特許 6478870 画像生成装置及び画像生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6478870

(24)【登録日】2019年2月15日

(45)【発行日】2019年3月6日

(54)【発明の名称】画像生成装置及び画像生成方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20190225BHJP

   G06T 3/00 20060101ALI20190225BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20190225BHJP

   H01J 37/26 20060101ALI20190225BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/22 501A

   G06T3/00 780

   H01J37/22 501Z

   H01J37/22 502C

   H01J37/22 502H

   H01J37/28 C

   H01J37/28 B

   H01J37/26

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-160081(P2015-160081)

(22)【出願日】2015年8月14日

(65)【公開番号】特開2017-37823(P2017-37823A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2018年2月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】都竹 泰

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０７６２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２０９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００９８９５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２２

Ｇ０６Ｔ ３／００

Ｈ０１Ｊ ３７／２６

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料上の複数の領域の画像を、重複領域を設けつつ取得し、当該複数の画像を、位置を補正して繋ぎ合わせることによって、合成画像を生成する画像生成装置であって、
前記複数の画像のうちの１つを基準画像として設定する設定部と、
前記基準画像と前記基準画像に隣接する画像との重複領域における相互相関の計算を前記基準画像に隣接する画像ごとに行い、それぞれの計算結果に基づき前記基準画像に隣接する複数の画像のうち最も相関のよい１つの画像を選択し、選択した画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する画像合成部とを含み、
前記設定部は、
位置が補正された前記画像を前記基準画像として追加設定し、
前記画像合成部は、
２つの前記基準画像が隣接し、２つの前記画像が隣接し、一方の前記基準画像が一方の前記画像に隣接し、且つ、他方の前記基準画像が他方の前記画像に隣接する場合に、一方の前記基準画像と一方の前記画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と他方の前記画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記画像のうち最も相関のよい前記画像を選択し、選択した前記画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する、画像生成装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記画像合成部は、
２つの前記基準画像に隣接する画像が存在する場合に、一方の前記基準画像と当該画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と当該画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記基準画像のうち相関のよい前記基準画像を選択し、当該画像の位置を、選択した前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する、画像生成装置。

【請求項3】

請求項１又は２において、
前記画像合成部は、
前記基準画像との相互相関の計算の結果得られる相互相関像におけるピークの先鋭度に基づき相関のよさを判定する、画像生成装置。

【請求項4】

試料上の複数の領域の画像を、重複領域を設けつつ取得し、当該複数の画像を、位置を補正して繋ぎ合わせることによって、合成画像を生成する画像生成方法であって、
前記複数の画像のうちの１つを基準画像として設定する設定工程と、
前記基準画像と前記基準画像に隣接する画像との重複領域における相互相関の計算を前記基準画像に隣接する画像ごとに行い、それぞれの計算結果に基づき前記基準画像に隣接する複数の画像のうち最も相関のよい１つの画像を選択し、選択した画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する画像合成工程とを含み、
前記設定工程では、
位置が補正された前記画像を前記基準画像として追加設定し、
前記画像合成工程では、
２つの前記基準画像が隣接し、２つの前記画像が隣接し、一方の前記基準画像が一方の前記画像に隣接し、且つ、他方の前記基準画像が他方の前記画像に隣接する場合に、一方の前記基準画像と一方の前記画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と他方の前記画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記画像のうち最も相関のよい前記画像を選択し、選択した前記画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する、画像生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像生成装置及び画像生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電子顕微鏡において、偏向器又はステージを駆動して視野を変えながら複数の画像を撮影し、画像間で重なり合っている部分で相互相関法を用いた画像マッチングを行って位置を補正することで、モンタージュ画像を取得する手法が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２０９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の手法では、撮影した順に画像の位置補正を行っていくため、位置合わせの途中において相互相関の計算に大きな誤差があった場合に、その後の位置補正に影響を及ぼし、全体として位置ずれの目立つ画像が生成されてしまう。例えば、図１１（Ａ）に示すように、水平方向に３枚、垂直方向に３枚の計９枚の画像Ｐを取得して位置補正を行う場合、従来の手法では、図中丸数字で示すような順番で画像Ｐを取得しつつ隣接する画像Ｐ間の重複領域ＯＡ（図中斜線で示す領域）で位置補正を行っていた。この場合、図１１（Ｂ）に示すように、例えば４番目の画像と５番目の画像の重複部分における位置補正の計算誤差が大きかったとすると、上下の画像間（２番目の画像と５番目の画像、１番目の画像と６番目の画像、４番目の画像と９番目の画像）で大きな位置ずれが生じてしまう。図１２は、従来の手法により位置補正を行って生成した合成画像（モンタージュ画像）を示す図である。図１２に示す合成画像では、図中楕円で囲んだ部分に大きな位置ずれが見られる。

【0005】

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、位置補正の誤差による影響を軽減して、試料上の複数の領域の画像を高精度に繋ぎ合わせることが可能な画像生成装置及び画像生成方法を提供することができる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明に係る画像生成装置は、試料上の複数の領域の画像を、重複領域を設けつつ取得し、当該複数の画像を、位置を補正して繋ぎ合わせることによって、合成画像を生成する画像生成装置であって、前記複数の画像のうちの１つを基準画像として設定する設定部と、前記基準画像と前記基準画像に隣接する画像との重複領域における相互相関の計算を前記基準画像に隣接する画像ごとに行い、それぞれの計算結果に基づき前記基準画像に隣接する複数の画像のうち最も相関のよい１つの画像を選択し、選択した画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する画像合成部とを含み、前記設定部は、位置が補正された前記画像を前記基準画像として追加設定し、前記画像合成部は、２つの前記基準画像が隣接し、２つの前記画像が隣接し、一方の前記基準画像が一方の前記画像に隣接し、且つ、他方の前記基準画像が他方の前記画像に隣接する場合に、一方の前記基準画像と一方の前記画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と他方の前記画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記画像のうち最も相関のよい前記画像を選択し、選択した前記画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する。

【0007】

また、本発明に係る画像生成方法は、試料上の複数の領域の画像を、重複領域を設けつつ取得し、当該複数の画像を、位置を補正して繋ぎ合わせることによって、合成画像を生成する画像生成方法であって、前記複数の画像のうちの１つを基準画像として設定する設定工程と、前記基準画像と前記基準画像に隣接する画像との重複領域における相互相関の計算を前記基準画像に隣接する画像ごとに行い、それぞれの計算結果に基づき前記基準画像に隣接する複数の画像のうち最も相関のよい１つの画像を選択し、選択した画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する画像合成工程とを含み、前記設定工程では、位置が補正された前記画像を前記基準画像として追加設定し、前記画像合成工程では、２つの前記基準画像が隣接し、２つの前記画像が隣接し、一方の前記基準画像が一方の前記画像に隣接し、且つ、他方の前記基準画像が他方の前記画像に隣接する場合に、一方の前記基準画像と一方の前記画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と他方の前記画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記画像のうち最も相関のよい前記画像を選択し、選択した前記画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する。

【0008】

本発明によれば、基準画像に隣接する複数の画像のうち、基準画像との相互相関の計算結果に基づき最も相関のよい画像を選択し、選択した画像を優先的に位置補正して基準画像として確定することで、基準画像との相互相関の計算結果に大きな誤差が含まれるような場合であっても、そのような計算結果が採用されることを抑制して、試料上の複数の領域の画像を高精度に繋ぎ合わせることができる。また、本発明によれば、互いに隣接する２つの基準画像と互いに隣接する２つの画像同士が隣接する場合に、基準画像との相互相関の結果に基づき最も相関のよい一方の画像を選択し、選択した画像を位置補正して基準画像として確定することで、複数の領域の画像をより高精度に繋ぎ合わせることができる。

【0009】

（２）本発明に係る画像生成装置では、前記画像合成部は、２つの前記基準画像に隣接する画像が存在する場合に、一方の前記基準画像と当該画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と当該画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記基準画像のうち相関のよい前記基準画像を選択し、当該画像の位置を、選択した前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正してもよい。

【0010】

また、本発明に係る画像生成方法では、前記画像合成工程において、２つの前記基準画像に隣接する画像が存在する場合に、一方の前記基準画像と当該画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と当該画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記基準画像のうち相関のよい前記基準画像を選択し、当該画像の位置を、選択した前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正してもよい。

【0011】

本発明によれば、２つの基準画像に隣接する画像が存在する場合に、相互相関の結果に基づき最も相関のよい一方の基準画像を選択し、選択した基準画像との相互相関の結果に基づき当該画像を位置補正して基準画像として確定することで、複数の領域の画像をより高精度に繋ぎ合わせることができる。

【0012】

（３）本発明に係る画像生成装置では、前記画像合成部は、前記基準画像との相互相関の計算の結果得られる相互相関像におけるピークの先鋭度に基づき相関のよさを判定してもよい。

【0013】

また、本発明に係る画像生成方法では、前記画像合成工程において、前記基準画像との
相互相関の計算の結果得られる相互相関像におけるピークの先鋭度に基づき相関のよさを判定してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る画像生成装置を適用した電子顕微鏡の構成の一例を示す図である。

【図2】相互相関像の例を示す図である。

【図3】本実施形態の手法について説明するための模式図である。

【図4】本実施形態の手法について説明するための模式図である。

【図5】本実施形態の手法について説明するための模式図である。

【図6】本実施形態の手法について説明するための模式図である。

【図7】本実施形態の手法について説明するための模式図である。

【図8】本実施形態の手法について説明するための模式図である。

【図9】本実施形態の手法により位置補正を行って生成した合成画像を示す図である。

【図10】処理部における処理の流れを示すフローチャートである。

【図11】従来の手法について説明するための模式図である。

【図12】従来の手法により位置補正を行って生成した合成画像を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0016】

１．構成
図１は、本実施形態に係る画像生成装置を適用した電子顕微鏡の構成の一例を示す図である。ここでは、電子顕微鏡が、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の構成を有する場合について説明するが、本発明に係る電子顕微鏡は、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の構成を有していてもよいし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の構成を有していてもよい。なお本実施形態の電子顕微鏡は図１の構成要素（各部）の一部を省略した構成としてもよい。

【0017】

図１に示すように、電子顕微鏡１は、電子顕微鏡本体１０と、処理部１００と、操作部１１０と、表示部１２０と、記憶部１３０とを含む。

【0018】

電子顕微鏡本体１０は、電子線源１１と、照射レンズ系１２と、ビーム偏向器１３と、対物レンズ１４と、イメージシフト偏向器１８と、中間レンズ１５と、投影レンズ１６と、検出器１７と、試料ステージ２０と、偏向器制御装置３０とを含む。

【0019】

電子線源１１は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１１は、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線ＥＢを放出する。電子線源１１としては、例えば、電子銃を用いることができる。

【0020】

照射レンズ系１２は、電子線源１１の後段に配置されている。照射レンズ系１２は、複数の集束レンズ（図示省略）で構成されている。照射レンズ系１２は、試料Ｓに照射される電子線（入射電子線）の量を調整する。

【0021】

ビーム偏向器１３は、照射レンズ系１２の後段に配置されている。ビーム偏向器１３は、複数の偏向コイルを有し、偏向器制御装置（図示省略）によって制御される。偏向器制御装置は、処理部１００からの制御信号に基づき、ビーム偏向器１３の複数の偏向コイル
に流れる電流量を制御する。ビーム偏向器１３は、偏向器制御装置で各偏向コイルに流れる電流を制御することにより入射電子線を二次元的に偏向させる。これにより、試料Ｓに対する入射電子線の入射角度（試料に照射される電子線の傾斜方向及び傾斜角度）を変えることができるため、透過波の光路および散乱波の光路を変えることができる。ビーム偏向器１３により、入射電子線を対物レンズ１４の光軸に一致させるための軸合わせを行うことができる。

【0022】

試料ステージ２０は、試料ホルダー（図示省略）を介して試料Ｓを保持する。試料ステージ２０は、試料ホルダーを移動および静止させることにより、試料Ｓの位置決めを行うことができる。試料ステージ２０は、ステージ制御装置（図示省略）によって制御され、試料Ｓを水平方向（電子線ＥＢの進行方向に対して直交する方向）や鉛直方向（電子線ＥＢの進行方向に沿う方向）に移動させることができる。

【0023】

対物レンズ１４は、ビーム偏向器１３の後段に配置されている。対物レンズ１４は、試料Ｓを透過した電子線を結像させる。中間レンズ１５は、対物レンズ１４の後段に配置されている。投影レンズ１６は、中間レンズ１５の後段に配置されている。中間レンズ１５及び投影レンズ１６は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢを検出器１７に導く。例えば、中間レンズ１５及び投影レンズ１６は、対物レンズ１４の像面もしくは後焦点面（回折図形が形成される面）を投影して検出器１７上に結像する。

【0024】

イメージシフト偏向器１８は、対物レンズ１４の後段に配置されている。イメージシフト偏向器１８は、複数の偏向コイルを有し、偏向器制御装置３０によって制御される。偏向器制御装置３０は、処理部１００からの制御信号に基づき、イメージシフト偏向器１８の複数の偏向コイルに流れる電流量を制御する。イメージシフト偏向器１８は、偏向器制御装置３０で各偏向コイルに流れる電流を制御することにより電子線を偏向させ、これにより、視野を変更（移動）することができる。

【0025】

検出器１７は、投影レンズ１６の後段に配置されている。検出器１７は、投影レンズ１６によって結像された電子顕微鏡像（透過電子顕微鏡像）を検出する。検出器１７の例として、二次元的に配置されたＣＣＤ(Charge Coupled Device)で形成された受光面を有するＣＣＤカメラを挙げることができる。検出器１７が検出した電子顕微鏡像の像情報は、処理部１００に出力される。

【0026】

操作部１１０は、ユーザが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報を処理部１００に出力する。操作部１１０の機能は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネルなどのハードウェアにより実現することができる。

【0027】

表示部１２０は、処理部１００によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。

【0028】

記憶部１３０は、処理部１００の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムや各種データを記憶するとともに、処理部１００のワーク領域として機能し、その機能はハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。

【0029】

処理部１００は、偏向器制御装置３０やステージ制御装置等を制御する処理や、電子顕微鏡像を取得する処理、合成画像を生成する処理等を行う。処理部１００の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。処理部１００は、画像取得部１０２、設定部１０４、画像合成部１０６を含む。

【0030】

画像取得部１０２は、検出器１７から出力された像情報に基づき電子顕微鏡像を取得す
る。また、画像取得部１０２は、イメージシフト偏向器１８（偏向器制御装置３０）を制御して視野を変更しつつ電子顕微鏡像を取得することで、試料Ｓ上の複数の領域の画像を、重複領域を設けつつ取得する。なお、視野の変更は、試料ステージ２０を移動させる制御により行ってもよいし、イメージシフト偏向器１８以外の偏向器（例えば、ＰＬアライメントコイル）を制御することで行ってもよい。

【0031】

設定部１０４は、画像取得部１０２で取得された複数の画像のうちの１つを基準画像として設定する。なお、設定部１０４は、所定のルールに従って、又は操作部１１０からの操作情報に基づいて、最初（１番目）の基準画像を設定する。

【0032】

画像合成部１０６は、画像取得部１０２で取得された各画像の位置を補正して繋ぎ合わせることで合成画像（モンタージュ画像）を生成する。画像合成部１０６は、設定部１０４によって設定された基準画像と前記基準画像に隣接する画像との重複領域における相互相関の計算を前記基準画像に隣接する画像ごとに行い、それぞれの計算結果（相互相関像におけるピークの先鋭度（鋭さ））に基づき前記基準画像に隣接する複数の画像のうち最も相関のよい１つの画像を選択し、選択した画像の位置を前記基準画像との相互相関の計算結果（相互相関像におけるピークの位置）に基づき補正する。ここで、設定部１０４は、画像合成部１０６によって位置が補正された前記画像を新たな前記基準画像として追加して設定する。

【0033】

また、画像合成部１０６は、２つの前記基準画像が隣接し、２つの前記画像が隣接し、一方の前記基準画像が一方の前記画像に隣接し、且つ、他方の前記基準画像が他方の前記画像に隣接する場合に、一方の前記基準画像と一方の前記画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と他方の前記画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記画像のうち最も相関のよい画像を選択し、一方の前記画像を選択した場合には、一方の前記画像の位置を一方の前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正し、他方の前記画像を選択した場合には、他方の前記画像の位置を他方の前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正してもよい。

【0034】

また、画像合成部１０６は、２つの前記基準画像に隣接する前記画像が存在する場合に、一方の前記基準画像と当該画像との重複領域における相互相関の計算と、他方の前記基準画像と当該画像との重複領域における相互相関の計算とを行い、それぞれの計算結果に基づき２つの前記基準画像のうち相関のよい前記基準画像を選択し、当該画像の位置を、選択した前記基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正してもよい。

【0035】

また、画像合成部１０６は、相互相関の計算を行う前に、各画像に対してエッジ強調（Ｓｏｂｅｌ）フィルタとガウシアンフィルタ（平均化、ノイズ除去フィルタ）を施してよい。これにより、相互相関の計算での誤差を低減することができる。

【0036】

２．本実施形態の手法
次に本実施形態の手法について図面を用いて説明する。

【0037】

複数の画像を繋ぎ合わせて合成画像を生成する場合、画像間の重複領域において相互相関の計算を行い、相互相関像におけるピークの位置に基づいて画像の位置を補正する。図２に、相互相関像の例を示す。図２に示す相互相関像ＣＩ_１では、像中心から水平方向に＋１ピクセル、垂直方向に−１ピクセルの位置にピークがあると判定され、このピーク位置（像中心からピーク位置までの距離）が２枚の画像の位置ずれ量となる。図２に示す相互相関像ＣＩ_２では、相互相関像ＣＩ_１と比較してピークがブロード（ピークの先鋭度が低い）になっている。これは、相互相関像ＣＩ_２の生成に用いた２枚の画像間の重複領域が特徴の少ない画像であることによる。相互相関像ＣＩ_２では、像中心から水平方向に
９ピクセル、垂直方向に−２３ピクセルの位置にピークがあると判定されたが、実際の位置ずれ量は１ピクセル程度であった。すなわち、相互相関像におけるピークの先鋭度が低いほど、位置補正の計算誤差が大きくなる。

【0038】

そこで本実施形態の手法では、基準画像に隣接する複数の画像のうち、基準画像との相互相関の計算結果に基づき最も相関のよい画像を選択し、選択した画像を優先的に位置補正して新たな基準画像として確定する。相関のよさは、相互相関の計算の結果得られる相互相関像におけるピークの先鋭度（ピークの幅）に基づき判定し、相互相関像におけるピークの先鋭度が高い（ピークの幅が小さい）ほど相関がよいと判定する。このようにすると、基準画像との相互相関の計算結果（ピーク位置の判定結果）に大きな誤差が含まれるような場合であっても、このような計算結果が採用されることを抑制して、より最適な（誤差の少ない）計算結果を用いて位置補正を行うことができ、試料上の複数の領域の画像を高精度に繋ぎ合わせることができる。

【0039】

相互相関像におけるピークの先鋭度を求める際には、例えば、相互相関像のラインプロファイルにおけるピークの形状がガウス分布に従うと仮定して、相互相関像のピーク位置におけるピクセル値と、ピークに隣接する（或いは、ピークから等距離離れた）２点の位置におけるピクセル値との合計３点の位置におけるピクセル値を用いて、ガウス関数を求め（３点のピクセル値をガウス関数でフィッティングし）、求めたガウス関数の半値幅（或いは、係数の値）に基づきピークの先鋭度を求める。この場合、半値幅が小さいほど先鋭度が高いとする。また、ガウス関数に代えて二次関数を求めてもよい。また、相互相関像におけるピークの微分の絶対値（ピークのピクセル値とピークの両隣のピクセル値との差分の絶対値と等価）に基づきピークの先鋭度を求めてもよい。また、ピークの２次微分の絶対値に基づきピークの先鋭度を求めてもよい。この場合、ピークの微分或いは２次微分の絶対値が大きいほど先鋭度が高いとする。また、上記の複数の手法を任意に組み合わせてピークの先鋭度を求めてもよい。

【0040】

以下、水平方向に５枚、垂直方向に５枚の計２５枚の画像を取得して合成画像を生成する場合を例にとって、模式図を用いて位置補正の流れについて説明する。

【0041】

図３（Ａ）に示すように、まず、２５枚の画像Ｐ_１〜Ｐ_２５のうち、撮影領域の中心に位置する画像Ｐ_１３を基準画像（最初の基準画像）として設定する。図中、基準画像として設定した画像は斜線で示されており、また、画像間の重複領域については図示を省略している。なお、２５枚の画像Ｐ_１〜Ｐ_２５のうち、撮影領域の４隅（右上、左上、右下、左下）のいずれかに位置する画像を最初の基準画像として設定してもよいし、操作部１１０を用いてユーザが選択した画像を最初の基準画像として設定してもよい。

【0042】

次に、基準画像Ｐ_１３に隣接する（辺で接する）４つの画像Ｐ_８、Ｐ_１４、Ｐ_１８、Ｐ_１２を対象として、基準画像Ｐ_１３と画像Ｐ_８、Ｐ_１４、Ｐ_１８、Ｐ_１２との重複領域における相互相関の計算を対象となる画像ごとに行い、それぞれの計算結果（相互相関像におけるピークの先鋭度）に基づき画像Ｐ_８、Ｐ_１４、Ｐ_１８、Ｐ_１２のうち最も相関のよい画像を選択し、選択した画像の位置を、基準画像Ｐ_１３との相互相関の計算結果（相互相関像におけるピークの位置）に基づき補正する。例えば、基準画像Ｐ_１３と画像_１４との相互相関の計算の結果得られる相互相関像におけるピークの先鋭度が最も高いと判定された場合、最も相関のよい画像として画像Ｐ_１４が選択され、画像Ｐ_１４の位置が基準画像Ｐ_１３との相互相関の計算結果に基づき補正される。位置が補正された画像Ｐ_１４は、新たな基準画像として追加設定される（図３（Ｂ）参照）。なお、図中、相互相関計算の対象となる画像は太線で示されている。

【0043】

次に、水平方向（左右方向）に隣接する基準画像Ｐ_１３、Ｐ_１４の上辺に接する２つの
画像Ｐ_８、Ｐ_７を対象として、基準画像Ｐ_１３（一方の基準画像）と画像Ｐ_８（一方の画像）との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_１４（他方の基準画像）と画像Ｐ_７（他方の画像）との重複領域における相互相関の計算とを行う。そして、それぞれの計算結果に基づき画像Ｐ_８、Ｐ_７のうち最も相関のよい画像を選択し、選択した画像の位置を、相互相関の計算結果に基づき補正する。例えば、最も相関のよい画像として画像Ｐ_８が選択された場合、画像Ｐ_８の位置が基準画像Ｐ_１３との相互相関の計算結果に基づき補正される。位置が補正された画像Ｐ_８は基準画像として追加設定される（図３（Ｃ）参照）。なお、基準画像Ｐ_１３、Ｐ_１４の下辺に接する２つの画像Ｐ_１８、Ｐ_１７を対象とした相互相関の計算を先に行ってもよい。また、２つの基準画像が垂直方向（上下方向）に隣接する場合には、当該２つの基準画像の右辺又は左辺に接する２つの画像を対象として相互相関の計算と位置補正を行う。

【0044】

次に、２つの基準画像Ｐ_８、Ｐ_１４に隣接する（隣り合う２辺で接する）画像Ｐ_７を対象として、基準画像Ｐ_８（一方の基準画像）と画像Ｐ_７との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_１４（他方の基準画像）と画像Ｐ_７との重複領域における相互相関の計算とを行う。そして、それぞれの計算結果に基づき基準画像Ｐ_８、Ｐ_１４のうち最も相関のよい基準画像を選択し、対象となる画像Ｐ_７の位置を、選択した基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する。例えば、最も相関のよい基準画像として基準画像Ｐ_８が選択された場合、画像Ｐ_７の位置が基準画像Ｐ_８との相互相関の計算結果に基づき補正される。位置が補正された画像Ｐ_７は基準画像として追加設定される（図４（Ａ）参照）。

【0045】

次に、水平方向に隣接する基準画像Ｐ_１３、Ｐ_１４の下辺に接する２つの画像Ｐ_８、Ｐ_７を対象として相互相関の計算と位置補正を行う。すなわち、基準画像Ｐ_１３と画像Ｐ_１８との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_１４と画像Ｐ_１７との重複領域における相互相関の計算とを行い、最も相関のよい画像の位置を相互相関の計算結果に基づき補正する。例えば、最も相関のよい画像として画像Ｐ_１７が選択された場合、画像Ｐ_１７の位置が基準画像Ｐ_１４との相互相関の計算結果に基づき補正され、画像Ｐ_１７は基準画像として追加設定される（図４（Ｂ）参照）。続いて、２つの基準画像Ｐ_１３、Ｐ_１７に隣接する画像Ｐ_１８を対象として、基準画像Ｐ_１３と画像Ｐ_１８との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_１７と画像Ｐ_１８との重複領域における相互相関の計算とを行い、画像Ｐ_１８の位置を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算結果に基づき補正する。位置が補正された画像Ｐ_１８は基準画像として追加設定される（図４（Ｃ）参照）。

【0046】

次に、垂直方向に隣接する基準画像Ｐ_８、Ｐ_１３、Ｐ_１８の左辺に接する３つの画像Ｐ_９、Ｐ_１２、Ｐ_１９を対象として相互相関の計算と位置補正を行う。すなわち、基準画像Ｐ_８と画像Ｐ_９との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_１３と画像Ｐ_１２との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_１８と画像Ｐ_１９との重複領域における相互相関の計算とを行い、最も相関のよい画像の位置を相互相関の計算結果に基づき補正する。例えば、最も相関のよい画像として画像Ｐ_１２が選択された場合、画像Ｐ_１２の位置が基準画像Ｐ_１３との相互相関の計算結果に基づき補正され、画像Ｐ_１２は基準画像として追加設定される（図５（Ａ）参照）。続いて、２つの基準画像Ｐ_８、Ｐ_１２に隣接する画像Ｐ_９を対象として、基準画像Ｐ_８と画像Ｐ_９との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_１２と画像Ｐ_９との重複領域における相互相関の計算とを行い、画像Ｐ_９を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算結果に基づき位置補正して基準画像として追加設定する（図５（Ｂ）参照）。また、２つの基準画像Ｐ_１２、Ｐ_１８に隣接する画像Ｐ_１９を対象として、基準画像Ｐ_１２と画像Ｐ_１９との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_１８と画像Ｐ_１９との重複領域における相互相関の計算とを行い、画像Ｐ_１９を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算結果に基づき位置補正して基準画像として追加設定する（図５（Ｃ）参照）。

【0047】

以上のようにして、最初に設定された基準画像Ｐ_１３（最初の基準画像）の周囲の画像についての位置補正が完了する。すなわち、本実施形態の手法では、最初に設定した基準画像が複数の基準画像の中心に位置し且つ複数の基準画像の外形を基準画像と相似の形状（ここでは、正方形）に近づけるように、基準画像を追加して設定していく。

【0048】

次に、複数の基準画像に隣接する（辺で接する）１２枚の画像Ｐ_２〜Ｐ_４、Ｐ_６、Ｐ_１５、Ｐ_１６、Ｐ_２２〜Ｐ_２４、Ｐ_２０、Ｐ_１１、Ｐ_１０を対象として、隣接する基準画像との重複領域における相互相関の計算を画像ごとに行い、最も相関のよい画像の位置を相互相関の計算結果に基づき補正する。例えば、最も相関のよい画像として画像Ｐ_３が選択された場合、画像Ｐ_３の位置が基準画像Ｐ_８との相互相関の計算結果に基づき補正され、画像Ｐ_３は基準画像として追加設定される（図６（Ａ）参照）。続いて、２つの基準画像Ｐ_３、Ｐ_９に隣接する画像Ｐ_２を対象として、基準画像Ｐ_３と画像Ｐ_２との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_９と画像Ｐ_２との重複領域における相互相関の計算とを行い、画像Ｐ_２を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算結果に基づき位置補正して基準画像として追加設定する（図６（Ｂ）参照）。また、２つの基準画像Ｐ_３、Ｐ_７に隣接する画像Ｐ_４を対象として、基準画像Ｐ_３と画像Ｐ_４との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_７と画像Ｐ_４との重複領域における相互相関の計算とを行い、画像Ｐ_４を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算結果に基づき位置補正して基準画像として追加設定する（図６（Ｃ）参照）。

【0049】

次に、基準画像Ｐ_２〜Ｐ_４の反対側に位置する（水平方向に隣接する基準画像Ｐ_１７〜Ｐ_１９の下辺に接する）３つの画像Ｐ_２２〜Ｐ_２４を対象として、隣接する基準画像との重複領域における相互相関の計算を行い、最も相関のよい画像の位置を相互相関の計算結果に基づき補正する。例えば、最も相関のよい画像として画像Ｐ_２２が選択された場合、画像Ｐ_２２の位置が基準画像Ｐ_１９との相互相関の計算結果に基づき補正され、画像Ｐ_２２は基準画像として追加設定される（図７（Ａ）参照）。続いて、２つの基準画像Ｐ_１８、Ｐ_２２に隣接する画像Ｐ_２３を対象として、基準画像Ｐ_１８と画像Ｐ_２３との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_２２と画像Ｐ_２３との重複領域における相互相関の計算とを行い、画像Ｐ_２３を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算結果に基づき位置補正して基準画像として追加設定する（図７（Ｂ）参照）。また、２つの基準画像Ｐ_１７、Ｐ_２３に隣接する画像Ｐ_２４を対象として、基準画像Ｐ_１７と画像Ｐ_２４との重複領域における相互相関の計算と、基準画像Ｐ_２３と画像Ｐ_２４との重複領域における相互相関の計算とを行い、画像Ｐ_２４を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算結果に基づき位置補正して基準画像として追加設定する（図７（Ｃ）参照）。

【0050】

次に、垂直方向に隣接する基準画像Ｐ_２、Ｐ_９、Ｐ_１２、Ｐ_１９、Ｐ_２２の左辺に接する５つの画像Ｐ_１、Ｐ_１０、Ｐ_１１、Ｐ_２０、Ｐ_２１を対象として、同様に、隣接する基準画像との重複領域における相互相関の計算を行い、最も相関のよい画像を、相互相関の計算結果に基づき位置補正して基準画像として追加設定し、また、２つの基準画像に隣接する画像を対象として相互相関の計算を行い、当該画像を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算結果に基づき位置補正して基準画像として追加設定する（図８（Ａ）参照）。同様に、垂直方向に隣接する基準画像Ｐ_４、Ｐ_７、Ｐ_１４、Ｐ_１７、Ｐ_２４の右辺に接する５つの画像Ｐ_５、Ｐ_６、Ｐ_１５、Ｐ_１６、Ｐ_２５を対象として、相互相関の計算と位置補正を行って基準画像として追加設定する（図８（Ｂ）参照）。以上のようにして、図５（Ｃ）における９つの基準画像の周囲の画像についての位置補正が完了し、取得した２５枚全ての画像についての処理が完了する。

【0051】

本実施形態の手法によれば、最初に設定した基準画像に辺で接する４つの画像を対象として相互相関の計算を行い、最も相関のよい画像を位置補正して基準画像として確定し、
次に、水平方向に隣接する複数の基準画像の上辺又は下辺に接する（或いは、垂直方向に隣接する複数の基準画像の右辺又は左辺に接する）複数の画像を対象として相互相関の計算を行い、最も相関のよい画像を位置補正して基準画像として確定し、続いて、２つの基準画像に２辺で接する画像を対象として相互相関の計算を行い、最も相関のよい一方の基準画像との相互相関の結果に基づき当該画像を位置補正して基準画像として確定し、また、最初に設定した基準画像に近い位置にあり且つ相関のよい画像から順に位置補正して基準画像として確定していく（複数の基準画像の外形が、最初に設定した基準画像を中心として同心円状に広がっていくように基準画像を追加設定していく）ことで、基準画像間に大きな位置ずれが生じてしまうことを抑制することができ、複数の領域の画像をより高精度に繋ぎ合わせることができる。

【0052】

図９は、本実施形態の手法により位置補正を行って生成した合成画像を示す図である。図９に示す合成画像では、複数の領域の画像が位置ずれなく高精度に繋ぎ合わされていることが分かる。

【0053】

３．処理
図１０は、処理部１００における処理の流れを示す。まず、設定部１０４は、画像取得部で取得された複数の画像のうちの１つ（例えば、撮影領域の中心に位置する画像）を基準画像として設定する（ステップＳ１０）。

【0054】

次に、画像合成部１０６は、基準画像に隣接する複数の画像を対象として、基準画像との相互相関（重複領域における相互相関）を計算し、相互相関像におけるピークの先鋭度に基づき最も相関のよい画像を選択する（ステップＳ１２）。ここで、基準画像が１つである場合（図３（Ａ）参照）は、基準画像の４辺に接する４つの画像を対象とする。また、複数の基準画像の外形が基準画像と相似の形状であり且つ複数の基準画像の中心に最初に設定した基準画像が位置する場合（図５（Ｃ）参照）には、複数の基準画像の外縁に接する複数の画像を対象とし、それ以外の場合（図３（Ｂ）、図４（Ａ）、図４（Ｃ）、図６（Ｃ）、図７（Ｃ）、図８（Ａ））には、一方向に隣接する複数の基準画像の１辺に接する複数の画像を対象とする。次に、画像合成部１０６は、最も相関のよい画像の位置を相互相関像におけるピークの位置に基づき補正し（ステップＳ１４）、設定部１０４は、位置補正が行われた画像を基準画像として追加設定する（ステップＳ１６）。

【0055】

次に、画像合成部１０６は、２つの基準画像に隣接する画像があるか否かを判断し（ステップＳ１８）、当該画像がある場合（ステップＳ１８のＹ）には、当該画像を対象として、基準画像との相互相関を計算し、相互相関像におけるピークの先鋭度に基づき最も相関のよい基準画像を選択する（ステップＳ２０）。当該画像がない場合（ステップＳ１８のＮ）には、ステップＳ３０に移行する。次に、画像合成部１０６は、対象となる画像の位置を、最も相関のよい基準画像との相互相関の計算の結果得られる相互相関像におけるピークの位置に基づき補正し（ステップＳ２２）、設定部１０４は、位置補正が行われた画像を基準画像として追加設定する（ステップＳ２４）。次に、画像合成部１０６は、２つの基準画像に隣接する画像があるか否かを判断し（ステップＳ２６）、当該画像がある場合（ステップＳ２６のＹ）には、ステップＳ１８に移行し、２つの基準画像に隣接する画像の全てを基準画像として確定するまでステップＳ１８以降の処理を繰り返す。

【0056】

次に、処理部１００は、画像取得部１０２で取得された全ての画像を処理（基準画像として設定）したか否かを判断し（ステップＳ２８）、全ての画像を処理していない場合（ステップＳ２８のＮ）には、ステップＳ１２に移行し、全ての画像を処理するまでステップＳ１２以降の処理を繰り返す。

【0057】

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能であ
る。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0058】

１ 電子顕微鏡、１０ 電子顕微鏡本体、１１ 電子線源、１２ 照射レンズ系、１３ ビーム偏向器、１４ 対物レンズ、１５ 中間レンズ、１６ 投影レンズ、１７ 検出器、１８ イメージシフト偏向器、２０ 試料ステージ、３０ 偏向器制御装置、１００ 処理部、１０２ 画像取得部、１０４ 設定部、１０６ 画像合成部、１１０ 操作部、１２０ 表示部、１３０ 記憶部、ＥＢ 電子線、Ｓ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】