JP7042361B2

JP7042361B2 - 撮像装置

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Publication number: JP7042361B2
Application number: JP2020560687A
Authority: JP
Inventors: 真麻矢野; 寛幸千葉
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2022-03-25
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Description

本発明は、複数の切片によって構成された試料の画像を撮像する撮像装置に関する。

複数の組織切片のイメージを重ね合わせる技術が知られている。特許文献１には、画像位置合わせ装置により位置合わせがなされる画像を得る方法について開示がある。特許文献１には、ラットの脳切片の蓄積性蛍光体シートの放射線画像を用いて、位置合わせを行う２つの画像を選択し、脳切片の輪郭を抽出し、さらに比較的目立つ点を特徴点として抽出し、位置合わせを行う技術が開示されている。

特開平５－２９８４１７号公報

各連続切片の同一箇所を観察する際には、超薄切片を硬い基板上に乗せて観察する。このとき、各切片の位置や角度がずれてしまう場合がある。これらを補正する方法として、例えば切片全体が含まれる倍率で撮影した画像（以下、低倍率画像と称する）を用いて切片同士を比較することにより、位置や回転角度のずれを補正する方法が考えられる。切片のサイズは例えば生体組織試料であればミリメートルオーダである。しかし最終的に観察する領域は試料全体のサイズよりも大幅に小さく、例えば試料全体がミリメートルオーダであれば観察対象領域はマイクロメートルオーダまたはナノメートルオーダである。そうすると、試料全体を含む画像によって位置合わせを実施したとしても、観察対象領域のサイズオーダで切片同士を比較すると、倍率差に起因して大きな位置ずれが生じることがある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、複数の試料切片の画像を取得する撮像装置において、各観察領域間の位置や角度のずれを精度よく補正することを目的とするものである。

本発明に係る撮像装置は、第１画像上の特徴点を用いて試料切片間の観察領域の対応関係を特定し、前記第１画像よりも狭い範囲の第２画像を用いて試料切片間のずれを補正し、補正結果を反映した上で、前記第２画像よりも解像度が高い第３画像を取得する。

本発明に係る撮像装置によれば、第１画像を用いて観察領域について試料切片間で位置合わせを実施した後、より狭い範囲の第２画像を用いてさらに観察領域間のずれを補正するので、解像度がより高い第３画像におけるずれを効果的に抑制することができる。すなわち座標変換等の複雑な処理を必要としない簡便な処理により、観察対象領域を高精度に位置合わせすることができる。

実施形態１に係る荷電粒子線装置１０の構成図である。荷電粒子線装置１０が連続切片試料１０５を撮像する手順を説明するフローチャートである。連続切片試料１０５と観察領域の例である。ステップＳ２０４においてユーザが切片指定領域３０５を指定する様子を示す図である。ステップＳ２０４においてコントローラ１００が低倍領域３０６の画像を張り合わせることにより、切片指定領域３０５全体の観察画像を生成する様子を示す図である。ステップＳ２０５において試料切片間で監察領域の位置合わせを実施する様子を示す図である。表示装置１２５が表示する画面インターフェースの例である。ステップＳ２０６の詳細を説明するフローチャートである。ステップＳ５０２において画面インターフェースが表示する画面例である。中倍領域表示部５０２上に表示される中倍領域３０３の画像を用いて回転角度を補正する方法を示した例である。中倍領域表示部５０２上に表示される中倍領域３０３の画像を用いてＸＹ方向の位置を補正する方法を示した例である。中倍領域３０３のなかから複数の高倍領域３０４を指定する例を示す図である。中倍領域３０３の画像を用いて、高倍率画像を取得する試料切片を選別する例を示す図である。同一の試料をそれぞれ異なる切断面で切断することにより連続切片試料１０５を形成した例である。ユーザが画面インターフェース上で範囲９０２を指定する方法を示した例である。荷電粒子線装置１０が観察することができる試料の別例である。

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る荷電粒子線装置１０の構成図である。荷電粒子線装置１０は、例えば試料の観察画像を撮像する走査電子顕微鏡（撮像装置）として構成することができる。荷電粒子線装置１０は、装置本体１０４とコントローラ１００を有する。装置本体１０４は、鏡筒１０２と試料室１０３が一体化されて構成されている。装置本体１０４は、連続切片試料１０５の画像を撮像する撮像部として動作する。コントローラ１００は、位置演算部１２２、光学系制御部１２３、ステージ制御部１２４、および表示装置１２５を有する。

鏡筒１０２は、電子銃１０７と電子光学系１０８を有する。電子銃１０７は、電子ビーム１０６を放出する。電子光学系１０８は、電子ビーム１０６の軌道を制御する。電子光学系１０８は、コンデンサレンズ１０９、偏向器１１０、および対物レンズ１１１を有する。コンデンサレンズ１０９は、電子銃１０７から放出された電子ビーム１０６を集束する。偏向器１１０は、電子ビーム１０６を走査する。対物レンズ１１１は、連続切片試料１０５の表面上に焦点が合うように電子ビーム１０６を集束させる。

電子ビーム１０６が連続切片試料１０５に対して照射されることにより、信号１１３（例えば、２次電子や反射電子等）が発生する。検出器１１４は、鏡筒１０２内または試料室１０３内の適当な位置に配置され、信号１１３を検出する。

試料室１０３は、開閉可能な導入／導出口（図示せず）を介して試料台１１２が収容される構造を有する。連続切片試料１０５は試料台１１２上に載置される。試料室１０３はさらに、試料台１１２が載置される試料ステージ１１５を備えている。

試料ステージ１１５は、ステージ制御装置１１６を備えている。ステージ制御装置１１６は、試料室１０３内で、連続切片試料１０５を例えば水平面内および面直方向へ移動させたり、回転させたりして、試料室１０３内における連続切片試料１０５の位置や向きを変位させる。ステージ制御部１２４はステージ制御装置１１６を制御し、光学系制御部１２３は電子光学系１０８を制御する。荷電粒子線装置１０は連続切片試料１０５の任意の位置に電子ビーム１０６を照射し、発生した信号１１３を検出器１１４が検出することにより、連続切片試料１０５の任意の位置と倍率において観察することができる。

画像取得部１１７は、検出器１１４が検出した信号１１３を観察画像データに変換する。位置演算部１２２は、コンピュータなどの情報処理装置によって構成される。位置演算部１２２は、画像取得部１１７、指示入力部１１８、位置記憶部１１９、画像処理部１２０と、補正画像生成部１２１を有する。位置演算部１２２は、指示入力部１１８から入力された情報と、位置記憶部１１９が格納している情報を用いて、後述する演算を実施する。ステージ制御部１２４と光学系制御部１２３は、位置演算部１２２による演算結果を用いて、ステージ制御装置１１６と電子光学系１０８をそれぞれ制御する。

表示装置１２５は、例えばディスプレイデバイスなどの画面表示装置であり、画像取得部１１７が取得した連続切片試料１０５の観察画像を画面表示する。表示装置１２５はその他、後述の図３Ｂ以降で説明する画面インターフェースを表示する。指示入力部１１８はその画面インターフェース上で入力された指定入力を受け取る。

図２は、荷電粒子線装置１０が連続切片試料１０５を撮像する手順を説明するフローチャートである。下記に図２の各ステップについて説明する。

（図２：ステップＳ２０１～Ｓ２０２）
ユーザは、連続切片試料１０５を試料台１１２に載置し、その試料台１１２を試料ステージ１１５に載置する（Ｓ２０１）。ユーザは表示装置１２５上でアプリケーションを起動する（Ｓ２０２）。このアプリケーションは、ユーザが荷電粒子線装置１０に対する指示を入力するために用いるものであり、表示装置１２５上で後述する画面インターフェースを提供する。例えばユーザが撮像画像の保存先を表示装置１２５上で指定すると、表示装置１２５は荷電粒子線装置１０と通信してアプリケーションを起動する。

（図２：ステップＳ２０３）
ユーザは、連続切片試料１０５の全体を写した光学カメラ像を撮影する。ユーザはコントローラ１００に撮影した光学カメラ像を取り込ませる。コントローラ１００は、後述する画面インターフェースの全体領域表示部５０１上に取得したカメラ像を取り込む。これにより、ユーザは基板上にある切片の大まかな位置を把握することが容易となる。コントローラ１００は、光学カメラ像と荷電粒子線装置１０との間で観察座標系および倍率をキャリブレーションする。

（図２：ステップＳ２０３：補足）
本ステップにおける光学カメラ像は、連続切片試料１０５に対して位置合わせを実施する前段階において、観察する試料片の観察画像を電子光学系１０８によって取得できる程度の位置合わせを実施するためのものである。例えば試料ステージ１１５の観察画像を取得しても位置合わせのためには意味をなさないので、少なくとも試料片の観察画像を取得することができる程度の位置合わせをする意義がある。電子光学系１０８によって取得する観察画像を用いて同様の手順を実施できるのであれば光学カメラ画像に代えて観察画像を用いてもよい。

（図２：ステップＳ２０４）
ユーザは、後述する画面インターフェースを介して、ステップＳ２０３で取り込んだ光学カメラ画像から、観察対象の切片が含まれる領域全体（図３Ｂの切片指定領域３０５）を指定する。コントローラ１００は、荷電粒子線装置１０により、各切片の外形の少なくとも一部を認識できる倍率で撮像される領域（図３Ｃの低倍領域３０６）を取得する。コントローラ１００は、低倍領域３０６のサイズが切片指定領域３０５のサイズに満たない場合は、低倍領域３０６の画像をつなぎ合わせることにより、切片指定領域３０５全体の観察画像を取得する。コントローラ１００は、観察画像の座標系と試料ステージ１１５の座標系とを対応づける。

（図２：ステップＳ２０５）
ユーザは、第１試料切片の画像上において第１特徴点の座標と第１観察領域の座標を指定するとともに、第２試料切片の画像上において第２特徴点の座標を指定する。第１特徴点と第１観察領域との間の配置関係は、第２試料切片上においてもほぼ同じであると考えられる。したがってコントローラ１００は、第２試料切片上における第１観察領域に対応する領域（第２観察領域）の座標を、第１特徴点／第１観察領域／第２特徴点の間の配置関係にしたがって算出することができる。第３試料切片については、第２特徴点と第２観察領域との間の配置関係にしたがって、第２観察領域に対応する第３観察領域の座標を算出することができる。以下同様である。本ステップの詳細は後述の図３Ｄを用いて改めて説明する。

（図２：ステップＳ２０５：補足）
第１観察領域は、第１試料切片の観察画像の部分領域として指定することができる。すなわち第１観察領域の画像（第２画像）は、第１試料切片全体の観察画像（第１画像）よりも範囲が狭い画像である。第２観察領域以降についても同様である。以下では便宜上、観察領域のことを中倍領域と呼ぶ場合がある。

（図２：ステップＳ２０６）
コントローラ１００は、中倍率で各切片の設定された領域を撮像する。画像処理部１２０は各中倍像の回転を含む位置ずれを算出し、補正画像生成部１２１は各中倍像の回転のずれを補正し、位置演算部１２２は回転のずれが補正された像の水平方向の位置ずれを補正する。本ステップの詳細は後述の図５と図６Ａ～図６Ｄを用いて改めて説明する。

（図２：ステップＳ２０７～Ｓ２０８）
コントローラ１００は、最終的な加速電圧、電流量、ワーキングディスタンス等の撮影条件を調整し（Ｓ２０７）、連続切片試料１０５を観察するための撮影（高倍率画像の撮影）を開始する（Ｓ２０８）。ステップＳ２０８においては、後述の図４で算出した回転ずれと位置ずれを反映した上で、高倍率画像を取得する。

図３Ａは、連続切片試料１０５と観察領域の例である。連続切片試料１０５は、複数の切片３０１が連続して配列されている試料である。各切片は略同一の形状を有していることを想定する。図３Ａ上段は、ステップＳ２０３において取得する光学カメラ画像の例である。図３Ａ下段は各観察領域の例である。

全体領域３０２は、１つの切片全体が含まれる領域である。中倍領域３０３は、ステップＳ２０５において観察領域として指定する領域であり、全体領域の３０２の部分領域に相当する。中倍領域３０３は、ステップＳ２０６において各切片の角度や位置を補正するために用いるほか、ユーザが高倍領域３０４を指定する際の視野探しのために用いることができる。高倍領域３０４は、ユーザが最終的に観察しようとしている領域である。高倍領域３０４の画像の解像度は、中倍領域３０３の画像の解像度よりも高い。

図３Ｂは、ステップＳ２０４においてユーザが切片指定領域３０５を指定する様子を示す図である。ユーザは切片指定領域３０５として、光学カメラ画像のうち観察しようとしている切片が含まれる範囲を、例えばマウスのドラッグ操作によって指定することができる。

図３Ｃは、ステップＳ２０４においてコントローラ１００が低倍領域３０６の画像を張り合わせることにより、切片指定領域３０５全体の観察画像を生成する様子を示す図である。

図３Ｄは、ステップＳ２０５において試料切片間で監察領域の位置合わせを実施する様子を示す図である。ユーザは第１試料切片の全体領域３０２上において、第１特徴点（例えば第１試料切片の端部３０７と３０８）の座標を指定するとともに、第１観察領域３０９の座標を指定する。ユーザはさらに、第２試料切片の全体領域３０２上において、第１特徴点に対応する第２特徴点（第２試料切片の端部３１０と３１１）を指定する。各座標は、例えばマウスによって画面上の座標点をクリックし、あるいはマウスをドラッグするなどにより入力することができる。

第１特徴点と第１観察領域との間の配置関係（すなわちこれらの間の相対座標）は、第２特徴点と第２観察領域との間においてもほぼ同様であると考えられる。コントローラ１００はこの関係を利用して、第１特徴点／第１観察領域／第２特徴点の間の配置関係にしたがって、第２観察領域３１２の座標を算出する。これにより、第１観察領域に対応する観察領域の座標を精度よくかつ半自動的に算出することができる。第３試料切片については、第２特徴点／第２観察領域／第３試料切片上の第３特徴点の配置関係にしたがって、第２観察領域に対応する第３観察領域を特定する。以下同様である。

図４は、表示装置１２５が表示する画面インターフェースの例である。ユーザはこの画面インターフェースを用いて、図２のフローチャートの各ステップにおける操作を実施する。画面インターフェースは、全体領域表示部５０１、中倍領域表示部５０２、撮影画像表示部５０３を有する。

全体領域表示部５０１は、全体領域３０２の画像を表示する。全体領域表示部５０１は、連続切片試料１０５が有する複数の試料切片を表示する。中倍領域表示部５０２は、中倍領域３０３の画像を表示する。撮影画像表示部５０３は、撮影した各切片の中倍率像および高倍率像を表示する。各切片にナンバリングすることにより、どの順番で撮影したのか、もしくは何枚目の切片なのかを瞬時に把握することができる。

図５は、ステップＳ２０６の詳細を説明するフローチャートである。以下図５の各ステップについて説明する。

（図５：ステップＳ５０１）
画像取得部１１７は、すべての切片において、観察領域の中倍領域３０３の画像を取得する。各切片における観察領域の座標は、ステップＳ２０５において算出することができる。

（図５：ステップＳ５０２）
画像取得部１１７は、第１試料切片の中倍領域画像６０１と第２試料切片の中倍領域画像６０２を中倍領域表示部５０２上に表示する。本ステップの画面表示例については後述の図６Ａで説明する。

（図５：ステップＳ５０３～Ｓ５０４）
画像処理部１２０は、第１試料切片の中倍領域画像６０１と第２試料切片の中倍領域画像６０２を重ね合わせ、第１切片を基準としたときの第２切片の角度のずれを算出する（Ｓ５０３）。補正画像生成部１２１は、第２切片の中倍領域画像６０２を回転させることにより、回転角度のずれを補正する（Ｓ５０４）。第３試料切片においては、画像処理部１２０は、第２試料切片の中倍領域画像６０２と第３試料切片の中倍領域画像６０３を重ね合わせ、第２試料切片を基準としたときの第３切片の角度のずれを算出する。補正画像生成部１２１は、第３試料切片の中倍領域画像６０３を回転させて、回転角度のずれを補正する。第４試料切片以降に関しても同様に補正する。本ステップの例については後述の図６Ｂで説明する。

（図５：ステップＳ５０５）
表示装置１２５は、回転角度を補正した中倍領域３０３の画像を中倍領域表示部５０２上に表示する。位置演算部１２２は、第１試料切片の中倍領域画像６０１の座標と回転させた第２試料切片の中倍領域画像６０２の座標を求める。位置演算部１２２は、第１試料切片を基準としたときの第２試料切片のＸＹ方向のずれを算出する。第３試料切片に関しては、位置演算部１２２は、第２試料切片を基準としたときの第３試料切片のＸＹ方向のずれを算出する。第４試料切片以降に関しても同様である。本ステップの例については後述の図６Ｃで説明する。

（図５：ステップＳ５０５：補足）
試料の構造によっては、後述の図９Ａで例示するように、最初の切片と後続の切片との間で、形状パターンが大きく異なる場合がある。したがって中倍領域３０３の位置合わせは、隣接する切片間で実施するのが最も望ましいと考えられる。第３試料切片について第２試料切片を基準として位置合わせを実施するのはそのためである。第４試料切片以降についても同様である。

（図５：ステップＳ５０６～Ｓ５０７）
指示入力部１１８は、ステップＳ５０５において算出したずれ量を光学系制御部１２３に対して転送する（Ｓ５０６）。光学系制御部１２３は、受け取ったずれ量を偏向器１１０による偏向量に対して適用することにより、中倍領域画像６０１と６０２との間の位置ずれを補正し、補正を反映した上で高倍領域３０４の画像（第３画像）を取得する（Ｓ５０７）。これにより、試料切片間の観察領域のずれを補正した上で高倍率画像を取得することができる。

（図５：ステップＳ５０７：補足その１）
中倍領域画像６０１と６０２との間の位置ずれは、試料ステージ１１５の動作精度が十分であれば、試料ステージ１１５によって補正することもできる。この場合、指示入力部１１８は、ステップＳ５０５において算出したずれ量をステージ制御装置１１６に対して転送し、ステージ制御装置１１６はそのずれ量を試料ステージ１１５の位置制御に対して反映する。これにより、偏向器１１０を用いる場合と同様に試料切片間の観察領域のずれを補正した上で高倍率画像を取得することができる。

（図５：ステップＳ５０７：補足その２）
コントローラ１００は、中倍領域画像６０１と６０２との間の回転ずれについては、いずれか一方を基準にして他方を画像処理によって回転することにより、補正することができる。したがって本ステップにおいては、必ずしも電子光学系１０８によって回転ずれを補正しなくともよい。画像処理を用いずに回転ずれを補正する場合は、電子ビーム１０６を走査する方向を回転させればよい。

（図５：ステップＳ５０７：補足その３）
表示装置１２５は、本ステップにおいて取得した高倍率画像を画面表示することによりユーザに対して提示する。ユーザはその高倍率画像を目視確認することにより、試料切片間において高倍率画像の位置合わせが適切に実施されたか否かを確認することができる。ユーザが高倍率画像を目視確認しないのであれば、本ステップを省略してもよい。

図６Ａは、ステップＳ５０２において画面インターフェースが表示する画面例である。表示装置１２５は、位置合わせに用いる中倍領域３０３の画像を中倍領域表示部５０２上に表示する。例えば、第１試料切片と第２試料切片の位置を合わせる際には、表示装置１２５は、第１試料切片の中倍領域画像６０１と第２試料切片の中倍領域画像６０２を中倍領域表示部５０２上に重ね合わせる。

図６Ｂは、中倍領域表示部５０２上に表示される中倍領域３０３の画像を用いて回転角度を補正する方法を示した例である。画像処理部１２０は、第１試料切片の中倍領域画像６０１と第２試料切片の中倍領域画像６０２を重ね合わせ、第１切片を基準としたときの第２切片の角度のずれを算出する。補正画像生成部１２１は、第２切片の中倍領域画像６０２を回転させることにより回転角度のずれを補正する。

図６Ｃは、中倍領域表示部５０２上に表示される中倍領域３０３の画像を用いてＸＹ方向の位置を補正する方法を示した例である。位置演算部１２２は、第１試料切片の中倍領域画像６０１の座標と回転させた第２試料切片の中倍領域画像６０２の座標を求める。位置演算部１２２は、第１切片を基準としたときの第２切片のＸＹ方向のずれを算出する。指示入力部１１８は、光学系制御部１２３に算出したずれ量を転送する。

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る荷電粒子線装置１０は、全体領域３０２の画像を用いて観察領域の位置合わせを実施した上で、中倍領域３０３の画像を用いて観察領域間の回転ずれと位置ずれを補正する。荷電粒子線装置１０は、中倍領域３０３間の回転ずれと位置ずれの補正を反映した上で高倍領域３０４の画像を取得する。これにより、全体領域３０２間で位置合わせを実施した後において観察領域間のずれが残存している場合であっても、そのずれを補正することにより高倍領域３０４間の位置合わせを実施することができる。したがって、例えば試料全体がミリメートルオーダであれば、マイクロメートルオーダまたはナノメートルオーダの観察領域間で精度よく位置合わせを実施することができる。

本実施形態１に係る荷電粒子線装置１０は、第１試料切片の全体領域３０２上で第１特徴点（３０７と３０８）を指定するとともに第１観察領域３０９を指定し、さらに第２試料切片の全体領域３０２上で第２特徴点（３１０と３１１）を指定することにより、第２観察領域３１２の座標を算出する。これにより、観察領域間の位置合わせを半自動的にかつ精度よく実施することができる。あらかじめ全体領域３０２間で位置合わせを実施することにより、中倍領域３０３間の回転ずれと位置ずれの補正精度を高めることができる。またユーザは第１特徴点／第１観察領域／第２特徴点のみを指定すればよいので、ユーザにとっての作業負担を抑制することができる。

＜実施の形態２＞
図７は、中倍領域３０３のなかから複数の高倍領域３０４を指定する例を示す図である。ユーザは、中倍領域表示部５０２上において高倍領域３０４を複数指定することができる。この場合は１枚の中倍領域３０３の画像を用いて撮影したい領域を複数特定できるので、撮影作業のスループット向上が見込める。

＜実施の形態３＞
図８は、中倍領域３０３の画像を用いて、高倍率画像を取得する試料切片を選別する例を示す図である。連続切片の中には、ゴミ８０２が付着している切片８０１、もしくは破れている切片８０３などを含んでいる場合がある。コントローラ１００は、中倍領域表示部５０２上において中倍領域３０３の画像を表示し、ユーザはその画像を見ながら切片８０１や８０３などの失敗切片を画面上で指定する。コントローラ１００は、ユーザが指定した失敗切片を除外して高倍率画像を撮影する。これにより、中倍領域３０３を用いた補正のエラーを抑制して、スループットを向上させることができる。

＜実施の形態４＞
図９Ａは、同一の試料をそれぞれ異なる切断面で切断することにより連続切片試料１０５を形成した例である。各試料切片は、概ね同一の形状パターンを有していると想定される。ただし試料の構造によっては、観察対象９０１の形状や構造が切断位置ごとに変化し、あるいは切断位置によっては観察対象９０１が存在しない場合がある。コントローラ１００は、中倍領域表示部５０２上において中倍領域３０３の画像を表示し、ユーザはその画像を見ながら所望の観察対象９０１が含まれる範囲９０２を画面上で指定する。コントローラは、ユーザが指定した範囲９０２に含まれる試料切片についてのみ高倍率画像を撮影する。これにより、時間がかかる高倍率の撮像の時間を最小限にでき、ひいてはスループットを向上させることができる。

図９Ｂは、ユーザが画面インターフェース上で範囲９０２を指定する方法を示した例である。切片を指定する方法は主に２種類考えられる。１つは、ユーザが撮影画像表示部５０３上で指定する切片の番号にチェックをつける方法である。もう１つは、ユーザが切片指定表示部５０４上で指定する切片の番号を数値で入力する方法である。

＜実施例５＞
図１０は、荷電粒子線装置１０が観察することができる試料の別例である。以上の実施形態においては、連続切片試料１０５として生物組織試料を例示した。本発明は、樹脂包埋した試料の切片に限定されるものではなく、様々な試料への応用が可能である。例えば図１０に示すように、基板１００１上に複数の半導体デバイスのパターン１００２が並んでいる試料も、荷電粒子線装置１０によって観察することができる。具体的には、各パターン１００２の形状が同等、かつ位置演算部１２２がパターン１００２同士の位置関係を認識することができれば、本発明を適用することができる。その他の試料であっても、切片が連続的に並べられた試料であれば本発明を適用可能である。たとえば切削可能な柔らかい金属などが考えられる。

＜実施の形態６＞
ユーザは、中倍領域表示部５０２上に表示される中倍領域３０３の画像の位置合わせ結果を見たとき、位置合わせ精度が不十分であると判断する場合がある。コントローラ１００は、中倍領域３０３の倍率を入力するためのインターフェースを、設定画面５０５（図９Ｂ）上に表示する。位置合わせの精度が不十分である場合、ユーザは、設定画面５０５上で中倍領域３０３の倍率を１段階上げることができる。位置演算部１２２は、１段階倍率を上げた画像を用いてＳ２０６を再実施することにより、再度位置合わせを実施する。この作業は、ユーザまたはコントローラ１００が位置合わせの精度が十分であると判断するまで繰り返される。

ユーザの作業の繰り返しを防ぐために、ユーザは、設定画面５０５上で中倍領域３０３の倍率をあらかじめ複数入力することもできる。この場合コントローラ１００は、ユーザがあらかじめ入力した倍率を順次用いて、Ｓ２０６をそれぞれ実施することにより、位置合わせを実施する。

＜実施の形態７＞
切片の位置合わせを実施するタイミングは、切片の中倍領域３０３の画像をすべて撮り終えてからに限らない。例えば、位置演算部１２２は、第１試料切片と第２試料切片それぞれの中倍領域３０３の画像を取得した段階で位置合わせを実施してもよい。位置合わせ作業後、画像取得部１１７は第２試料切片の高倍領域を撮像する。第３試料切片の中倍領域３０３が撮像された後に、位置演算部１２２は第２試料切片の位置情報を基に第３試料切片の位置を補正する。位置合わせ後に、画像取得部１１７は第３試料切片の高倍領域を率撮像する。この作業は第４切片以降に関しても同様に実施され、コントローラ１００は順次位置補正と高倍率撮像を同時に実施する。

このように、隣接する２つの試料切片間で位置合わせを実施した後に高倍率画像を取得する手順を１つの動作単位とし、対象切片を１つずつずらしながらこの動作単位を繰り返し実施することにより、全ての切片の中倍領域３０３の画像を保存する必要がなくなる。したがって中倍領域３０３の画像を保存するための記憶領域サイズを抑制することができる。

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

以上の実施形態において、コントローラ１００およびコントローラ１００が備える各機能部は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアを演算装置が実行することにより構成することもできる。

以上の実施形態において、荷電粒子線装置１０が走査電子顕微鏡として構成されている例を説明したが、試料の観察画像を取得するその他タイプの荷電粒子線装置についても本発明を適用することができる。また、本発明は、荷電粒子線装置以外の撮像装置、例えば共焦点レーザ顕微鏡に対しても適用することができる。

１０：荷電粒子線装置
１００：コントローラ
１０２：鏡筒
１０３：試料室
１０４：装置本体
１０５：連続切片試料
１０６：電子ビーム
１０７：電子銃
１０８：電子光学系
１０９：コンデンサレンズ
１１０：偏向器
１１１：対物レンズ
１１２：試料台
１１３：信号
１１４：検出器
１１５：試料ステージ
１１６：ステージ制御装置
１１７：画像取得部
１１８：指示入力部
１１９：位置記憶部
１２０：画像処理部
１２１：補正画像生成部
１２２：位置演算部
１２３：光学系制御部
１２４：ステージ制御部
１２５：表示装置

Claims

複数の切片によって構成された試料の画像を撮像する撮像装置であって、
前記試料の画像を表す画像信号を生成する撮像部、
前記画像信号を用いて前記試料の画像を生成するコントローラ、
前記画像のなかの座標を指定する第１指定入力を受け取るインターフェース、
を備え、
前記コントローラは、前記試料の画像として、第１画像、前記第１画像よりも狭い範囲の第２画像、および前記第２画像よりも解像度が高い第３画像を生成し、
前記インターフェースは、前記第１画像のうち、第１試料切片の第１特徴点の座標、前記第１試料切片の部分領域である第１観察領域の座標、および第２試料切片の第２特徴点の座標を指定する前記第１指定入力を受け取り、
前記コントローラは、前記第１特徴点と前記第１観察領域との間の対応関係にしたがって、前記第２試料切片上の前記第１観察領域に対応する第２観察領域の座標を特定し、
前記コントローラは、前記第１観察領域の前記第２画像と前記第２観察領域の前記第２画像を生成するとともに、前記第１観察領域の前記第２画像と前記第２観察領域の前記第２画像との間のずれを補正し、
前記コントローラは、前記第１観察領域の前記第２画像と前記第２観察領域の前記第２画像との間の前記ずれを反映した上で、前記第１観察領域内において前記第３画像を生成するとともに前記第２観察領域内において前記第３画像を生成することにより、前記第１試料切片の前記第３画像と前記第２試料切片の前記第３画像との間の位置合わせを実施する
ことを特徴とする撮像装置。
前記コントローラは、前記ずれとして、前記第１観察領域の前記第２画像と前記第２観察領域の前記第２画像との間の回転ずれと位置ずれを補正し、
前記コントローラは、前記回転ずれと前記位置ずれを補正することにより、前記第２観察領域の座標を特定した上でなお残存している前記第１観察領域と前記第２観察領域との間の角度差と位置差を補正する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記撮像装置はさらに、前記試料を載置して移動させることにより前記撮像部が前記画像信号を取得する前記試料上の位置を走査するステージを備え、
前記コントローラは、前記ずれを前記ステージの位置に対して反映することにより、前記第１観察領域の前記第２画像と前記第２観察領域の前記第２画像との間の前記ずれを調整する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記撮像装置はさらに、
前記試料に対して荷電粒子線を照射する照射部、
前記荷電粒子線を偏向させることにより前記撮像部が前記画像信号を取得する前記試料上の位置を走査する偏向器、
前記荷電粒子線が前記試料に衝突することにより生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
を備え、
前記撮像部は、前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記画像信号を生成し、
前記コントローラは、前記ずれを前記偏向器による偏向量に対して反映することにより、前記第１観察領域の前記第２画像と前記第２観察領域の前記第２画像との間の前記ずれを調整する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記インターフェースは、前記第２画像のなかにおいて前記第３画像を取得すべき対象領域を複数指定する第２指定入力を受け取り、
前記コントローラは、前記第２指定入力が指定する各前記対象領域についてそれぞれ前記第３画像を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記インターフェースは、各前記切片について前記コントローラが生成した各前記第２画像を表示し、
前記インターフェースは、各前記第２画像のうちいずれかを指定することにより各前記切片のうち前記第３画像を取得すべきものを指定する第３指定入力を受け取り、
前記コントローラは、前記第３指定入力が指定する前記切片について前記第３画像を取得するとともに、前記第３指定入力が指定しない前記切片については前記第３画像を取得する処理をスキップする
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記複数の切片は、同一の試料をそれぞれ異なる切断面において切断することにより、類似する試料片が連続する連続試料として形成されており、
前記インターフェースは、前記第３指定入力として、前記連続試料のなかで前記第３画像を取得すべき前記試料片を指定する指定入力を受け取り、
前記コントローラは、前記第３指定入力が指定する前記試料片について前記第３画像を取得するとともに、前記第３指定入力が指定しない前記試料片については前記第３画像を取得する処理をスキップする
ことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
前記インターフェースは、前記第２画像の解像度を指定する第４指定入力を受け取り、
前記コントローラは、前記第４指定入力が指定する解像度を有する前記第２画像を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記インターフェースは、前記コントローラが前記第２画像を生成する前に、前記第４指定入力として、前記第２画像の解像度を複数指定する指定入力を受け取り、
前記コントローラは、前記第４指定入力が指定する各解像度を有する前記第２画像をそれぞれ生成する
ことを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
前記コントローラは、第３試料切片上の前記第１観察領域に対応する第３観察領域の座標を特定し、
前記コントローラは、前記第１観察領域の前記第２画像と前記第２観察領域の前記第２画像との間のずれを補正した後、前記第２観察領域の前記第２画像と前記第３観察領域の前記第２画像との間のずれを補正する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記コントローラは、前記第２試料切片の前記第３画像を生成した後、かつ前記第３試料切片の前記第３画像を生成する前に、前記第３観察領域の前記第２画像を生成する
ことを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
前記撮像装置はさらに、
前記試料に対して荷電粒子線を照射する照射部、
前記荷電粒子線を偏向させることにより前記撮像部が前記画像信号を取得する前記試料上の位置を走査する偏向器、
前記荷電粒子線が前記試料に衝突することにより生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記コントローラは、前記複数の切片として、生物組織の切片の画像を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記コントローラは、前記複数の切片として、材料の切片の画像を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。