試料ドリフト補正装置、これを備えた結像光学システム、及び試料ドリフト補正方法
【課題】試料ドリフトによるモーションぼけを防止し、分解能の高い観察画像を得ることが可能な試料ドリフト補正装置、これを備えた結像光学システム、及び試料ドリフト補正方法を提供する。
【解決手段】本発明は、光または電子ビームを試料に向けて照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像して受像面に像を形成するとともに、当該像を撮影する結像光学装置に取り付けられる試料ドリフト補正装置であって、像の連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算部と、撮影手段による１ビデオフレーム周期に同期して、１ビデオフレーム周期の１００００分の１〜３分の１の短い時間に光または電子ビームを試料に照射させる制御部とを備えている。
【解決手段】本発明は、光または電子ビームを試料に向けて照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像して受像面に像を形成するとともに、当該像を撮影する結像光学装置に取り付けられる試料ドリフト補正装置であって、像の連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算部と、撮影手段による１ビデオフレーム周期に同期して、１ビデオフレーム周期の１００００分の１〜３分の１の短い時間に光または電子ビームを試料に照射させる制御部とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡等の結像光学装置に用いられる試料ドリフト補正装置、これを備えた結像光学システム、及び試料ドリフト補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光や電子線、荷電粒子線を照明光として用いる各種顕微鏡では、結像光学系の開口数（ＮＡ）や波面収差などによる結像光学系自体の分解能制限が存在する。これに加えて、超高分解能電子顕微鏡などでは試料ホルダの位置不安定性や電子線・荷電粒子線の照射によって生じる試料自体の変形などが加わり、分解能を本来の分解能より更に低下させているのが現状である。
【０００３】
これらの分解能劣化要因中、試料ホルダの位置不安定性には、空気中から伝搬してくるエアコンなどの外部騒音や顕微鏡筐体を通じて伝搬する外部の機械的振動によるドリフトが含まれ、１Ｈｚ程度以上の比較的高い周波数領域で複数のスペクトルピークと特定の振動方位を持つことが多い。一方、試料ホルダに温度の不均一があると、熱膨張・収縮を生じ、例えば、図６に示すように、ランダム性を伴った試料ドリフトが観察される。通常の観察ではこのドリフト移動に加えて、数ないし数十Ｈｚの外部振動が加わることがある。このような時間の中で起きる試料の振動・ドリフトは観察像にモーションぼけを生じさせ、分解能の低下が生じる。
【０００４】
このモーションぼけに対する対策として従来から行われてきた方法として、例えば特許文献１に示すようなテンプレートマッチング画像処理を利用したものがある。その一例を説明する。まず、多数ビデオフレームの撮影を行い、ビデオフレーム間あるいは基準ビデオフレームとの移動ベクトル推定を行う方式で試料ドリフト検出をする方法がある。まず、例えば、図７（ａ）に示すように、ある画像がＸ方向にずれた場合について、相互相関関数法による移動ベクトル推定を行うと、図７（ｂ）に示すように、相関関数のマップのＸ方向ピークＤ０からＸ方向の移動量が推定される。同様に、マップのＹ方向のピーク位置からＹ方向の移動量が推定される。
【０００５】
以上の手法をもとに、電子式撮影方式を用いた高分解能電子顕微鏡を用いて、フレーム間相関による動きベクトル推定・補正・積算処理を行い、分解能と観察画像のＳＮ比改善を試みた結果が数多く報告されている。
【特許文献１】特開平５−３４３０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電子顕微鏡で用いられるビディコン等の撮影管、ＣＣＤ等の撮影素子いずれにおいても充分なＳＮの画像情報を収集するためには、フレーム間の時間間隔に近い蓄積時間を取ることが必要である。このため、１フレーム内での試料振動・ドリフトが無視できない場合、各フレーム画像にモーションぼけが発生する。その例を図８に示す。同図は、Ｘ方向の試料ドリフトのみを示しており、試料が各フレーム内でドリフトしているのが分かる。このようなモーションぼけがフレームごとに生ずると、上述した相関関数のマップのＸ方向ピーク（Ｄ０）を検出しにくくなり、その結果、移動ベクトル推定の精度が低下するという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、試料ドリフトによるモーションぼけを防止し、分解能の高い観察画像を得ることが可能な試料ドリフト補正装置、これを供えた結像光学システム、及び試料ドリフト補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光または電子ビームを試料に向けて照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像して受像面に像を形成するとともに、当該像を撮影する結像光学装置に取り付けられる試料ドリフト補正装置であって、上記問題を解決するためになされたものであり、前記像の連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の全ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算手段と、１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射させる制御手段とを備えている。
【０００９】
なお、ここでいう電子ビームとは、電子線や荷電粒子線の他、イオンビームを示す。また、受像面としては、例えばシンチレータ（蛍光板）や半導体Ｘ線検出器アレイを用いることができる。また、電子ビームではなく、光を用いる場合には、受像面として、撮像デバイスの光電面やフォトダイオードアレイを用いることができる。
【００１０】
上記試料ドリフト補正装置において、制御手段は、前記１ビデオフレーム周期に同期して当該１ビデオフレーム内に再度光または電子ビームを試料に照射して、受像面のずれた位置に複数枚の画像を逐次形成させ、演算手段は、前記１ビデオフレーム周期内で逐次形成された複数枚の画像データの微分性画像演算をとることで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成し、当該新たな１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得るように構成することができる。
【００１１】
ここでいう微分性画像演算とは、例えば、１回微分型の差分演算や、２回微分型のラプラシアン演算を示すが、さらに高次の微分を用いる演算も可能である。なお、差分演算を行うには、通常２画像を用い、ラプラシアン演算を行うには、通常５画像を用いる。但し、２画像でラプラシアン演算を行うことも可能である。
【００１２】
また、本発明にかかる結像光学装置は、上記問題を解決するためになされたものであり、光または電子ビームを試料に向けて照射する照射手段と、試料を透過した光または電子ビームを結像する結像系と、結像された試料像を受像する受像面と、前記受像面上の像を連続ビデオフレーム撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の全ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算手段と、１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射させる制御手段とを備えている。
【００１３】
上記システムは、前記照射手段と試料との間に配置され、試料への光または電子ビームの照射を遮断する遮断手段をさらに備え、制御手段は、１ビデオフレーム周期に同期して、光または電子ビームを試料に照射させるように、前記遮断手段を駆動するように構成することができる。
【００１４】
また、制御手段は、前記１ビデオフレーム周期に同期して当該１ビデオフレーム内に再度光または電子ビームを試料に照射させ、受像面のずれた位置に複数の画像を形成させ、前記演算手段は、前記１ビデオフレーム周期内で形成された複数の画像の微分性画像演算をとることで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成し、当該新たな１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得るように構成することができる。
【００１５】
また、本発明に係る試料ドリフト補正方法は、光または電子ビームを試料に照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像し、受像面上に像を形成するステップと、前記受像面上の像を連続ビデオフレーム撮影するステップと、撮影された連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得るステップとを備え、前記受像面上に像を形成するステップでは、１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射する。
【００１６】
上記試料ドリフト補正方法において、前記１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム内に光または電子ビームを再度照射し、受像面上に２つ目の像を形成するステップと、１ビデオフレーム周期内で形成された２つの像の画像データの差分をとることで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成するステップとをさらに備え、前記観察画像を得るステップでは、新たなビデオフレーム画像を用いて移動ベクトルの算出、移動量補正を行い、補正後の各ビデオフレーム画像を積算するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、受像面の像を連続ビデオフレーム撮影する際に、ビデオフレーム周期に同期して、１ビデオフレーム時間よりも十分に短い時間だけ光または電子ビームを試料に照射している。そのため、像が形成される時間が短くなり、試料ドリフトによるモーションぼけを極力小さくすることが可能になる。これによって、各移動ベクトル推定の精度が向上し、鮮鋭な積算画像を得ることができる。つまり、画像の分解能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る光学結像システムを電子顕微鏡に適用した場合の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る光学結像システムの概略構成図である。
【００１９】
図１に示すように、このシステムは、電子顕微鏡１０と、試料ドリフトによる観察像のモーションぼけを検出し補正する試料ドリフト補正装置２０とを備えている。まず、電子顕微鏡について説明する。
【００２０】
この電子顕微鏡は、筐体１内の上部に、電子ビームＢを照射する電子銃（照射手段）３を備えており、この電子銃３の下方に、電子ビームＢを遮断するビームブランカ（遮断手段）５、試料ホルダ７、対物レンズ（結像系）９、偏光板１１、投影レンズ（結像系）１３、及びシンチレータ（受像面）１５がこの順で配置されている。ビームブランカ５は、後述する制御部によって駆動され、所定の信号を受け取ると、電子ビームＢの遮断を解除し、電子ビームＢが試料に照射されるようになっている。
【００２１】
上記のように構成された電子顕微鏡１０による撮影は、次のように行われる。すなわち、電子銃３から発せられた電子ビームＢは、ビームブランカ５を通過した後、試料に照射される。そして、試料を通過した電子ビームＢは、対物レンズ９によって拡大され、投影レンズ１３によってシンチレータ１５上に結像される。筐体１の下方には、連続ビデオフレーム撮影を行う撮影デバイス（撮影手段）１７が配置されており、シンチレータ１５上に結像された透過電子像はこの撮影デバイス１７によって取り込まれ、試料ドリフト補正装置２０によって画像処理がなされる。なお、ここで用いられる撮影デバイス１７は、例えば、ＣＣＤカメラを用いることができる。
【００２２】
試料ドリフト補正装置２０は、演算部（演算手段）２１、制御部（制御手段）２３、及びモニタ２５を備えている。演算部２１及び制御部２３は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置で構成することができる。制御部２３は、演算部２１からの指令により、電子顕微鏡１０の各構成部分、例えば電子銃３、ビームブランカ１５、各レンズ９，１３、試料ホルダ７等の駆動制御を行う。また、演算部２１は、撮影デバイス１７から送られた画像データを処理し、最終的な観察画像がモニタ２５に表示される。
【００２３】
次に、上記のように構成されたシステムによる試料ドリフト補正方法について図２〜図４を参照しつつ説明する。図２はドリフト補正のフローチャートであり、図３はビデオフレーム撮影の概略図であり、図４は移動量推定に用いられる相互相関関数のＸ方向のマップである。
【００２４】
図２に示すように、まず、上述した撮影デバイス１７によって透過電子像の連続ビデオフレーム撮影を行う（Ｓ１１）。このとき、図３に示すように、各ビデオフレームにおいて、電子ビームＢの照射を行い、透過電子像を形成する。すなわち、ビデオフレーム周期に同期して制御部２３よりビームブランカ５にパルス信号を送り、１ビデオフレーム時間より十分に短い時間だけ電子ビームＢの遮断を解除し、電子ビームＢを試料に照射する。電子ビームＢを照射する時間は、長すぎるとモーションぼけが大きくなるため、例えば、１ビデオフレーム時間の３分の１以下にすることが好ましく、５分の１以下にすることがさらに好ましく、１０分の１以下にすることが特に好ましい。また、電子ビームＢの照射時間は、データ量を考慮すると、１００００分の１以上にすることが好ましく、１０００分の１以上にすることがさらに好ましく、１００分の１以上にすることが特に好ましい。具体的には、例えば、１／３０〜１／６０秒の１ビデオフレーム時間に対し、１〜０．１ミリ秒にすることができる。このように、１ビデオフレーム時間のうちの十分に短い時間のみ電子ビームＢを照射して透過電子像を形成しているため、各ビデオフレームにおけるモーションぼけを小さくすることができる。
【００２５】
そして、撮影された連続ビデオフレーム画像は、演算部２１内のフレームバッファ（図示省略）に送られ、移動量補正が行われる。まず、相互相関関数法により、ある１ビデオフレーム画像とその直前の１ビデオフレーム画像との間の移動ベクトル推定の演算が行われる（Ｓ１２）。このとき、基準ビデオフレーム画像を準備しておき、これと各ビデオフレーム画像との間でベクトル推定を行ってもよい。図４は、相関関数Ｘ方向マップの一例である。上述したように、本実施形態で撮影されたビデオフレーム画像では、モーションぼけが小さくなっているため、例えば従来例の方法で行った図７（ｂ）のマップと比べて、相互相関関数値のピークＤ１がはっきりと現れる。したがって、推定の精度が高くなる。こうして、各ビデオフレーム画像において移動ベクトル量を推定し、その推定量に基づいて各ビデオフレーム画像の移動量補正を行う（Ｓ１３）。すなわち、ドリフトによって移動した試料の位置修正を行う。こうして、移動量補正された各ビデオフレーム画像は、演算部２１内の画像フレーム積算器（図示省略）で逐次積算され（Ｓ１４）、最終的なドリフト補正処理画像がモニタに示される（Ｓ１５）。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、透過電子像を連続ビデオフレーム撮影する際に、ビデオフレーム周期に同期してビームブランカ５を駆動し、１ビデオフレーム時間よりも十分に短い時間だけ電子ビームＢを試料に照射している。そのため、透過電子像が形成される時間が短くなり、試料ドリフトによるモーションぼけを極力小さくすることが可能になる。これによって、各移動ベクトル推定の精度が向上し、ＳＮ比の良好な観察画像を得ることができる。つまり、画像の分解能を向上することができる。
【００２７】
なお、上記説明では、あるビデオフレーム画像とその直前のビデオフレーム画像との間で移動量推定を行っているが、逐次得られた移動ベクトル列をもとに次のビデオフレーム画像の移動ベクトルを推定し、逆向きの移動ベクトルに相当する偏光板制御信号を加算することにより次のビデオフレームにおける試料ドリフトを先回り制御・抑制することも可能である。
【００２８】
ところで、電子顕微鏡による画像観察においては、上述したような試料ドリフトによる雑音以外に、例えばＣＣＤ素子に付着するゴミまたは素子の欠陥に起因するいわゆる固定雑音の問題がある。このような固定雑音は、相互相関をとるべき両画像データに共通であるので、移動量０の原点にピークを持ってしまい、本来の相関ピークの位置を原点方向に移動させることになる。その結果、固定雑音を相対的に強めることになり、移動量推定に悪影響をもたらすと考えられる。
【００２９】
以下、この固定雑音を排除する方法について図５を参照しつつ説明する。図５は固定雑音の除去方法を示すフローチャートである。まず、１ビデオフレーム内での電子ビームの照射後に、試料ホルダを微少量だけ面内で移動させ、試料の移動後、再び電子ビームの照射を行う。すなわち、１ビデオフレーム内で２回あるいは複数回の透過電子像を形成しこれを撮影する（Ｓ２１）。このとき、試料ホルダを移動させる量は、要求分解能によって変わるが例えば高分解能電子顕微鏡では０．２ｎｍ〜１０ｎｍとすることができる。また、３枚以上の画像を形成する場合は、相互に０．２ｎｍ〜１０ｎｍずつずれるように画像を形成すればよい。
【００３０】
こうして、１ビデオフレームに複数の透過電子像が撮影された連続ビデオフレーム撮影を行い、画像データを演算部２１に送信する。次に、演算部２１において、各ビデオフレームで撮影された複数画像を分離した後、複数画像間の差分またはラプラシアンなどの微分性演算を取る（Ｓ２２）。より詳細には、複数画像に対し、適切な荷重値（演算カーネル）に基づいて正負両極性の荷重付けを行って荷重付け演算（空間フィルタリング）を行い、補正用の画像データとする。このような画像処理方法としては、例えば本発明者が提唱する能動型画像処理（能動型コルボンバー）の手法（Appl. Opt. 24(1985)2907）を用いることができる。ここで、固定雑音は、複数画像において同じ位置に存在するため、上記のように差分またはラプラシアンなどの微分性演算を取れば、固定雑音を除去することができる。こうして、差分またはラプラシアンなどの微分性演算を取ることで、各ビデオフレームごとに、補正用の画像データを生成した後、上述したのと同様に、移動ベクトルの算出（Ｓ２３）、移動ベクトル補正（Ｓ２４）、全フレームの積算を行い（Ｓ２５）、最終的な観察画像を得る（Ｓ２６）。なお、差分演算を用いる場合には、通常、１ビデオフレーム周期に２回の画像形成を行い、ラプラシアン演算を用いる場合には、５つの画像を形成する。但し、２画像でラプラシアン演算を行うことも可能である。この際は、２回目の露光時間中に画像を連続的に回転的並進移動させる。
【００３１】
以上の方法を用いることで、固定雑音を除去することができ、さらに高精度の観察画像を得ることができる。なお、この方法で用いる撮影デバイスは、例えば、１フレームで複数回の画像の読み出しが行える高速読み出し型のＣＣＤカメラを用いることが好ましい。また、シンチレータ１５上にずれた２つの像を形成するには、上述したような試料ホルダを移動させる以外に、例えば、電子顕微鏡の偏光板１１に電圧を印加することで電子ビームを進行方向からずらせる方法がある。これによって最初の透過電子像からずれた位置に２つ目の透過電子像を形成することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、本発明の結像光学装置として電子顕微鏡を用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、これ以外にも例えばイオンビーム顕微鏡や光学顕微鏡など結像光学系を有する装置全般に適用することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、本発明の遮断手段としてビームブランカ５を用いているが、これは通常、電子顕微鏡に予め取り付けられているものを利用することができ、電子ビームを遮断できるものであれば特には限定されない。例えば、ウィネルト電極制御型、或いは静電偏向、磁場偏向型のビームブランカを使用することができる。また、ビームブランカを使用せず、電子銃５において電子ビームの照射を制御することもできる。すなわち、１ビデオフレーム周期に同期するように、上述した短い時間に電子ビームを照射することもできる。
【００３５】
また、本発明に係る試料ドリフト補正装置は、従来からある電子顕微鏡等の結像光学装置に取り付けることで用いることができ、例えば電子顕微鏡等に予め設けられている通常のＣＣＤカメラを撮影手段としてそのまま用いることができるため、汎用性が高い。但し、固定雑音を除去する画像処理を行う場合には、上述したように、高速読み出し型のＣＣＤカメラが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学結像システムの概略構成図である。
【図２】図１にシステムにおける画像処理のフローチャートである。
【図３】ビデオフレーム撮影の概略図である。
【図４】移動量推定に用いられる相互相関関数のＸ方向のマップである。
【図５】固定雑音の除去方法を示すフローチャートである。
【図６】試料ドリフトの例を示す平面図である。
【図７】相互相関関数法による移動ベクトル推定の例を示す図である。
【図８】従来のビデオフレーム撮影の概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
３ 電子銃（照射手段）
５ ビームブランカ（遮断手段）
９ 対物レンズ（結像系）
１３ 投影レンズ（結像系）
１５ シンチレータ（受像面）
１７ 撮影デバイス（撮影手段）
２１ 演算部（演算手段）
２３ 制御部（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡等の結像光学装置に用いられる試料ドリフト補正装置、これを備えた結像光学システム、及び試料ドリフト補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光や電子線、荷電粒子線を照明光として用いる各種顕微鏡では、結像光学系の開口数（ＮＡ）や波面収差などによる結像光学系自体の分解能制限が存在する。これに加えて、超高分解能電子顕微鏡などでは試料ホルダの位置不安定性や電子線・荷電粒子線の照射によって生じる試料自体の変形などが加わり、分解能を本来の分解能より更に低下させているのが現状である。
【０００３】
これらの分解能劣化要因中、試料ホルダの位置不安定性には、空気中から伝搬してくるエアコンなどの外部騒音や顕微鏡筐体を通じて伝搬する外部の機械的振動によるドリフトが含まれ、１Ｈｚ程度以上の比較的高い周波数領域で複数のスペクトルピークと特定の振動方位を持つことが多い。一方、試料ホルダに温度の不均一があると、熱膨張・収縮を生じ、例えば、図６に示すように、ランダム性を伴った試料ドリフトが観察される。通常の観察ではこのドリフト移動に加えて、数ないし数十Ｈｚの外部振動が加わることがある。このような時間の中で起きる試料の振動・ドリフトは観察像にモーションぼけを生じさせ、分解能の低下が生じる。
【０００４】
このモーションぼけに対する対策として従来から行われてきた方法として、例えば特許文献１に示すようなテンプレートマッチング画像処理を利用したものがある。その一例を説明する。まず、多数ビデオフレームの撮影を行い、ビデオフレーム間あるいは基準ビデオフレームとの移動ベクトル推定を行う方式で試料ドリフト検出をする方法がある。まず、例えば、図７（ａ）に示すように、ある画像がＸ方向にずれた場合について、相互相関関数法による移動ベクトル推定を行うと、図７（ｂ）に示すように、相関関数のマップのＸ方向ピークＤ０からＸ方向の移動量が推定される。同様に、マップのＹ方向のピーク位置からＹ方向の移動量が推定される。
【０００５】
以上の手法をもとに、電子式撮影方式を用いた高分解能電子顕微鏡を用いて、フレーム間相関による動きベクトル推定・補正・積算処理を行い、分解能と観察画像のＳＮ比改善を試みた結果が数多く報告されている。
【特許文献１】特開平５−３４３０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電子顕微鏡で用いられるビディコン等の撮影管、ＣＣＤ等の撮影素子いずれにおいても充分なＳＮの画像情報を収集するためには、フレーム間の時間間隔に近い蓄積時間を取ることが必要である。このため、１フレーム内での試料振動・ドリフトが無視できない場合、各フレーム画像にモーションぼけが発生する。その例を図８に示す。同図は、Ｘ方向の試料ドリフトのみを示しており、試料が各フレーム内でドリフトしているのが分かる。このようなモーションぼけがフレームごとに生ずると、上述した相関関数のマップのＸ方向ピーク（Ｄ０）を検出しにくくなり、その結果、移動ベクトル推定の精度が低下するという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、試料ドリフトによるモーションぼけを防止し、分解能の高い観察画像を得ることが可能な試料ドリフト補正装置、これを供えた結像光学システム、及び試料ドリフト補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光または電子ビームを試料に向けて照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像して受像面に像を形成するとともに、当該像を撮影する結像光学装置に取り付けられる試料ドリフト補正装置であって、上記問題を解決するためになされたものであり、前記像の連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の全ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算手段と、１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射させる制御手段とを備えている。
【０００９】
なお、ここでいう電子ビームとは、電子線や荷電粒子線の他、イオンビームを示す。また、受像面としては、例えばシンチレータ（蛍光板）や半導体Ｘ線検出器アレイを用いることができる。また、電子ビームではなく、光を用いる場合には、受像面として、撮像デバイスの光電面やフォトダイオードアレイを用いることができる。
【００１０】
上記試料ドリフト補正装置において、制御手段は、前記１ビデオフレーム周期に同期して当該１ビデオフレーム内に再度光または電子ビームを試料に照射して、受像面のずれた位置に複数枚の画像を逐次形成させ、演算手段は、前記１ビデオフレーム周期内で逐次形成された複数枚の画像データの微分性画像演算をとることで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成し、当該新たな１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得るように構成することができる。
【００１１】
ここでいう微分性画像演算とは、例えば、１回微分型の差分演算や、２回微分型のラプラシアン演算を示すが、さらに高次の微分を用いる演算も可能である。なお、差分演算を行うには、通常２画像を用い、ラプラシアン演算を行うには、通常５画像を用いる。但し、２画像でラプラシアン演算を行うことも可能である。
【００１２】
また、本発明にかかる結像光学装置は、上記問題を解決するためになされたものであり、光または電子ビームを試料に向けて照射する照射手段と、試料を透過した光または電子ビームを結像する結像系と、結像された試料像を受像する受像面と、前記受像面上の像を連続ビデオフレーム撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の全ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算手段と、１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射させる制御手段とを備えている。
【００１３】
上記システムは、前記照射手段と試料との間に配置され、試料への光または電子ビームの照射を遮断する遮断手段をさらに備え、制御手段は、１ビデオフレーム周期に同期して、光または電子ビームを試料に照射させるように、前記遮断手段を駆動するように構成することができる。
【００１４】
また、制御手段は、前記１ビデオフレーム周期に同期して当該１ビデオフレーム内に再度光または電子ビームを試料に照射させ、受像面のずれた位置に複数の画像を形成させ、前記演算手段は、前記１ビデオフレーム周期内で形成された複数の画像の微分性画像演算をとることで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成し、当該新たな１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得るように構成することができる。
【００１５】
また、本発明に係る試料ドリフト補正方法は、光または電子ビームを試料に照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像し、受像面上に像を形成するステップと、前記受像面上の像を連続ビデオフレーム撮影するステップと、撮影された連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得るステップとを備え、前記受像面上に像を形成するステップでは、１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射する。
【００１６】
上記試料ドリフト補正方法において、前記１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム内に光または電子ビームを再度照射し、受像面上に２つ目の像を形成するステップと、１ビデオフレーム周期内で形成された２つの像の画像データの差分をとることで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成するステップとをさらに備え、前記観察画像を得るステップでは、新たなビデオフレーム画像を用いて移動ベクトルの算出、移動量補正を行い、補正後の各ビデオフレーム画像を積算するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、受像面の像を連続ビデオフレーム撮影する際に、ビデオフレーム周期に同期して、１ビデオフレーム時間よりも十分に短い時間だけ光または電子ビームを試料に照射している。そのため、像が形成される時間が短くなり、試料ドリフトによるモーションぼけを極力小さくすることが可能になる。これによって、各移動ベクトル推定の精度が向上し、鮮鋭な積算画像を得ることができる。つまり、画像の分解能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る光学結像システムを電子顕微鏡に適用した場合の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る光学結像システムの概略構成図である。
【００１９】
図１に示すように、このシステムは、電子顕微鏡１０と、試料ドリフトによる観察像のモーションぼけを検出し補正する試料ドリフト補正装置２０とを備えている。まず、電子顕微鏡について説明する。
【００２０】
この電子顕微鏡は、筐体１内の上部に、電子ビームＢを照射する電子銃（照射手段）３を備えており、この電子銃３の下方に、電子ビームＢを遮断するビームブランカ（遮断手段）５、試料ホルダ７、対物レンズ（結像系）９、偏光板１１、投影レンズ（結像系）１３、及びシンチレータ（受像面）１５がこの順で配置されている。ビームブランカ５は、後述する制御部によって駆動され、所定の信号を受け取ると、電子ビームＢの遮断を解除し、電子ビームＢが試料に照射されるようになっている。
【００２１】
上記のように構成された電子顕微鏡１０による撮影は、次のように行われる。すなわち、電子銃３から発せられた電子ビームＢは、ビームブランカ５を通過した後、試料に照射される。そして、試料を通過した電子ビームＢは、対物レンズ９によって拡大され、投影レンズ１３によってシンチレータ１５上に結像される。筐体１の下方には、連続ビデオフレーム撮影を行う撮影デバイス（撮影手段）１７が配置されており、シンチレータ１５上に結像された透過電子像はこの撮影デバイス１７によって取り込まれ、試料ドリフト補正装置２０によって画像処理がなされる。なお、ここで用いられる撮影デバイス１７は、例えば、ＣＣＤカメラを用いることができる。
【００２２】
試料ドリフト補正装置２０は、演算部（演算手段）２１、制御部（制御手段）２３、及びモニタ２５を備えている。演算部２１及び制御部２３は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置で構成することができる。制御部２３は、演算部２１からの指令により、電子顕微鏡１０の各構成部分、例えば電子銃３、ビームブランカ１５、各レンズ９，１３、試料ホルダ７等の駆動制御を行う。また、演算部２１は、撮影デバイス１７から送られた画像データを処理し、最終的な観察画像がモニタ２５に表示される。
【００２３】
次に、上記のように構成されたシステムによる試料ドリフト補正方法について図２〜図４を参照しつつ説明する。図２はドリフト補正のフローチャートであり、図３はビデオフレーム撮影の概略図であり、図４は移動量推定に用いられる相互相関関数のＸ方向のマップである。
【００２４】
図２に示すように、まず、上述した撮影デバイス１７によって透過電子像の連続ビデオフレーム撮影を行う（Ｓ１１）。このとき、図３に示すように、各ビデオフレームにおいて、電子ビームＢの照射を行い、透過電子像を形成する。すなわち、ビデオフレーム周期に同期して制御部２３よりビームブランカ５にパルス信号を送り、１ビデオフレーム時間より十分に短い時間だけ電子ビームＢの遮断を解除し、電子ビームＢを試料に照射する。電子ビームＢを照射する時間は、長すぎるとモーションぼけが大きくなるため、例えば、１ビデオフレーム時間の３分の１以下にすることが好ましく、５分の１以下にすることがさらに好ましく、１０分の１以下にすることが特に好ましい。また、電子ビームＢの照射時間は、データ量を考慮すると、１００００分の１以上にすることが好ましく、１０００分の１以上にすることがさらに好ましく、１００分の１以上にすることが特に好ましい。具体的には、例えば、１／３０〜１／６０秒の１ビデオフレーム時間に対し、１〜０．１ミリ秒にすることができる。このように、１ビデオフレーム時間のうちの十分に短い時間のみ電子ビームＢを照射して透過電子像を形成しているため、各ビデオフレームにおけるモーションぼけを小さくすることができる。
【００２５】
そして、撮影された連続ビデオフレーム画像は、演算部２１内のフレームバッファ（図示省略）に送られ、移動量補正が行われる。まず、相互相関関数法により、ある１ビデオフレーム画像とその直前の１ビデオフレーム画像との間の移動ベクトル推定の演算が行われる（Ｓ１２）。このとき、基準ビデオフレーム画像を準備しておき、これと各ビデオフレーム画像との間でベクトル推定を行ってもよい。図４は、相関関数Ｘ方向マップの一例である。上述したように、本実施形態で撮影されたビデオフレーム画像では、モーションぼけが小さくなっているため、例えば従来例の方法で行った図７（ｂ）のマップと比べて、相互相関関数値のピークＤ１がはっきりと現れる。したがって、推定の精度が高くなる。こうして、各ビデオフレーム画像において移動ベクトル量を推定し、その推定量に基づいて各ビデオフレーム画像の移動量補正を行う（Ｓ１３）。すなわち、ドリフトによって移動した試料の位置修正を行う。こうして、移動量補正された各ビデオフレーム画像は、演算部２１内の画像フレーム積算器（図示省略）で逐次積算され（Ｓ１４）、最終的なドリフト補正処理画像がモニタに示される（Ｓ１５）。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、透過電子像を連続ビデオフレーム撮影する際に、ビデオフレーム周期に同期してビームブランカ５を駆動し、１ビデオフレーム時間よりも十分に短い時間だけ電子ビームＢを試料に照射している。そのため、透過電子像が形成される時間が短くなり、試料ドリフトによるモーションぼけを極力小さくすることが可能になる。これによって、各移動ベクトル推定の精度が向上し、ＳＮ比の良好な観察画像を得ることができる。つまり、画像の分解能を向上することができる。
【００２７】
なお、上記説明では、あるビデオフレーム画像とその直前のビデオフレーム画像との間で移動量推定を行っているが、逐次得られた移動ベクトル列をもとに次のビデオフレーム画像の移動ベクトルを推定し、逆向きの移動ベクトルに相当する偏光板制御信号を加算することにより次のビデオフレームにおける試料ドリフトを先回り制御・抑制することも可能である。
【００２８】
ところで、電子顕微鏡による画像観察においては、上述したような試料ドリフトによる雑音以外に、例えばＣＣＤ素子に付着するゴミまたは素子の欠陥に起因するいわゆる固定雑音の問題がある。このような固定雑音は、相互相関をとるべき両画像データに共通であるので、移動量０の原点にピークを持ってしまい、本来の相関ピークの位置を原点方向に移動させることになる。その結果、固定雑音を相対的に強めることになり、移動量推定に悪影響をもたらすと考えられる。
【００２９】
以下、この固定雑音を排除する方法について図５を参照しつつ説明する。図５は固定雑音の除去方法を示すフローチャートである。まず、１ビデオフレーム内での電子ビームの照射後に、試料ホルダを微少量だけ面内で移動させ、試料の移動後、再び電子ビームの照射を行う。すなわち、１ビデオフレーム内で２回あるいは複数回の透過電子像を形成しこれを撮影する（Ｓ２１）。このとき、試料ホルダを移動させる量は、要求分解能によって変わるが例えば高分解能電子顕微鏡では０．２ｎｍ〜１０ｎｍとすることができる。また、３枚以上の画像を形成する場合は、相互に０．２ｎｍ〜１０ｎｍずつずれるように画像を形成すればよい。
【００３０】
こうして、１ビデオフレームに複数の透過電子像が撮影された連続ビデオフレーム撮影を行い、画像データを演算部２１に送信する。次に、演算部２１において、各ビデオフレームで撮影された複数画像を分離した後、複数画像間の差分またはラプラシアンなどの微分性演算を取る（Ｓ２２）。より詳細には、複数画像に対し、適切な荷重値（演算カーネル）に基づいて正負両極性の荷重付けを行って荷重付け演算（空間フィルタリング）を行い、補正用の画像データとする。このような画像処理方法としては、例えば本発明者が提唱する能動型画像処理（能動型コルボンバー）の手法（Appl. Opt. 24(1985)2907）を用いることができる。ここで、固定雑音は、複数画像において同じ位置に存在するため、上記のように差分またはラプラシアンなどの微分性演算を取れば、固定雑音を除去することができる。こうして、差分またはラプラシアンなどの微分性演算を取ることで、各ビデオフレームごとに、補正用の画像データを生成した後、上述したのと同様に、移動ベクトルの算出（Ｓ２３）、移動ベクトル補正（Ｓ２４）、全フレームの積算を行い（Ｓ２５）、最終的な観察画像を得る（Ｓ２６）。なお、差分演算を用いる場合には、通常、１ビデオフレーム周期に２回の画像形成を行い、ラプラシアン演算を用いる場合には、５つの画像を形成する。但し、２画像でラプラシアン演算を行うことも可能である。この際は、２回目の露光時間中に画像を連続的に回転的並進移動させる。
【００３１】
以上の方法を用いることで、固定雑音を除去することができ、さらに高精度の観察画像を得ることができる。なお、この方法で用いる撮影デバイスは、例えば、１フレームで複数回の画像の読み出しが行える高速読み出し型のＣＣＤカメラを用いることが好ましい。また、シンチレータ１５上にずれた２つの像を形成するには、上述したような試料ホルダを移動させる以外に、例えば、電子顕微鏡の偏光板１１に電圧を印加することで電子ビームを進行方向からずらせる方法がある。これによって最初の透過電子像からずれた位置に２つ目の透過電子像を形成することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、本発明の結像光学装置として電子顕微鏡を用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、これ以外にも例えばイオンビーム顕微鏡や光学顕微鏡など結像光学系を有する装置全般に適用することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、本発明の遮断手段としてビームブランカ５を用いているが、これは通常、電子顕微鏡に予め取り付けられているものを利用することができ、電子ビームを遮断できるものであれば特には限定されない。例えば、ウィネルト電極制御型、或いは静電偏向、磁場偏向型のビームブランカを使用することができる。また、ビームブランカを使用せず、電子銃５において電子ビームの照射を制御することもできる。すなわち、１ビデオフレーム周期に同期するように、上述した短い時間に電子ビームを照射することもできる。
【００３５】
また、本発明に係る試料ドリフト補正装置は、従来からある電子顕微鏡等の結像光学装置に取り付けることで用いることができ、例えば電子顕微鏡等に予め設けられている通常のＣＣＤカメラを撮影手段としてそのまま用いることができるため、汎用性が高い。但し、固定雑音を除去する画像処理を行う場合には、上述したように、高速読み出し型のＣＣＤカメラが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学結像システムの概略構成図である。
【図２】図１にシステムにおける画像処理のフローチャートである。
【図３】ビデオフレーム撮影の概略図である。
【図４】移動量推定に用いられる相互相関関数のＸ方向のマップである。
【図５】固定雑音の除去方法を示すフローチャートである。
【図６】試料ドリフトの例を示す平面図である。
【図７】相互相関関数法による移動ベクトル推定の例を示す図である。
【図８】従来のビデオフレーム撮影の概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
３ 電子銃（照射手段）
５ ビームブランカ（遮断手段）
９ 対物レンズ（結像系）
１３ 投影レンズ（結像系）
１５ シンチレータ（受像面）
１７ 撮影デバイス（撮影手段）
２１ 演算部（演算手段）
２３ 制御部（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光または電子ビームを試料に向けて照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像して受像面に像を形成するとともに当該像を撮影する結像光学装置に取り付けられる試料ドリフト補正装置であって、
前記像の連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の全ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算手段と、
１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射させる制御手段と
を備えている試料ドリフト補正装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記１ビデオフレーム周期に同期して当該１ビデオフレーム内に再度光または電子ビームを試料に照射して、受像面のずれた位置に複数枚の画像を逐次形成させ、
前記演算手段は、前記１ビデオフレーム周期内で逐次形成された複数枚の画像データの微分性画像演算を行うことで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成し、当該新たな１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る、請求項１に記載の試料ドリフト補正装置。
【請求項３】
光または電子ビームを試料に向けて照射する照射手段と、
試料を透過した光または電子ビームを結像する結像系と、
結像された試料像を受像する受像面と、
前記受像面上の像を連続ビデオフレーム撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影された連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の全ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算手段と、
１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射させる制御手段と
を備えている結像光学システム。
【請求項４】
前記照射手段と試料との間に配置され、試料への光または電子ビームの照射を遮断する遮断手段をさらに備え、
前記制御手段は、１ビデオフレーム周期に同期して、光または電子ビームを試料に照射させるように、前記遮断手段を駆動する、請求項３に記載の結像光学システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記１ビデオフレーム周期に同期して当該１ビデオフレーム内に再度光または電子ビームを試料に照射して、受像面のずれた位置に複数枚の画像を逐次形成させ、
前記演算手段は、前記１ビデオフレーム周期内で逐次形成された複数枚の画像データの微分性画像演算を行うことで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成し、当該新たな１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る、請求項３または４に記載の結像光学システム。
【請求項６】
光または電子ビームを試料に照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像し、受像面上に像を形成するステップと、
前記受像面上の像を連続ビデオフレーム撮影するステップと、
撮影された連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得るステップとを備え、
前記受像面上に像を形成するステップでは、１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射する、試料ドリフト補正方法。
【請求項７】
前記１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム内に光または電子ビームを再度照射し、受像面のずれた位置に複数枚の画像を逐次形成させるステップと、
１ビデオフレーム周期内で逐次形成された複数枚の画像データの微分性画像演算を行うことで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成するステップとをさらに備え、
前記観察画像を得るステップでは、新たなビデオフレーム画像を用いて移動ベクトルの算出、移動量補正を行い、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る、請求項６に記載の試料ドリフト補正方法。
【請求項１】
光または電子ビームを試料に向けて照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像して受像面に像を形成するとともに当該像を撮影する結像光学装置に取り付けられる試料ドリフト補正装置であって、
前記像の連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の全ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算手段と、
１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射させる制御手段と
を備えている試料ドリフト補正装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記１ビデオフレーム周期に同期して当該１ビデオフレーム内に再度光または電子ビームを試料に照射して、受像面のずれた位置に複数枚の画像を逐次形成させ、
前記演算手段は、前記１ビデオフレーム周期内で逐次形成された複数枚の画像データの微分性画像演算を行うことで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成し、当該新たな１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る、請求項１に記載の試料ドリフト補正装置。
【請求項３】
光または電子ビームを試料に向けて照射する照射手段と、
試料を透過した光または電子ビームを結像する結像系と、
結像された試料像を受像する受像面と、
前記受像面上の像を連続ビデオフレーム撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影された連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の全ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る演算手段と、
１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射させる制御手段と
を備えている結像光学システム。
【請求項４】
前記照射手段と試料との間に配置され、試料への光または電子ビームの照射を遮断する遮断手段をさらに備え、
前記制御手段は、１ビデオフレーム周期に同期して、光または電子ビームを試料に照射させるように、前記遮断手段を駆動する、請求項３に記載の結像光学システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記１ビデオフレーム周期に同期して当該１ビデオフレーム内に再度光または電子ビームを試料に照射して、受像面のずれた位置に複数枚の画像を逐次形成させ、
前記演算手段は、前記１ビデオフレーム周期内で逐次形成された複数枚の画像データの微分性画像演算を行うことで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成し、当該新たな１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る、請求項３または４に記載の結像光学システム。
【請求項６】
光または電子ビームを試料に照射し、試料を通過した光または電子ビームを結像し、受像面上に像を形成するステップと、
前記受像面上の像を連続ビデオフレーム撮影するステップと、
撮影された連続ビデオフレーム画像から、１ビデオフレーム画像間の移動ベクトルまたはある１ビデオフレーム画像と基準ビデオフレーム画像との間の移動ベクトルを算出し、各ビデオフレーム画像に移動量補正を施した後、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得るステップとを備え、
前記受像面上に像を形成するステップでは、１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム周期の１００００分の１から３分の１の時間内に光または電子ビームを試料に照射する、試料ドリフト補正方法。
【請求項７】
前記１ビデオフレーム周期に同期して、当該１ビデオフレーム内に光または電子ビームを再度照射し、受像面のずれた位置に複数枚の画像を逐次形成させるステップと、
１ビデオフレーム周期内で逐次形成された複数枚の画像データの微分性画像演算を行うことで、各ビデオフレームごとに新たなビデオフレーム画像を生成するステップとをさらに備え、
前記観察画像を得るステップでは、新たなビデオフレーム画像を用いて移動ベクトルの算出、移動量補正を行い、補正後の各ビデオフレーム画像を積算することで、試料の観察画像を得る、請求項６に記載の試料ドリフト補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２００７８４（Ｐ２００７−２００７８４Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９８８６（Ｐ２００６−１９８８６）
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【出願人】（８０１００００６１）財団法人大阪産業振興機構 (168)
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【出願人】（８０１００００６１）財団法人大阪産業振興機構 (168)
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