JPS61290640A - テレビ電子顕微鏡の焦点合せ装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は透過形電子顕微鏡の焦点合せ法の改良に関する
。

〔発明の背景〕

最近、透過形電子顕微鏡（以下、電顕と称する）の結像
面の像をテレビで観察するテレビ電子顕微鏡（以下、テ
レビ電顕と称する）が広く使われるようになった。

このテレビ顕微鏡の特長は、試料を明るいテレビの像と
して見ることができる点にある。そのため、試料の動的
観察、すなわち、試料が時々刻々変化してゆく様子など
を調べる際に適している。

また、従来の電顕と異なって、多くの人が同時にテレビ
の画面を見て、試料に関する種々の議論ができる点も、
テレビ電顕の特長であるつテレビ電顕においても、従来
の電顕の場合と同様、電子レンズの焦点補正（焦点合せ
）、非点隔差補正（非点合せ）は重要な仕事である。

従来は、人間の眼を経験による勘に頼ってきた。

ところが最近のテレビ電顕では、ビー、マグリッジ等；
゛１エレクトロン・マイクロスコピイ・１９８２”。

Ｐ５２４　（１９８２）　　（Ｂ、Ｍｕｇｇｒｉｄｇｅ
　ｅｔａｌ；　”ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｙ１９８２″Ｐ５２４（１９８２））に示されているよ
うに、２次元フーリエ変換の技術がこれに応用されるよ
うになっている。すなわち、テレビカメラを通して像を
画像メモリに格納し、そのデータを使って２次元フーリ
エ変換を行ない、像の２次元の周波数スペクトルを求め
て焦点はずれ量や非点隔差量を計算する。

ところが、この方法の問題点は２次元フーリエ変換に多
大の時間を要することである。たとえば。

現在最高速度で演算するＦＦＴ　（高速フーリエ変換器
）を用いても、２５６Ｘ２５６画素の像に対する２次元
フーリエ変換は約１５秒を要し、また。

５１２Ｘ５１２画素の像に関しては約６０秒かかる。こ
れでは、即時性を特長とするテレビ電顕に対応しきれな
い。

このように時間のかかる最大の原因は、ＦＦＴを使用す
る必要性から空間周波数成分を２次元の全周波数にわた
って求めるためである。

電顕の結像原理を理論的に考察すれば、焦点はずれ量、
非点隔差量、非点方向を知るには、２次元の全空間周波
数に対するスペクトルを調べる必要はなく、像３の方向
に対する周波数スペクトルを測定すれば求まることが分
る。

すなわち、１次元のフーリエ変換計算を３度行なうこと
により、焦点合せや非点合せの目的が達成さする。この
時、−フーリエ変換の演算時間は２５６Ｘ２５６画素の
場合には３７２５６倍。

５１２Ｘ５１２画素の場合には３１５１２倍短縮されて
いる。

そこで、従来の電顕に対する他の提案として、実用昭５
７−７５４７３号公報のように、結像面に３個のライン
・イメージ・センサを設け、そのフーリエ変換を行なう
提案がなされている。

しかしながらこの装置においては、焦点合せを行なう際
に、ライン・イメージ・センサを結像面に設営する必要
性があり、像が観察できない問題点があった。また、こ
の時、像を同時に見るためライン・イメージ・センサを
結像面の周辺に配置すると、レンズ系の周辺ひずみや、
軸外収差のため。

正しい焦点はずれ量が測定できない問題点があった。

これらの理由ににより、この装置はテレビ電顕に応用す
ることができず、テレビ電顕において明るい像を見なが
ら、かつ、自動的に、すみやかに焦点合せを行なう装置
の実現が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明の第１の目的は、電顕の焦点合せを短時間で行な
う焦点合せ装置を提供することにある。

さらに、本発明の第２の目的は、テレビで試料の像を時
々刻々ｗｔ察しながら、焦点合せや非点合せのできるテ
レビ電子顕微鏡の焦点合せ装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため１本発明のテレビ電子顕微鏡
の焦点合せ装置では、結像面の像を撮像するテレビカメ
ラと、その像を格納する画像メモリと、その画像メモリ
の内部で１列に並んだ少なくとも３方向に関する信号弦
度の空間周波数成分を演算するフーリエ変換器と、その
結果を個別に格納する少なくとも３個の１次元メモリと
を備え。

１次元メモリの内容から焦点はずれ量、非点隔差量、非
点方向を計算するようにしたことを特徴としている。　
　　′ 〔発明の実施例〕 以下１本発明を図を用いて詳細に述べる。

第１図は本発明の一実施例である６′ 鏡体２３内の電子銃１から出た電子線２はコンデンサレ
ンズ３で集束され、試料４を照射する。

試料４を透過した電子線２は拡大レンズ５により、ガラ
ス板に蛍光体を塗付した蛍光板６に結像する。この像は
、テレビカメラ７を通して画像メモリ８に入る。

画像メモリの内容はＣＲＴ９に表示され、我々は蛍光板
６上の暗い像を明るいテレビ像として観察することがで
きる。

画像メモリ８は蛍光板６上で直交したＸ、Ｙの２方向に
対応した５１２Ｘ５１２個の記憶番地に分けられ、その
各番地毎に、対応する画素の明るさが記憶されている。

画像メモリ８の内容は１次元フーリエ変換器１０により
、先に示すフーリエ変換の演算がなされ、その結果とし
て得られる周波数スペクトルの値が切換スイッチ１１を
通して１次元メモリ１２゜１３．１４に格納される。

各１次元メモリ１２，１３，１４の記憶番地は２５６個
ある。その各番地は画像の１方向に関する空間周波数に
対応し、その番地に記憶されている内容は、その画像に
おいて、その空間周波数成分が占める割合に対応してい
る。

焦点はずれ量演算器１５は３個の１次元メモリ１２．１
３．１４の内容から画像の３方向の焦点はずれ量Δｆ　
ｌ’ｆ　ΔＬｌ　Δｆ１を計算し、全体制御器１６に知
らせる。

全体制御器１６は、その値を画像合成器１７を通してＣ
ＲＴ９の試料像に重ねて表示するとともに、Δｆｉｔ　
Δｆａｔ　Δｆ、から拡大レンズ５のレンズ電流値補正
量Ａ１．および、非点補正１！２１に与える補正電流量
ＡＩ、、　ＡＩ、を計算して、レンズ電源１８．非点補
正器電源１９に通知する。

上記が本発明の一実施例の概要であるが、今、各演算器
の演算内容を以下に詳しく説明する。“画像メモリ８の
各番地を画像のＸ方向、Ｙ方向に対応させ（ｘ、ｙ）で
あられし、その番地に記憶されている画素の明るさをＡ
（Ｘ、Ｙ）であられす。

本実施例ではＸ、Ｙは１から５１２までの正整数である
。

画像メモリ８に像をとり込んだ後、１次元フーリエ変換
器１０は信号線２０を通して入ってくる信号を受は次の
３つの１次元フーリエ変換を行ない、その結果を３つの
１次元メモリ１２〜１４に　。

格納する。

すなわち、１次元メモリ１２，１次元メモリ１３．１次
元メモリ１４には、それぞれ、の計算をＯから２５５ま
での整数Ｋにしてい行ない、結果の絶対値を各１次元メ
モリのに番地に格納する。

（１）式、（２）式、（３）式により、テレビカメラ７
から画像メモリ８にとり込んだ像のＸ方向、Ｙ方向、お
よびそれらと４５＠の角度をなしたＺ方向の空間周波数
スペクトルが計算されている。たとえば、ＦＸ（０）は
画像のＸ方向の明るさ分布の直流成分を示す量で、Ｘ方
向の明るさの平均値に対応している。

各１次元メモリの内容は第２図のようなものである。

第２図の横軸は各１次元メモリの各番地（Ｋ）であり、
画像の空間周波数ωに比例している。

すなわち、 ω＝Ｃ−Ｋ　　　　　　　　　　　　（４）比例定数Ｃ
の値は、拡大レンズ５の倍率とテレビカメラ７の撮像面
の寸法とから各方向（Ｘ方向。

Ｙ方向、Ｚ方向）に対してあらかじめ計算されている。

第２図の縦軸は、上に述べたよう、空間周波数ωの成分
が画像に占める割合を示している。たとえば、周波数ω
３では、その値が零となっているため、空間周波数′ω
８の成分は、この画像では欠落していることを示してい
る。

電顕像において特定の空間周波数成分が欠落している現
象は拡大レンズ５が完全でないため発生する現象で、欠
落する空間周波数は拡大レンズ５の焦点はずれ量Δｆや
球面数差係数Ｃ０はどに依存する。

焦点はずれ量演算器１５は３つの１次元メモリ１２〜１
４から周波数成分が最初に零、もしくは極めて小さい値
となる空間周波数ωよ、ω７．ω、を読みとり、Ｘ方向
、Ｙ方向、２方向の焦点はずれ量Δｆ□　Ａｆ　ｙｔ　
Ａｆヨを計算する。

すなわち。

である、ここで、各方向で焦点はずれ量が異なる理由は
、非点隔差によるもので、焦点はずれ量の最大値と最小
値との差が非点隔差Ｃ１と定義されていることは言うま
でもない、また、（５）式、（６）式、（７）式は試料
４が電子線２の位相差によりコントラストをつける位相
物体であることを仮定して。

電顕の結像原理より導かれる方程式で、たとえば、ジエ
イ・スペシス；“エクスペリメンタル・ハイ−レゾル−
ジョン・エレクトロン・マイクロスコビイ、′クラレン
ドン・プレス・オックスフォード、　Ｐ　８１　（７９
ｇ　／　　）　（Ｊ、５ｐｅｎｃｅ　；“Ｅｘｐｅｒｉ
ｍｅｎｔａｌＨｉｇｈｒｅｓ＋ｏｌｕｔｉｏｎ　　Ｅｉ
ｅｃｔｒｏｎ　　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”、Ｃｌａｒｒ
ａｍｄｏｎ　Ｐｒｅｓｓ、０ｘｆｏｒｄ、Ｐ　８１　　
（／り？／）の（３−２０）式を変形することにより得
られる。ここでＣ，は初物レンズの球面収差係数、入は
使用している電子線の波長である。第１図に戻りＡｆ　
−ｙ　ΔｆｙｔΔｆｔの値は全体制御器１６に送られ、
拡大レンズ５の各方向に対する平均的な焦点はずれＡｆ
量。

非点隔差Ｃａ　ｐ　レンズ主面での非点隔差の方向φ。

が以下の式により計算される。

本実施例では全体制御＠１６としてパーソナルコンピュ
ータを用いている。

Δｆ＝−（Ａ　ｆ、＋Ａ　ｆ、）　　　　　　　　　（
８）ま ただし、φ１は拡大レンズ５に磁界レンズを使用してい
るため発生する試料像の回転量に対応する角度であり、
あらかじめ、実験により求められている。

（８）式、（９）式、　（１０）は前述２つ目の文献に
示されるよう、拡大レンズの平均的焦点はずれ量をΔｆ
、非点隔差をＣａ　を非点隔差の方向をφ。と仮定した
時、方位角φの方向に対する焦点はずれ量Δｆ。′（φ
）が とあられせることから容易に導びかれる。

全体制御器１６で計算されたＡ　ｆ　ｔ　Ｃ，、ｔａｎ
（２φ。＋φ１）の値は画像合成ＷＩ７−により元の電
顕像に重ねてＣＲＴ９に表示される。

さらに全体制御器１６はＡｆの値からＡｆを零にするに
必要な焦点補正用レンズ電流値Ａ１．を求める。また、
Ｃ，とｔａｎ（２φ−ψ、）との値から、非点補正器２
１に与えるべき２つの電流値ΔＩＸｔＪｘｖを決め、そ
れぞれの電流値を現在の電流値に重ねて出力するようレ
ンズ電源１８．および非点補正器電源１９に指示する。

ＡｆとΔＩ０．および、Ｃ，、ｔａｎ（２φ。＋φ１）
とＩ、、Ｉｙとの関係はあらかじめ実験により測定され
、全体制御器１６の内部にテーブルとして記憶されてい
る。そのため、これらの変換計算は極めて迅速に行なわ
れる。

第３図は本発明の他の実施例である。この実施例では画
像メモリ８とフーリエ変換器１０との間に切換スイッチ
（２）　２４と信号加算器２６，２６゜２７を設けてい
る。第１図の実施例では（１）式。

（２）式、（３）式に示されたように画像の１例のデー
タのみを使ってフーリエ変換計算を行なったが、第３図
の実施例では画像の全てのデータを使ったフーリエ変換
結果ΦＳ／Ｎを高めようとしている。

信号加算器２２，２３．２３は、それぞれ、Ｂ（Ｙ）＝
ΣＡ（Ｘ、Ｙ）　　　　　　（１３）の演算を行ない、
その結果をフーリエ変換器１０′↓こ入れ、その周波数
スペクトルをそれぞれの１次元メモリ１２〜１４に入れ
るようにする。

この実施例では、２次元の画像情報は全て使って信号の
Ｓ／Ｎを高め、かつ、演算時間の短縮を為している。こ
のことにより、精度の高い周波数スペクトルが求まり、
その結果、より正確なＪＩ。。

ＡＩえ、Δ工、が求まる。周波数スペクトルからΔＩｏ
ｔ　ΔＩＸ？　Δ工、が求める装置ならびに方法は第１
の実施例と全く同じである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、テレビで試料の
像を観察しながら、焦点はずれ量などを知ることができ
、さらに、その電顕の焦点合せが短時間で自動的になさ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による焦点合せ装置の１実施例を示すブ
ロック構成図、第２図は１次元メモリの内容を示す説明
図、第３図は本発明の他の実施例である。 １・・・電子銃、２・・・電子線、３・・・コンデンサ
レンズ、４・・・試料、５・・・拡大レンズ、６・・・
蛍光板、７・・・テレビカメラ、８・・・画像メモリ、
９・・・ＣＲＴ、１０・・・、１次元フーリエ変換器、
１１・・・切換スイッチ、１２・・・１次元メモリ１，
１３・・・１次元メモリ２．１４・・・１次元メモリ３
．１５・・・焦点はずれ量演算器、１６・・・全体制御
器、１７・・・画像合成量、１８・・・レンズ電源、１
９・・・非点補正量電源、２０・・・信号線、２１・・
・非点補正器、２２・・・焦点計測装置。 ２３・・・電顕鏡体、２４・・・切換スイッチ２．２５
・・・信号加算ｌ１１．２６・・・信号加算ａＩ２．２
７・・・信号加算＠３゜ 第　１　　図 葛　２　図 １；大ｔｘｔ＋７／ｌＡ参Ｊ１！ 冨　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子線像を得るための試料と、上記試料を透過した
   電子線を結像スる電子レンズと、上記像を撮像するテレ
   ビカメラと、上記像を記憶する画像メモリとを備えたテ
   レビ電子顕微鏡において、フーリエ変換演算器と、少な
   くとも３個の１次元メモリとを設け、上記各１次元メモ
   リには画像の特定方向に沿つた空間周波数スペクトルを
   記憶させるようにして構成されてなることを特徴とする
   テレビ電子顕微鏡の焦点合せ装置。 ２、連立１次方程式を解く演算器を設け、上記１次元メ
   モリに貯えた空間波数スペクトルの値から上記電子レン
   ズの焦点はずれ量、非点隔差量、非点方向の演算し、Ｃ
   ＲＴに表示するようにしたことを特徴とする第１項のテ
   レビ電子顕微鏡の焦点合せ装置。 ３、上記焦点はずれ量、非点隔差量、非点方向の各値か
   ら、上記レンズの補正電流値、非点隔差補正電流値を計
   算し、これらをレンズ電源、非点補正器電源にフィード
   バックするようにしたことを特徴とする第２項のテレビ
   電子顕微鏡の焦点合せ装置。