JPH03194839A - 電子顕微鏡における焦点調整方法及び非点収差補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子顕微鏡における透過像や走査像の焦点調整
及び非点収差補正方法並びに該装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

電子顕微鏡において、高分解能像（高倍率像）を観察・
撮影するには最適な焦点調整・非点収差補正が必要とさ
れている。しかし、これらの操作は非常に難しく熟練を
要する。近年、このような操作者への負担を軽減するた
めに自動焦点調整・自動非点収差補正装置の期待が高ま
っており、いくつかの手法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

その一つの手段は、電子顕微鏡によって得られる画像の
統計的分散を利用しこれが焦点ずれ量または非点収差量
の関数としてどのような特性を持っているかを検討し、
これによって自動焦点調整。

自動非点収差補正を行うものである。またもう一つの手
段は、照射ビームを傾斜させることによって生じる像の
ずれ量を利用して、同様の目的を達成させるためのもの
である。しかし、特に透過形電子顕微鏡においては検出
感度や下記のような高倍率における問題などから実用化
が難しいものであった。透過形電子顕微鏡の高倍率にお
いては、位相コントラストが問題となり観察対象となる
構造の大きさが焦点ずれ量で異なるのである。従って画
像の周波数特性を見ながらの焦点調整が不可欠である。

更にもう一つの例は、電子顕微鏡によって得られた像を
（二次元）、フーリエ変換した結果により焦点のずれ量
、非点収差量を測定する方法を提示している。他のもう
一つの例では二次元のフーリエ変換の代わりに、処理速
度向上、メモリエリアの節約等の改善のために二次元の
画像を一次元に圧縮し、これを一次元フーリエ変換し、
焦点調整や非点収差補正に有効であることを指差してい
る。

しかし上記最後の２つの例では１画像を二次元或いは一
次元フーリエ変換することにより、焦点ずれ量や非点収
差係数等の情報を導出または画像とフーリエ変換との対
比に留まっており、自動焦点調整または自動非点収差補
正を行う上で、どのように焦点調整用電子レンズの電流
や非点収差補正装置の補正電流を制御するかについて考
慮されていない。

本発明の目的は、自動的に正焦点位置にまたは自動的に
非点収差補正を行うための最適な方法及び装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するためには、次のようにして導出する
値を焦点ずれ量や非点収差量の関数として求め、該関数
が形づくる曲線のほぼ対称となる位置を正焦点または非
点収差量が最小であるという特性を利用し自動の焦点調
整や非点収差補正を可能としたものである。ここで導出
しなければならない値とは、電子顕微鏡によって得られ
た画像の成因形の範囲内だけで二次元強度分布を或一次
元方向に沿って強度を積算し、該積算した関数に一次元
フーリエ変換を施し、フーリエ変換後の関数を積算して
得る値である。またさらに、円形の範囲内の画像を回転
させ、同様に一次元への画像圧縮（積算）、フーリエ変
換、その積算値を様々な回転に対して行い、該積算値の
総和または平均値を上記の導出すべき値としても用いる
ことも有効である。

第１図に焦点ずれ量（ΔＺ）と前述の積算値の総和（Ｉ
）の関係を実験によって得た結果を示す。

第１図において、縦軸、横軸とも正規化している。

また、像の回転は１５°毎の２４方向で行なっておりバ
ンドパスフィルタリングを行なっている。

つまり一次元フーリエ変換した関数を空間周波数に対し
て最大周波数の１２％から５６％までの範囲で積算した
値で或回転θ１に対しての積算値を第１図よりわかるよ
うに極小値をとっている位置は、この関数の曲線のほぼ
対称位置であり正焦点位置である。

第１図同様に非点収差（ΔＡｘ）に対しての実験結果を
第２図に示します。第１図同様、第２図においても各軸
は正規化され、フィルタリングされている。第２図より
わかるように極小値をとっている位置は、この関数の曲
線のほぼ対称位置であり非点収差量が最小の位置となっ
ている。

また第１図における最大値（極値）は５ｃｈｅｒｚｅｒ
フオーカスと言われる最適なｄｅｆｏｃｕｓ量であり位
相コントラストが最もよくなる焦点位置である。

〔作用〕

第１図のような焦点ずれ量の関数は焦点を決める電子レ
ンズの励磁電流を或一定倍に変化させ、その都度、画像
を取込み前述のように一次元方向に画像の強度を積算し
、それをフーリエ変換し更に該関数を積算した値を画像
の回転に対してそれぞれ行い、それらの回転角に対して
の値を全て、更に積算した値を電流の変化毎に求める。

以上の手順によって求められる各焦点ずれ量に対しての
積算値の関数より、該関数が形づくる曲線の対称となる
位置を求め、その位置の値に焦点電流を設定すると自動
的に焦点を調整することができる。

第２図における非点収差量の関数も同様の手順で非点収
差補正装置の補正電流を変化させて行えば自動的に非点
収差補正することができる。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例を示したものである。

まず画像の処理の流れからこの図を用いて以下、説明す
る。

画像は透過形電子顕微鏡１の場合と走査路電子顕微鏡２
の場合があり、４により選択可能である。

前者の画像の場合には最終像を透過形の螢光板上に結像
させ、これをＴＶカメラ１を用い撮影し電気信号に変換
し、画像信号としている。後者は直接ＴＶモードでの画
像信号またはスロースキャンによる画像信号としてＡ／
Ｄ変換器２を介して、フレームメモリ（ＲＡＭ）５に取
込まれる。入力された画像はノイズ除去の為、必要に応
じてアキュームレータ６によって積算され静止画像とし
てフレームメモリ５に格納される。

フレームメモリ７はＣＲＴ上に表示するためのバッファ
（ＶＩＤＥＯＲＡＭ）　であり、取込マれたまたは、処
理された画像データが格納され、このデータを表示する
。フレームメモリ５中の画像は、サンプリング回路１０
によって指定されたベクトルの方向、指定された拡大・
縮小率や中心位置をもって円形の像としてサンプリング
される。

上記指定はコンピュータ９ｃによって行われる。

このサンプリングされた画像はそのエツジ部分によるア
ートファクトを防ぐため、ロジック回路１１によってウ
ィンドーがかけられる０次に一次元方向へ一次元プロジ
エクタ１２によって画像が圧縮（プロジェクト）される
、すなわち一次元プロジェクタでは二次元配列である画
像データを行または列によって積算し、一次元のデータ
として圧縮する。この一次元に圧縮されたデータは一次
元ＦＦＴ１３にかけられ、計算されたスペクトルは１４
に格納されて入力画像と同様にＣＲＴ上に表示すること
もできる。また上記のスペクトルはコンピュータ９Ｃに
よっていつでも読出しが可能である。

ここで、透過形電子顕微鏡１や、走査路電子顕微鏡２は
それぞれの制御コンピュータ９ａ、９ｂによって取込み
画像の焦点を可変すなわち焦点調整用電子レンズの電流
がコントロールされており、コンピュータ９ｃと通信に
よって接続されている。

また各々コンピュータ９ａ、９ｂは、非点収差補正装置
の励磁電流をもコントロールしている。従ってコンピュ
ータ９Ｃの指示によって１，２の焦点、非点収差補正を
制御できる構成となっている。

以上の様な構成において、自動的に正焦点または非点収
差補正を行うことについて以下に説明する。焦点または
非点収差補正装置の励磁電流をΔＺまたはＡＡｘずつ変
化させ、その都度、前述のようにして得られる一次元フ
ーリエ変換後の関数を積算した値Ｉを求め、第１図また
は第２図で示すような曲線を求める。この曲線より次式
で示すような相互相関数Ｗ（ｙ）が最大となるＺまたは
Ａｘを求めその位置を正焦点または非点収差補正が最小
として各電流を設定する。

ここで工は工の平均値であり、対称中心がＺ′（または
Ａｘ’　）であるとするとｕ＝２２’　　（または２Ａ
ｘ’　）のときＷ（ｙ）が最大となる。

以上のような手順でＺ、Ａｘを求め、コンピュータ９Ｃ
より、通信で正焦点電流または非点収差補正電流を設定
することによって、自動的に正焦点または非点収差補正
を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電子顕微鏡における焦点調整。

非点収差補正が精度よく自動的に行うことができ、且つ
短時間で行うことができるので電子顕微鏡における操作
者の熟練、労力を必要とせず、その操作性の向上に大い
なる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における自動焦点調整の手順を説明す
るための実験結果である。 第２図は、本発明における自動非点収差補正の手順を説
明するための実験結果である。 第３図は、本発明の一実施例を示す構成図である。 １・・・透過形電子顕微鏡（テレビカメラ含む）、２・
・・走査形電子顕微鏡、３ａ、３ｂ・・・ＡＤ変換器。 ４・・・シグナルセレクター　５・・・フレームメモリ
、６・・・アキュームレータ、７・・・フレームメモリ
（ＶＩＤＥＯＲＡＭ）　、８・ＣＲＴ、９ａ。 ９ｂ、９ｃ・・・コンピュータ、１０・・・サンプリン
グ回路、１１・・・ウィンドウ回路、１２・・・一次元
プロジェクタ、 １３・・・一次元高速フーリエ変換器、第 図 第 図 （Ａｘ−Ａｘ・）／Δ＾Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子顕微鏡によって得られた画像の二次元強度分布
   を或る一次元方向に沿って強度を積算し、該積算した関
   数に一次元フーリエ変換を施して、該変換後の関数を積
   算することによって得られる値が、焦点ずれ量の関数或
   るいは非点収差量の関数として、該関数が形づくる曲線
   の極値またはほぼ対称となる位置を正焦点または非点収
   差量が最小としたことを特徴とする電子顕微鏡における
   焦点調整方法及び非点収差補正方法。 ２、電子顕微鏡によって得られた画像の或円形の範囲内
   だけの画像を該円の中心を中心として任意の角度で回転
   し、一次元のフーリエ変換後の積算関数を少なくとも相
   異なる２種以上の回転角で行い、各回転に対して得られ
   る該積算関数の更に積算した値或いは平均値が焦点ずれ
   量或いは非点収差量の関数として、該関数が形づくる曲
   線のほぼ対称となる位置または極値をとる位置を正焦点
   または非点収差量が最小としたことを特徴とする請求項
   １に記載された電子顕微鏡における焦点調整方法及び非
   点収差補正方法。 ３、フーリエ変換後の関数の低次または高次の空間周波
   数に相当する値を除いた即ちバンドパスフィルタリング
   を行った後、積算することを特徴とする請求項１又は２
   に記載された電子顕微鏡における焦点調整方法及び非点
   収差補正方法である。 ４、各回転に対して得られる一次元フーリエ変換後の関
   数の各回転に対する該関数の積算値の最大値Ｉｍａｘ、
   最小値Ｉｍｉｎと各回転の積算値の平均値Ｉｍｅａｎに
   より非点収差係数ξ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／Ｉｍｅ
   ａｎを求め、該係数を最小とするようにしたことを特徴
   とする電子顕微鏡における非点収差補正方法。 ５、各回転に対する積算値を導出する際にバンドパスフ
   ィルタリングを行うことを特徴とする請求項４に記載さ
   れた電子顕微鏡における非点収差補正方法。 ６、各回転に対して得られる一次元フーリエ変換後の関
   数の空間周波数に対する各関数の値が或一定値以上とな
   る空間周波数の範囲ｌの最大値ｌｍａｘ、最小値ｌｍｉ
   ｎと各回転に対しての該範囲ｌの平均値ｌｍｅａｎによ
   り非点収差係数ξ＝（ｌｍａｘ−ｌｍｉｎ）／ｌｍｅａ
   ｎを求め該係数を最小となるようにしたことを特徴とす
   る電子顕微鏡における非点収差補正方法。