JPS59163548A - 電子線回折像の自動分析方法 - 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等によって得られ、る′重子線回折
□□□から試料の同定をＡンラインで自動的に行ｌ：ｆ
うノフ法に関りる。

［従来技術］ 電子顕微鏡を用いて、透過像モード又は走査透過像モー
ドで、試料の回折像を撮影し、この回折像を分析して試
わ１の同定や指数付は或いは試料中の結晶の方位の測定
を行なつ−Ｃいるが、従来のノ）法にＪ３いては、全て
手作業で行なわざるを得なかつ　ｌこ　。

即ら、従来においては、まず回折像を１１ｉ影し、この
像を現像し、次にネガ上で回折像の寸法を測定して結晶
の格子面間隔であるｄ　ｆｉｏの組みを求め、この得ら
れたｄ値の組みを、種々の物質に対するｄ値を記録して
いるカードと照合してｄ値の組みが最も一致゛ツるカー
ドを選ひだし、試料の同定を行ない、更に選ばれたカー
ドに記入されている指数表（ｈ、に、ｌ）を利用して回
折像の指数付けを行なっている。

しかしながら、このような従来の方法は作業に知識と経
験を要すと共に、快適でない暗室作業を伴なう上、長時
間を要゛りという欠点がある。

［発明の目的］ 本発明は、このような従来の欠点を解決して訓ンライン
で自動的に回折像を分析して、試オ′！１のＩ「」１定
等を行ない得る電子線回折像の分析方法を捉供づること
を１］的としている。

［発明の（１４成１ 本発明は電子線回折像を電気信号に変換し、該信舅強度
の度数分布を表わＪ値を算出し、この月）出された１的
かどの値の範囲に入るかにより前記回折像がスポットの
みより成るか、リングのみＪ、り成るか、スポラ１〜と
リングの両者より成るかを判定し、この判定に基づいて
各回折スポラ（〜及び又はリングに対応する格子面間隔
１ｉｌ′１を求め、該〕１（められた試料に対づ”る格
了面間附値の絹みを−Ｊ２１ｊ　ｊ：ｊの物質の格子面
間隔値を表わすデータど照合ＪることにＪ、す、試料の
同定を行なうことを動機どじ（いる１゜ ［発明の作用］ 以下本発明において基本となっている、考えを説明する
。

回折像には、周知のように各々第１図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）に示すように、比較的大きな結晶から回
折された電子線に基づくスポラ１〜状の回折像のみから
成るもの、粉末状の結晶から回折された電子線に基づく
リング状の回折縁からのみ成るもの、両者が混在してい
るものの３種がある。そして、手作業で分析を行なう際
にも、スポットとリングに対しては別個の処理を行なう
必要があるが、手作業の場合には直感で容易に判断でき
る３者の区別を、自動的且つ到ンラインで分析を行なう
ために（ユ、あまり複雑な情報処理を覆ることなく、機
械的に判別し得ることが必要である。本発明８はスポラ
［〜のみ、リングのみ、両者混在の各場合で【、１、全
像面に占める明るさの人なる部分（即ら、スポット或い
はリングに対応しＩｊ部分）の比率（よ異なることに着
目し、回折像を構成する画素の明るさの度数分布（画素
の検出強度ことの出現数の分イｊｊ　）を多数の回折像
につい−（調べたところ、スポットのみ、リングのみ９
両者が混在した場合では、第２図において、点線イ、一
点鎖線［」、二点鎖線ハで示すような明瞭な違いがあっ
Ｉ、：。

但し、第２図におい−（、（必輔はツｑ）瓜■を、縦軸
は度数１−１　（１）を示しており、実線で示され−Ｃ
いるのけ、バックグラウンド成分である。そこ（、本発
明においで、この度数分布の違いを、例えば通常、分散
を求めるのに用いられる以下の式％式％（１） Ｃ′与えられる値０−を算出し、この（ｕ゛１がスポラ
ｈ、リンク、両者混在の各場合に対応して取られた１、
。

域のどこに入るかにより、回折像の種別を判別りるよう
にしている。但し第１式において、Ｉ（Ｊ以下の式によ
って与えられる加重平均である。

［実施例１ ト述した考えに基づく本発明の一実施例を１ツー・に詳
述する。

第３図は本発明を実施覆るだめの装置のｆｌｕ略を示ず
ためのもので、図中１は電子顕微♀１Σであり、４は電
子割算はである。電子口算橙４より電子顕微鏡１には電
子顕微鏡１を透過像観至モードにしたり、走査透過像観
察モードにしたり−りるための制御伝号が供給される。

この電子顕微鏡１には透過像を電気信号に変換するため
の１１υ像装置２が取りイ・」１プられており、電子顕
微鏡１が透過像観察モードになった際に、この搬像装置
２にょっで得られた画像に対応−するアナログの時系列
ｆ４号はＡＤ変換器３によりデジタル量に変換されＣ電
子計算１浅に供給される。又、電子顕微鏡１が走査透過
像ｅ察モードになった際には、透過電子検出器５が光軸
上に挿入され、試料を電子線で走査した際の透過電子の
検出信号がＡＤ変換器６にＪ、リデジタル信８に変換さ
れて電子口仲橙４に供給される。

電子訓算１幾４は１１段像装置２又は透過゛市子鉄出器
５より供給される画像イ＃　Ｓ”ｒや、Ｒ１’に才３１
を同定した結果−（″）、検索用の各種物質に対するｄ
値の組みにつぃＣのデータ省を記憶１Ｊる外部記憶）装
置７に化続されている。又、電子計算１浅１に（ユ回折
象モニター用のＣＲＴ８や、キーボード９．：Ｊンソー
ル用のＣＲ−ｒ　ｉ　ｏが接続されている。

このような４１４成の装置を用いて、まず、操作者はキ
ーボード９により電子計ｎｔｓ４に指令を匂えて、例え
ば、試料の透過霞モードにお【Ｊる回折像が撮像装置２
に投影されるようにりる。イこ−（゛、キーボード９に
より電子計算榔４に測定の開始を指令すると、゛重子計
算機１は第４図に承り流れ図に従って分析作業を進めて
行く。

即ら、まづ゛撮像装置２にＪ、っでこの服像）：、置の
画面上に投影された回折像をＡ　Ｉ）　ａ換器Ｊ目こＪ
、つＣデジタル信舅に変模しく電子計締機４に取り込み
、電子計ｐ機４内の記憶部に例えば５１２Ｘ　！ｉ１２
個の画素データとして記憶りる（ステップ△）１、次に
、電子計算）；（４ばこの記憶８れた画像データをＶ＋
（、ＪＪ出して、この画像の回ｈｔｉ像か千１々第１図
（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）に示りＪ、うなスポラ１−のみ
から成るしのか、リングのみから成るらのか。

それども両者が況在しているのかを判定弓る（スノーツ
ノ゛１３　）　、、この判定（−り以下のＪ、−）に１
１／、「う１、第す図に示すＪ、うに、画像の縦横にＸ
）乎（Ｓ：及びＹ　Ｊ’仁）票をどり、Ｘ月ｉ標がＸ、
Ｙ座標がｙ（ある画素の強度をＵＸＶ’Ｕ’表わづしの
とりると、仝ＵＸＶのうら強度■（゛ある画素の個数を
各Ｉの（ｌｌ′、Ｉ　Ｌつい−（語数して強度■につい
ての度数Ｈ（Ｉ　）を算出づる。次に１−１　（Ｉ　）
の値を用い−Ｃ第〈２）式で表わされる加重平均を算出
する。そこで、この加重平均の算出値を用いて、第（１
）式−Ｃ表わされる分散σを算出づる。更にこの算出さ
れたσか８８，０００以下である（ケース１）か、　　
１’０５，０００以上である（ケース２〉か、　８８，
０００と１０５，０００との間であるくケース３）かを
判別リ−る。但し、この場合、全画素数は５１２Ｘ　５
１２であり、ＬＪＸＶの明るさく強度）の階調は２５５
にとられている。ぞして、ウース１であれば、回折像は
スポラ１〜のみから成り、クーース２であれば回折像は
リングのみから成り、ケース３てあれば、回折像にはス
ポラ１へとリングが共に含まれているものと判定する（
ステップＢ）。

そこで、この判定に、よって例え（；１回折１へ８がス
ポットのみから成るものとすると、第４図にお（プるス
テップＣに移行し、全く回折を受りり゛に直進した電子
線のスポットである中心スポラ１−の座標（ｌＪｏ、Ｖ
ｏ）と他の回折スポラ）〜のＰｉＩ−ｉ票（（ｊ。

■）とを求め、更に中心スポットと各回１ｈスポツ［へ
まＣの距離Ｒ３及び各回１７７スポツトに対応りるｒｌ
　ｌ的ｌ）ｓを求める（スフツブＣ）。このスラップＣ
（↓詳細に４Ｊ第６図の流れ図に承りように、ＪＵ　□
−１’、ＵＸＶを　疋強度Ｊ、り小さいもの（黒レベル
）と一定強磨以１−のちの（白レベル）に分（ＪＣ所謂
２　ｌ１Ｃｉ化処■［１を行ないくステップＣ−、１）
　、　−ｊｅｔ！りの自レベル画素集団のうち、最大の
しのを中心メボツ１〜と兄なし、中心スポットの座標（
ｌＪｏ、＼’ｃ）を求める（ステップＣ−２）。但し、
白レベルのｊ３１！りのある画素集団の座標（Ｕ　、　
Ｖ　）は以上の演算にＪ、り求める。

ｕ　　＝　　（ｕｎ＋ａｘ＋ｕｍｉｎ）／　２−　　（
３−１）ｖ　　＝　　（ｖｍａｘ＋ｖｍｉｎ）　　／　
　２　　・−＜３　−　２　　）ここ−Ｃ，ｕｍａｘ、
　ｕ…１ｎは第５図に承りように各々この画素集団の最
大Ｘ座標値及び最小Ｘ　）、ｉ１４％ｊＨ値−（あり、
■月り４票（こついても圧Ｕ　１１である。従・＞　’
（、’　ｋｌ　Ｏは最大の画素集団のＸ座標の最大値と
最小藺の平均−Ｃあり、ＶＱ　ら同様である。わ゛じい
て、他の椀りの画素についてもその座標を求め、各回折
スポラ１〜の座標（ｕ　、　ｖ　）を求める（スフ−ツ
ブＣ−４）。

次に中心スポラ１〜（ｕｏ、Ｖｏ）から各スポラ１〜（
Ｕ　、　Ｖ　）までの距離Ｒ３を以下の計Ｖ−を行なう
ことにより求める１゜ Ｒｓ　　＝　　　（Ｌｌ−Ｕｏ　　　）’２　　　＋　
　（’ｖ−ＶＯ）　　２−（４）この際７７いに例えば
５％以内の３ｕいしかない複数の距離値データは本来同
一値どなるはずの−ｂのが、種ノＺの誤差の介入により
異なった値とイＡったどにえられるので、このような複
数の距離値の平均価を用いて一つの距離１的デ゛−タを
求める。そこて゛、求められた距離値Ｒｓに基づ、いｒ
結晶の格子面間隔値であるｄ　ｆｒｉ’＋　Ｄ　ｓを求
める（ステップＣ−５）。このｄ値は以下の一般式によ
り求める。

ｄ−（１−・λ）／Ｒ・・・（５） 但し、上式においてＲは中心スポットと回折スポラ１〜
（又は回折リンク）５Ｌ、での距離（・あり、（し−λ
）はカメラ定数である。カメラ定数は装置の状態によっ
て変化−づるため、格子面間１（ハリが既知である金の
蒸名粒子等を用いて測定したデータを用いて較正したも
のを用いる１゜ 次にリングのみから成６と判定きれた場合について説明
Ｊる。この場合には第４図６に示すよう（、ニステップ
Ｄに移行し、リングの半径Ｒｒ及びｄ値［）ｒを求める
。このステップＤを更に詳細に示し１計すのが第７図で
ある。いま、第８図に示づような画像を処理刃る場合を
例にとると、電子針幹１幾４において、各画素の座標Ｘ
に対してΣＵｘｙを幹出しくこの操作を画像のＸ軸への
剣影操１１「とよぶものとする）、同様に各画素の座標
ｙに対して６ΣＵｘｙを算出（この操作を画像のＹ軸へ
のｆ）Ｊ影操作とよぶものと゛づる）Ｊる（ステップＤ
　−１＞　、。

このΣＵｘｙ及びΣＵｘｙの値は各々ｘ、ｙのｌｌＩ′
！【こ対ｘ して例えば第８図の曲線Ａ、Ｂで示すよう＜１：’ｂの
となり、中心スポッ１−の位置に、ｌＩ３い°ＣＣ大人
イｓる。

そこで、曲線Ａ、［３において、狛が１１Ａ人どイにる
×座標と■座標を求めれば、これが中心スポツ１〜の座
標（ｕｏ、ＶＯ）である。このにうにし乙中心スポット
の斤ユ標（Ｕｏ、Ｖｏ）を求め（ステップＤ−２）だ後
、中心スポッ１への位置を通りＸ　ｉｌ’ｌｌｌに平行
な第８図においてｌ　、　ｍ　ｃ示ず線分とＹ軸に゛［
行な線分ｎ、ｓＪの画素の値（〕ｘｙを読Ｊノ出−Ｊ　
。

これら各線分上の画素の箭を、中心スポッ１〜ｉこ向う
向ぎに座標軸の向きを揃えて図示すると、各々第９図の
（ａ　）’＋　　（ｂ　）、　　（ｃ　）、　　（ｄ　
）で示りＪ、うに互いに略相似形をしており、いずれも
回折リングの位置に極大を有している。そこで、電子計
算機において第９図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）。

（ｄ　）に示した強度を足し合せて、第９図（Ｃ）（こ
示づ゛ような結果を得る演算を行ない、先に〕）ミめた
中心スポットの座標とこの第９図（０）に示寸値が極大
となる座標との距離を求めれば、これにより各リング半
径Ｒｒが高粘度に求められる。半径Ｒｒが求められると
、ステップＣの場合と同様に前記（５）式を用い−Ｃｄ
値を氷め６゜次に第４図におけるステップＢにおいて、
スポット−とリングが共１こ存在していると判定された
場合を説明する。このように判定されると、第４図にお
りるステップ［に移行°する。スう一ツブ［は詳細には
第１０図の流れ図に示づもの（・あり、即ち、まずステ
ップＤ−１にｉＪＥ　＆プる場合と全く同様に前述した
Ｘ＠への射影操作とＹ軸への射影操作を行ない、各１７
ΣＵＸＶを最大とづるＸと、ΣＵＸＶを最Ｘ 人とりる■を求め（中心スポッＩ〜のＩＩｉ’　４票（
＋１０゜Ｖｏ）どり６（スーＴツブＦ−１’　）。尚、
この場合回折１（＋には一スポット状のものし含まれ（
いくンため、Ｘ軸及びＹＩｉＩｉｌＩへのＩ’ｌ影強度
には第１′１図の１１、う（ニスボッ１〜に基つく極大
部Ｇが４−しるが、スポッ１への占める面積はリングの
面積に比較し゛（小さいため、極大部ＧがΣ１・・標（
ｕｏ、Ｖｏ）を求めイノ際にド・１１害にイ２ること＋
９１ない。Ｖ（に画像の２　ｋｔ″」イヒを行ないくス
テップ［：’−３）、この２舶化された画像１１′１報
に従つＣ同−画像内にＪ＞　ＬＳＩるスポッ１−とリン
グの弁別を行なう（ステップ［−４）。即Ｉ）、−しυ
りの画素集団につい−Ｃ前記第（／１）式に従っ（その
座標（Ｕ　、　Ｖ　）を求める。両糸９、団がリングな
らば、イの座標は最初に求めた中心スポットの座標（Ｉ
Ｊｏ、Ｖｏ）と同一か、或いはこの座標を中心とりる極
く小ざい半径１’　ｃの円内に位冒しくいる【まずであ
る。そこで、求められた各画素集団に対しくその座標が
この円内に入るか否かを判定し、この円内に入るものは
リングと児なして、スポッ１〜として分析処理する対象
から除外する。リングをスポットとして混同して処理づ
ると、小ざな距離Ｒｓを右する多数の回折スポッＩ〜が
存Ｙ「リ−ることになり、前記第（５）式により多数の
大きな餡を右りるｄ値が存在りるというム）１つだ分析
結果を導き２．そのため試料の正しい同定がで′きなく
なる、。

このＪ、うにしてリングを除外した、各スポッ１−に対
応づる画素集団の座標を求めた後（，１、中心スポツ１
〜のＪ４ｉ６標（ｕｏ、Ｖｏ）は既に求められ−Ｃいる
ため、第６図に示したステツノ゛Ｃ’３からＣ−５、Ｌ
でと全く同様の処理を行ない、各スポットの距：’ＴＪ
Ｊ　Ｒｒとｄ値を求める〈ステップ”　　５　）　ｎ’
　（１（に；Ｊ：　７図に示しｌこ流れ図にｄ３ＣＪる
スフ−ツブＤ　　３からスラップＤ　−５までと全＜ｌ
１Ｘｉ１）ｌ、贅の処理を行なうごとにより、各リング
の半径Ｒｌ゛とｄ値［）ｒを求める。

このようにしで、スラップＣ又は「によってスポットの
座標（Ｕ、Ｖ）、距離Ｒｓ及びｄ値Ｄｓが求められたら
、これらデータを各々電子計に、１　ｔｓ＝４の記憶部
の記憶領域ＰＸＹ、Ｒ８及びＤＳに記憶りる。同様にス
テップＤ又は［によってリングの半径Ｒｒ及びｄ値［）
ｒが求められたら、各１ｚ記憶領域ＲＲ及びＤＲに記憶
りる。そこＣ゛、次に第４図に示すステップ「を行４ｆ
い、外部記憶装置７に記憶、されている多数の各種物質
の（ｊ佃の組みを表ねづデータを読み出し、電子泪憧機
４におい−Ｃ既に求められた試料のｄ値データと照合す
る。この場合、外部２恨装置には第１２図（ａ　＞にポ
リように物質毎にその名称、屈づ−る結晶系、　ｉｔ　
Ｏ。

ｂＯ，Ｃｏで表わされる格子定数とよ（に複数のｆｊ値
データｄｉ、ｄ２．・・・ｄ、及び各ｄ値の指数（ｈ、
　　　ｋ、　　　ｌ　　　）１　　　、　　　（ｈ、　
　　ｋ、　　　ｌ　　　：ｌ＋＋　　　、　　　、＝（
ｂ。

ｋ　、　ｌ　）　ｎを記憶した原波検索データを記憶し
−Ｃいるが、この原波検索データからｔｉＬ効率良く物
′〔１の同定はできないたり、このデータを第１２図（
［））に承りようにｄ１的を中心にし−Ｕ　ｓｌＡへか
え−（効率良く同定のための検索を行ない１ＧるＪ、゛
うにしＣいる。即ら、この並べ変えた被検索データは、
原波検索データに含まれ−（いる全物質のｄ　ＩｉＯデ
ータを、例えば最も小さいものから順に並ｌ＼、各ｄ値
に対してこの値を右づる物質名に対応労るアドレスを記
憶するようにしたものである。電子計算（幾４により、
測定によって既に求めたｄ伯データとこの被検索データ
とを照合し、各ｄ直に対して該溝刃る物質名を拾い挙げ
て行さ、最も多くの回数挙げられた物質名が正しい名称
で゛ある着熱性が高いため、この名称を第１３図（ａ　
）に示りようにＣＲＴｌｏに表示づる。この同定結果は
第１３図（ａ　）の」、うに最も多く挙げられた結晶名
だ（プを表示俳るようにしても良いが、第１３図（ｂ　
）に示すように挙（づられた結晶名の全てをその挙げら
れた回数の％と共に表示づるＪ、うにしても良い。

このようにして第４図においＣステップ１−で示づ試料
の同定が終了覆ると、この同定された試料の各回折スポ
ットあるいはリングについＣ面指数の指数伺りと結晶方
位の算出が行なわれる（ステップＧ）。この面指数の指
数付（プは電子計算機４によっＣ外部記憶装置に記憶さ
れている原波検索データを読み出して、該当する物質の
ｄ値と指数との関係を記録しているデータを検索するこ
とにより行なう。又、結晶方位の割算も指数イ・１（つ
られたーｊ−タを基に逆格了ベク１ヘルのｉｉ韓を電了
泪（式（）穴４におい”０行にうことにＪ、って自動的
（こｉｉない、得られた結果をＣＲＴ　１０等に表示り
る。

尚、本発明は上述した実施例に限定されることなく幾多
の変形が司能で・ある１１例えば、１　ｉ、、、ｉｉ　
Ｉ、た実施例におい℃は、回折（（：を構成りる各画素
におりる検出強１シの度数分イｌｉを表わ’ＩＪ　’＋
’、１’＋をい出弓るため、所謂分散をｆ；）出づるた
めの式と同形の代を用いたか、他の式にＪ、・）（算出
し−（し良く３、例え（５、Ｌ′、第１への（Ｉ−［）
を３東した式を用い−（らｊ、１いし、第２図に示した
度数分４＋を表わり曲ｒ’ｒ：ｒ　’ａミス１８−ズイ
ンクた後、曲線の傾きを力ｉｉ出しく、この（１１１き
の値にＪ、り回折像がスポラＩ〜から成／、）かリング
から成るかを判定り−るようにしくし良い、。

［効果］ 上）ホしたように本願によれば、回Ｊｌｒ　ｉα（がス
ポラ１〜から成るものか、リングから成るしのか、あ６
いはスポラ１〜とリングの混在したものかを比較的簡単
な情報処理により自動的に判定して、夫々の場合に応じ
て別個の処理を行ない、試料をオンラインで分析するこ
とができる。従って、分析のための知識や経験が無くて
も、又快適で゛ない！１８室作Ａ“３をすることなしに
、試料の分析を知＋＋：！、間で行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は回折像がスポット状である場合、リング状Ｃ゛
ある場合、スポラ１〜とリングが混在している場合を比
較して示づための図、第２図は回折像がスポット状、リ
ング状１両名が混在の各場合にｄ５りる画素の検出強度
の度数分布を比較［７て示ずＩこめの図、第３図は本発
明を実施づるための装置の一例を承りだめの図、り１４
図（ま試才ご１を自動的に同定りるための処理の’７Ａ
Ｅれの全１水を承りだめの図、第５図は画素の座標と白
レベルの両糸集団の座標を説明するための図、第６図は
回折１６ξがスポラ１〜状である場合にｄ値を求めるた
めの流れ図、第７図は回折像がリング状Ｃ′ｄうる揚台
にｄ１白を求めるための流れ図、第８図は画素の射影操
作によって１冒られる強度を説明するための図、第９図
は中心スポラ１〜からリングまでの距離を求める処理を
訂１明りるための図、第１０図は回折像がスポラ１〜と
リングから成６揚合にｄ）１０を求めるための処理の流
れを説明りるｌ、：めの図、第１１図（よ回折部がスポ
ラ１〜とリングから成る場合の射影強度を例示りるため
の図、第１２図は原波検索データと原波倹素データから
作られＩこ被検索データを説明Ｊるための図、第１３図
は分析結果のＣＲＴにＪ５　＋ｊる表示例を示づための
図である。 １：電子顕微鏡、２：（１η像装置、３　：　Ａ　Ｄ変
換器、４：電子計算機、５：透′Ａｌ電了検出器、６：
ＡＤ変換器、７：外部記ＩＪム装置、８：モニター用Ｃ
ＲＴ、９：キーボード、１０：二ｌンソール用ＯＲＴ。 第１図 第３図 第４図 ｖ Ｖｍｉｎ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子線回折像を電気信号に変換し、該信舅強１シの度数
   分布を表わす値を緯出し、この算出されｌ二顧がどの値
   の範囲に入るかにＪ、り前記回折像がスポットのみより
   成るか、リングのミＪ：り成るか。 スポットとリングの両”ｌｊ　Ｊ、り成ろがを刊′Ｉ「
   シ、この判定に基づいて各回折スボッ１〜及び又【、１
   、リングに対応りる格子面間隔値を求め、請求められた
   ふ１：斜に対重る格子面間隔値の組みを種々の吻Ｃ″Ｉ
   （７）侶了面間隔沁を表わリーデータと照合することに
   ｊ、す、試料の同定を行なうことを特徴どりる電了線回
   １）ｆ像の自動弁４ｆｉ方法。