正し、
当該修正後の第２の逆投影線像ボリュームを、前記第１の逆投影線像ボリュームに代えて、新たな第１の逆投影線像ボリュームとして記憶し、
前記第１の再構成用データに、前記新たな第１の逆投影線像ボリュームを加算して、第２の再構成用データとする処理を、
第Ｎの画像についての第Ｎの再構成用データを取得するまで繰り返すことを特徴とする画像処理システム。 A charged particle beam irradiation unit that irradiates the observation sample with a charged particle beam; and
A focusing unit for focusing the charged particle beam irradiated on the sample;
A sample tilting section for tilting the sample with respect to a vertical plane in the irradiation direction of the charged particle beam;
A sample moving section for moving the position of the sample;
An electromagnetic deflection system that moves the field of view;
A detection unit for detecting a signal generated from the sample by irradiation of the charged particle beam and acquiring an image based on the signal;
A charged particle beam comprising: a control unit that acquires a plurality of images having different tilt angles of the sample by controlling the sample tilting unit, and reconstructs a three-dimensional image of the sample from the acquired plurality of images Image processing system using apparatus
In the imaging sequence in which the sample is tilted at a predetermined angle step and the first to Nth images are acquired for each tilt angle,
Acquiring and storing the first to Nth images;
Based on the stored first image, a corresponding first backprojection line image volume is obtained, stored as first reconstruction data,
Obtaining a corresponding second backprojection line image volume based on the second image when the stored sample is tilted by one step;
Obtaining a three-dimensional cross-correlation based on the first backprojection line image volume and the second backprojection line image volume;
Based on the three-dimensional cross-correlation, modifying the second backprojected line image volume to align the sample,
The modified second backprojection line image volume is stored as a new first backprojection line image volume instead of the first backprojection line image volume,
A process of adding the new first back projection line image volume to the first reconstruction data to form second reconstruction data,
An image processing system, which is repeated until Nth reconstruction data for an Nth image is acquired.
前記荷電粒子線が試料上に照射される領域を走査する走査部を有し、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記第２の逆投影線像ボリュームを修正して、画像の位置合わせを行うことを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 25, wherein
A scanning unit that scans a region irradiated with the charged particle beam on the sample;
An image processing system characterized in that, based on the obtained three-dimensional cross-correlation, the second backprojection line image volume is corrected to perform image alignment.
前記制御部は、
当該求めた三次元相互相関に基づいて、前記傾斜角度毎に取得された画像の回転ずれを補正することを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 25, wherein
The controller is
An image processing system for correcting a rotational shift of an image acquired for each tilt angle based on the obtained three-dimensional cross-correlation.
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