特許 7127087 透過電子顕微鏡および対物絞りの調整方法

(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】

(24)【登録日】2022-08-19

(45)【発行日】2022-08-29

(54)【発明の名称】透過電子顕微鏡および対物絞りの調整方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/09 20060101AFI20220822BHJP

   H01J 37/26 20060101ALI20220822BHJP

【ＦＩ】

H01J37/09 A

H01J37/26

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020121321

(22)【出願日】2020-07-15

(65)【公開番号】P2022018300

(43)【公開日】2022-01-27

【審査請求日】2021-08-25

(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】櫻井 仁嗣

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３１０６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１６８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１３９８９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対物レンズと、
前記対物レンズの後焦点面に配置された対物絞りと、
前記対物絞りを移動させる絞り移動機構と、
前記絞り移動機構を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記対物絞りの画像を取得する処理と、
前記対物絞りの画像に基づいて、前記対物絞りの位置を求める処理と、
前記対物絞りの位置に基づいて、目的の位置と前記対物絞りの位置とのずれ量を求める処理と、
前記ずれ量に基づいて、前記絞り移動機構を動作させる処理と、
を行い、
前記対物絞りの位置を求める処理は、
前記対物絞りの画像を、設定された閾値を用いて２値化して、２値化画像を取得する処理と、
前記２値化画像から前記対物絞りの絞り孔の面積を求める処理と、
前記面積が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する処理と、
前記面積が前記所定の範囲内に含まれないと判定した場合、前記閾値を変更する処理と、
前記面積が前記所定の範囲内に含まれると判定した場合、前記２値化画像に基づいて、前記対物絞りの位置を求める処理と、
を行い、
前記対物絞りの画像を取得する処理では、前記対物絞りが挿入された状態で前記対物レンズの後焦点面の電子回折図形を撮影する、透過電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１において、
前記閾値を変更する処理では、
前記面積が前記所定の範囲の下限値よりも小さい場合、前記閾値を減少させ、
前記面積が前記所定の範囲の上限値よりも大きい場合、前記閾値を増加させる、透過電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記制御部は、前記閾値を変更する処理の後に、変更した前記閾値を用いて、前記２値化画像を取得する処理を行う、透過電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記目的の位置は、前記電子回折図形の透過波の位置である、透過電子顕微鏡。

【請求項5】

対物レンズの後焦点面に配置された対物絞りを含む透過電子顕微鏡における対物絞りの調整方法であって、
前記対物絞りの画像を取得する工程と、
前記対物絞りの画像に基づいて、前記対物絞りの位置を求める工程と、
前記対物絞りの位置に基づいて、目的の位置と前記対物絞りの位置とのずれ量を求める工程と、
前記ずれ量に基づいて、絞り移動機構を動作させる工程と、
を含み、
前記対物絞りの位置を求める工程は、
前記対物絞りの画像を、設定された閾値を用いて２値化して、２値化画像を取得する工程と、
前記２値化画像から前記対物絞りの絞り孔の面積を求める工程と、
前記面積が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、
前記面積が前記所定の範囲内に含まれないと判定した場合、前記閾値を変更する工程と、
前記面積が前記所定の範囲内に含まれると判定した場合、前記２値化画像に基づいて、前記対物絞りの位置を求める工程と、
を含み、
前記対物絞りの画像を取得する工程では、前記対物絞りが挿入された状態で前記対物レンズの後焦点面の電子回折図形を撮影する、対物絞りの調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、透過電子顕微鏡および対物絞りの調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

透過電子顕微鏡では、試料に電子線を照射し、試料を透過した電子を結像することによって、透過電子顕微鏡像および電子回折図形を取得できる。

【0003】

透過電子顕微鏡では、対物レンズの後焦点面に対物絞りを挿入して、試料の観察を行う。例えば、透過電子顕微鏡では、対物レンズの後焦点面に形成される電子回折図形中の透過波を対物絞りで選択することによって、明視野像を得ることができる。また、透過電子顕微鏡では、電子回折図形中の任意の回折波を対物絞りで選択することによって、暗視野像を得ることができる。

【0004】

例えば、特許文献１には、対物絞りの調整方法として、レンズの励磁を周期的に変化させたときの電子ビームの拡散状況を検出して、電子ビームの拡散状況が光軸を中心として均等になるように調整する手法が開示されている。特許文献１の絞り装置では、この手法を利用して、絞りの位置を自動で光軸に合わせている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平２－１８８４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のように、透過電子顕微鏡では、観察の際に、対物絞りを所望の位置に正確に配置することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る透過電子顕微鏡の一態様は、
対物レンズと、
前記対物レンズの後焦点面に配置された対物絞りと、
前記対物絞りを移動させる絞り移動機構と、
前記絞り移動機構を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記対物絞りの画像を取得する処理と、
前記対物絞りの画像に基づいて、前記対物絞りの位置を求める処理と、
前記対物絞りの位置に基づいて、目的の位置と前記対物絞りの位置とのずれ量を求める処理と、
前記ずれ量に基づいて、前記絞り移動機構を動作させる処理と、
を行い、
前記対物絞りの位置を求める処理は、
前記対物絞りの画像を、設定された閾値を用いて２値化して、２値化画像を取得する処理と、
前記２値化画像から前記対物絞りの絞り孔の面積を求める処理と、
前記面積が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する処理と、
前記面積が前記所定の範囲内に含まれないと判定した場合、前記閾値を変更する処理と、
前記面積が前記所定の範囲内に含まれると判定した場合、前記２値化画像に基づいて、前記対物絞りの位置を求める処理と、
を行い、
前記対物絞りの画像を取得する処理では、前記対物絞りが挿入された状態で前記対物レンズの後焦点面の電子回折図形を撮影する。

【0008】

このような透過電子顕微鏡では、自動で、対物絞りを所望の位置に正確に配置することができる。

【0009】

本発明に係る対物絞りの調整方法の一態様は、
対物レンズの後焦点面に配置された対物絞りを含む透過電子顕微鏡における対物絞りの調整方法であって、
前記対物絞りの画像を取得する工程と、
前記対物絞りの画像に基づいて、前記対物絞りの位置を求める工程と、
前記対物絞りの位置に基づいて、目的の位置と前記対物絞りの位置とのずれ量を求める工程と、
前記ずれ量に基づいて、絞り移動機構を動作させる工程と、
を含み、
前記対物絞りの位置を求める工程は、
前記対物絞りの画像を、設定された閾値を用いて２値化して、２値化画像を取得する工程と、
前記２値化画像から前記対物絞りの絞り孔の面積を求める工程と、
前記面積が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、
前記面積が前記所定の範囲内に含まれないと判定した場合、前記閾値を変更する工程と、
前記面積が前記所定の範囲内に含まれると判定した場合、前記２値化画像に基づいて、前記対物絞りの位置を求める工程と、
を含み、
前記対物絞りの画像を取得する工程では、前記対物絞りが挿入された状態で前記対物レンズの後焦点面の電子回折図形を撮影する。

【0010】

このような対物絞りの調整方法では、対物絞りを所望の位置に正確に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成を示す図。

【図2】対物絞りの位置調整方法の一例を示すフローチャート。

【図3】対物絞りを挿入していない状態で電子回折図形を撮影した画像。

【図4】対物絞りを挿入した状態で電子回折図形を撮影した画像。

【図5】対物絞りが画像の中心に位置している状態を示す図。

【図6】対物絞りの位置を検出する工程の一例を示すフローチャート。

【図7】２値化画像を示す図。

【図8】閾値が適当でない場合の２値化画像。

【図9】制御部の処理の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

１． 透過電子顕微鏡
まず、本発明の一実施形態に係る透過電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る透過電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

【0014】

透過電子顕微鏡１００では、試料２に電子線ＥＢを照射し、試料２を透過した電子を結像することによって、透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）および電子回折図形を取得することができる。

【0015】

透過電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子銃１０と、照射レンズ系１２と、試料ステージ１４と、試料ホルダー１５と、対物絞り１６と、結像レンズ系１８と、撮像装置２０と、撮像制御装置２２と、絞り移動機構３０と、電子銃制御装置４０と、照射レンズ系制御装置４２と、試料ステージ制御装置４４と、結像レンズ系制御装置４６と、移動機構制御装置４８と、制御部５０と、表示部５２と、記憶部５４と、を含む。

【0016】

電子銃１０は、電子線ＥＢを放出する。電子銃１０は、例えば、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。

【0017】

照射レンズ系１２は、電子銃１０から放出された電子線ＥＢを集束して試料２に照射する。照射レンズ系１２は、複数（図示の例では３つ）のコンデンサーレンズで構成されている。

【0018】

試料ステージ１４は、試料ホルダー１５を介して、試料２を保持している。試料ステージ１４によって、試料２の位置決めを行うことができる。図示の例では、試料ステージ１４は、対物レンズのポールピースに対して水平方向（横）から試料ホルダー１５を挿入するサイドエントリー方式の試料ステージである。なお、試料ステージ１４は、対物レンズのポールピースの上方から試料２を挿入するトップエントリー方式の試料ステージであってもよい。試料ステージ１４は、試料２を水平方向および垂直方向に移動させる試料移動機構を有している。また、試料ステージ１４および試料ホルダー１５は、試料２を傾斜させる試料傾斜機構を有している。

【0019】

対物絞り１６は、対物レンズの後焦点面に配置されている。対物絞り１６は、試料２を透過した電子線ＥＢから結像する電子線を選択する。例えば、対物レンズの後焦点面に形成される電子回折図形中の透過波を対物絞り１６で選択することによって、明視野像を得ることができる。また、例えば、対物レンズの後焦点面に形成される電子回折図形中の回折波を対物絞り１６で選択することによって、暗視野像を得ることができる。対物絞り１６は、複数の絞り孔を有している。複数の絞り孔は、互いに異なる絞り径を有している。対物絞り１６の絞り孔の形状は、光軸に沿った方向から見て、円である。

【0020】

結像レンズ系１８は、試料２を透過した電子線ＥＢでＴＥＭ像および電子回折図形を結像する。結像レンズ系１８は、例えば、対物レンズ、中間レンズ、および投影レンズを含む。

【0021】

例えば、中間レンズの焦点を対物レンズによって形成される透過電子顕微鏡像（試料像）に合わせることによって、ＴＥＭ像を撮影できる。また、例えば、中間レンズの焦点を対物レンズによって形成される電子回折図形に合わせることによって、電子回折図形を撮影できる。

【0022】

撮像装置２０は、結像レンズ系１８によって結像された像（ＴＥＭ像および電子回折図形）を撮影する。撮像装置２０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等のデジタルカメラである。撮像装置２０で撮影された像の画像データは、撮像制御装置２２を介して制御部５０に出力される。撮像装置２０で撮影された像は、画像ファイルとして記憶部５４に記憶され、表示部５２に表示される。

【0023】

絞り移動機構３０は、対物絞り１６を位置決めする。絞り移動機構３０は、対物絞り１
６を水平方向に移動させる。絞り移動機構３０は、例えば、モーターを動作させることで、対物絞り１６を移動させる。絞り移動機構３０で対物絞り１６を移動させることによって、絞り径を変更することもできる。

【0024】

電子銃制御装置４０は、電子銃１０を制御する。電子銃制御装置４０は、例えば、制御部５０から出力された制御信号に基づいて電子銃１０を動作させる。照射レンズ系制御装置４２は、照射レンズ系１２を制御する。照射レンズ系制御装置４２は、例えば、制御部５０から出力された制御信号に基づいて照射レンズ系１２を動作させる。

【0025】

試料ステージ制御装置４４は、試料ステージ１４を制御する。試料ステージ制御装置４４は、例えば、制御部５０から出力された制御信号に基づいて試料ステージ１４を動作させる。結像レンズ系制御装置４６は、結像レンズ系１８を制御する。結像レンズ系制御装置４６は、例えば、制御部５０から出力された制御信号に基づいて結像レンズ系１８を制御する。移動機構制御装置４８は、絞り移動機構３０を制御する。移動機構制御装置４８は、例えば、制御部５０から出力された制御信号に基づいて絞り移動機構３０を動作させる。

【0026】

制御部５０は、透過電子顕微鏡１００を構成する各部を制御する。制御部５０の機能は、例えば、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（digital signal processor）など）で記憶部５４に記憶されたプログラムを実行することにより実現することができる。なお、制御部５０の機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。

【0027】

表示部５２は、制御部５０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（liquid crystal display）などにより実現できる。表示部５２には、例えば、撮像装置２０で撮影された像が表示される。また、表示部５２は、例えば、撮像制御装置２２、絞り移動機構３０、電子銃制御装置４０、照射レンズ系制御装置４２、試料ステージ制御装置４４、結像レンズ系制御装置４６、および移動機構制御装置４８を制御するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）が表示される。

【0028】

記憶部５４は、制御部５０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している。また、記憶部５４は、制御部５０のワーク領域としても機能する。記憶部５４の機能は、ハードディスク、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより実現できる。

【0029】

２． 対物絞りの位置調整方法
次に、透過電子顕微鏡１００における対物絞り１６の調整方法について説明する。以下では、対物絞り１６で電子回折図形中の透過波を選択する場合について説明する。なお、透過波は、視野の中心、すなわち、撮像装置２０で撮影された画像の中心に位置しているものとする。また、以下の説明において、対物絞り１６の位置とは、対物絞り１６の絞り孔の中心の位置とする。

【0030】

図２は、透過電子顕微鏡１００における対物絞り１６の位置調整方法の一例を示すフローチャートである。

【0031】

まず、透過電子顕微鏡１００において、結像レンズ系１８を電子回折図形を観察できる状態とする。そして、対物絞り１６を挿入する（Ｓ１０）。対物絞り１６を挿入した後、任意のカメラ長で電子回折図形を撮像装置２０で撮影して、対物絞り１６の画像を取得する（Ｓ２０）。

【0032】

図３は、対物絞り１６を挿入していない状態で電子回折図形を撮影して得られた画像である。図４は、対物絞り１６を挿入した状態で電子回折図形を撮影して得られた画像である。なお、図４では、対物絞り１６を破線で示している。

【0033】

図４に示す電子回折図形を含む対物絞り１６の画像を用いて、当該画像上における対物絞り１６の位置（ｘ，ｙ）を検出する（Ｓ３０）。対物絞り１６の位置（ｘ，ｙ）の単位は、例えば、ピクセルである。対物絞り１６の位置を検出する工程Ｓ３０の詳細は後述する。

【0034】

次に、対物絞り１６を画像の中心位置に移動させるための移動量を計算する（Ｓ４０）。例えば、まず、対物絞り１６の位置（ｘ，ｙ）と画像の中心位置（ｃｘ，ｃｙ）との差、すなわち、対物絞り１６の位置（ｘ，ｙ）と画像の中心位置（ｃｘ，ｃｙ）とのずれ量を求める。具体的には、対物絞り１６の位置（ｘ，ｙ）と画像の中心位置（ｃｘ，ｃｙ）とのＸ方向のずれ量およびＹ方向のずれ量をそれぞれ求める。Ｘ方向のずれ量およびＹ方向のずれ量は、ベクトル、すなわち、ずれ量およびずれの方向として表すこともできる。

【0035】

次に、対物絞り１６の位置（ｘ，ｙ）と画像の中心位置（ｃｘ，ｃｙ）との差、すなわち、ずれ量に基づいて、対物絞り１６を画像の中心位置に移動させるための移動量を計算する。

【0036】

対物絞り１６のＸ方向の移動量ｍｘ、および対物絞り１６のＹ方向の移動量ｍｙは、次式（１）で求めることができる。

【0037】

【数1】

【0038】

なお、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、画像上の位置ずれ量を、実際の対物絞り１６の移動量に変換するための係数である。また、Ｘ方向は対物絞り１６の挿入方向であり、Ｙ方向はＸ方向に直交する方向である。

【0039】

上記式（１）で算出した対物絞り１６のＸ方向の移動量ｍｘおよびＹ方向の移動量ｍｙだけ絞り移動機構３０に対物絞り１６を移動させる（Ｓ５０）。これにより、対物絞り１６を画像の中心に配置できる。

【0040】

図５は、対物絞り１６が画像の中心に位置している状態を示している。図５では、対物絞り１６を破線で示している。

【0041】

なお、上記では、対物絞り１６を画像の中心に移動させる場合について説明したが、対物絞り１６を所望の位置に移動させてもよい。この場合、画像の中心位置（ｃｘ，ｃｙ）の代わりに、所望の位置（ｄｘ，ｄｙ）を用いることで、対物絞り１６を所望の位置に移動できる。

【0042】

次に、対物絞り１６の位置を検出する工程Ｓ３０について説明する。図６は、対物絞り１６の位置を検出する工程Ｓ３０の一例を示すフローチャートである。

【0043】

まず、図４に示す対物絞り１６の画像を、設定された閾値Ｂを用いて２値化する（Ｓ３００）。ここでは、対物絞り１６の画像において、輝度の値が閾値Ｂよりも大きい画素を白、輝度の値が閾値Ｂ以下の画素を黒に変換する。これにより、２値化画像を得ることができる。

【0044】

図７は、２値化画像を示す図である。なお、図７には、白の領域の中心位置を示すマーカーを図示している。

【0045】

図７に示すように、対物絞り１６の画像を２値化することによって、対物絞り１６の絞り孔の形状を抽出することができれば、対物絞り１６の位置を検出できる。例えば、２値化画像から白の領域の中心位置を算出することによって、対物絞り１６の位置を検出できる。

【0046】

しかしながら、閾値Ｂが適当でない場合、２値化画像において白の領域の中心位置を算出しても、対物絞り１６の絞り孔の中心からずれてしまう。

【0047】

図８は、閾値Ｂが適当でない場合の２値化画像を示している。なお、図８には、算出された白の領域の中心位置を示すマーカーを図示している。

【0048】

図８に示す２値化画像から白の領域の中心位置を算出しても、白の領域の中心位置は、対物絞り１６の絞り孔の中心の位置と一致しない。したがって、２値化画像において、対物絞り１６の位置を正確に検出するためには、最適な閾値Ｂを設定する必要がある。

【0049】

あらかじめ設定された閾値Ｂを用いて、図４に示す対物絞り１６の画像を２値化した後（Ｓ３００の後）、得られた２値化画像において、白の領域の面積Ｓを算出する（Ｓ３０２）。すなわち、２値化画像において、絞り孔の面積を算出する。

【0050】

次に、面積Ｓが、Ｓ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たすか否かを判定する（Ｓ３０４）。ここで、面積Ｓの範囲の下限値Ｓ１および上限値Ｓ２は、対物絞り１６を観察したときのカメラ長（倍率）における対物絞り１６の絞り孔の面積に関連するパラメーターである。例えばＳ１＝Ｓ０×０．９、Ｓ２＝Ｓ０×１．１に設定する。ここで、Ｓ０は、対物絞り１６の画像を取得したときのカメラ長における、絞り孔の面積である。Ｓ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たすことで、２値化画像において絞り孔が正確に抽出できていると判断できる。

【0051】

なお、下限値Ｓ１および上限値Ｓ２は、要求される対物絞り１６の位置決め精度に応じて、適宜変更可能である。

【0052】

面積ＳがＳ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たさない場合（Ｓ３０４のＮｏ）、面積ＳがＳ＜Ｓ１を満たすか否かを判定する（Ｓ３０６）。Ｓ＜Ｓ１を満たす場合（Ｓ３０６のＹｅｓ）、閾値ＢをＢ＝Ｂ×Ｐ１（ただしＰ１＜１）に変更する（Ｓ３０８）。すなわち、面積Ｓが、設定された範囲の下限値Ｓ１よりも小さい場合、閾値Ｂを減少させる。

【0053】

一方、Ｓ＜Ｓ１を満たさない場合（Ｓ３０６のＮｏ）、すなわち、Ｓ＞Ｓ２の場合、閾値ＢをＢ＝Ｂ×Ｐ２（ただしＰ２＞１）に変更する（Ｓ３１０）。すなわち、面積Ｓが、設定された範囲の上限値Ｓ２よりも大きい場合、閾値Ｂを増加させる。ここで、Ｐ１およびＰ２は、閾値Ｂの値を変更するためのパラメーターである。例えば、Ｐ１＝０．９、Ｐ２＝１．１に設定する。なお、パラメーターＰ１の値およびパラメーターＰ２の値は、適宜変更可能である。

【0054】

閾値Ｂを変更する処理（Ｓ３０６、Ｓ３０８、およびＳ３１０）の後、ステップＳ３００に戻って、変更された閾値Ｂを用いて、図４に示す対物絞り１６の画像を２値化する（Ｓ３００）。次に、得られた２値化画像において面積Ｓを算出し（Ｓ３０２）、面積ＳがＳ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たすか否かを判定する（Ｓ３０４）。

【0055】

このようにして、Ｓ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たすまで、ステップＳ３００、ステップＳ３０２、ステップＳ３０４、ステップＳ３０６、ステップＳ３０８、ステップＳ３１０の処理が繰り返される。

【0056】

Ｓ１≦Ｓ＜Ｓ２を満たした場合（Ｓ３０４のＹｅｓ）、２値化画像において、２値化画像上における対物絞り１６の位置（ｘ，ｙ）を算出する（Ｓ３１２）。具体的には、２値化画像において、白の領域の中心（重心）を計算する。

【0057】

例えば、２値化画像において、ｉ番目のピクセル座標を（ｘｉ，ｙｉ）、ｉ番目のピクセル座標における輝度をＢｉとすると、白の領域の重心は次式（２）で算出できる。

【0058】

【数2】

【0059】

なお、２値化画像のノイズを除去するために、２値化画像に対して、メディアンフィルターなどでフィルター処理を行った後に、白の領域の中心を求めてもよい。

【0060】

また、白の領域の中心を計算する手法は、上記のように白の領域の重心を求める手法に限定されない。例えば、２値化画像において、対物絞り１６の絞り孔の輪郭を抽出して、対物絞り１６の位置を検出してもよい。白の領域の輪郭を抽出する手法としては、例えば、Ｐｙｔｈｏｎの輪郭抽出関数を使用することができる。

【0061】

以上の工程により、対物絞り１６の位置を検出できる。

【0062】

３． 処理
透過電子顕微鏡１００では、制御部５０が上述した対物絞り１６の調整方法を行うことによって、自動で、対物絞り１６の位置を調整することができる。

【0063】

図９は、制御部５０の処理の一例を示すフローチャートである。

【0064】

ユーザーが不図示の入力装置を用いて、対物絞り１６を挿入する操作を行うと、制御部５０は、当該入力装置からの操作信号を受け付けて、絞り移動機構３０が対物絞り１６を挿入するように移動機構制御装置４８を制御する（Ｓ１００）。

【0065】

対物絞り１６が絞り径の異なる複数の絞り孔を有する場合、制御部５０は、ユーザーが指定した絞り径の絞り孔が光軸上に配置されるように、移動機構制御装置４８を制御する。これにより、ユーザーが指定した絞り径の絞り孔が光軸近傍に配置される。

【0066】

次に、制御部５０は、結像レンズ系１８が電子回折図形を観察できる状態となるように結像レンズ系制御装置４６を制御する。そして、制御部５０は、撮像制御装置２２に撮像装置２０で対物絞り１６を撮影させる。これにより、制御部５０は、電子回折図形を含む対物絞り１６の画像を取得する（Ｓ１０２）。

【0067】

次に、制御部５０は、設定された閾値Ｂを用いて取得した対物絞り１６の画像を２値化
し、２値化画像を取得する（Ｓ１０４）。

【0068】

次に、制御部５０は、２値化画像から白の領域の面積Ｓを算出する（Ｓ１０６）。そして、制御部５０は、面積Ｓが、設定された面積Ｓの範囲内か否か、すなわち、Ｓ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たすか否かを判定する（Ｓ１０８）。制御部５０は、Ｓ１＝Ｓ０×０．９、Ｓ２＝Ｓ０×１．１に設定する。

【0069】

ここで、記憶部５４には、ある絞り径Ｄの絞り孔を、カメラ長Ｌで撮影したときの絞り孔の面積ＳＡが記憶されている。制御部５０は、現在挿入されている対物絞り１６の絞り径ｄとカメラ長ｌの情報を取得して、絞り径ｄとカメラ長ｌから次式を用いて面積Ｓ０を算出する。

【0070】

Ｓ０＝ＳＡ×（ｌ／Ｌ）^２×（ｄ／Ｄ）^２

【0071】

制御部５０は、算出された面積Ｓ０を用いて、面積Ｓの下限値Ｓ１＝Ｓ０×０．９および上限値Ｓ２＝Ｓ０×１．１を設定する。

【0072】

制御部５０は、面積ＳがＳ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たさない場合（Ｓ１０８のＮｏ）、面積ＳがＳ＜Ｓ１を満たすか否かを判定する（Ｓ１１０）。制御部５０は、Ｓ＜Ｓ１を満たすと判定した場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）、閾値ＢをＢ＝Ｂ×Ｐ１（Ｐ１＜１）に設定する（Ｓ１１２）。一方、Ｓ＜Ｓ１を満たさないと判定した場合（Ｓ１１０のＮｏ）、閾値ＢをＢ＝Ｂ×Ｐ２（Ｐ２＞１）に設定する（Ｓ１１４）。

【0073】

制御部５０は、閾値Ｂを変更する処理（Ｓ１１２、Ｓ１１４）の後、ステップＳ１０４に戻って、変更された閾値Ｂを用いて、電子回折図形の画像を２値化し（Ｓ１０４）、面積Ｓを算出し（Ｓ１０６）、面積ＳがＳ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たすか否かを判定する（Ｓ１０８）。制御部５０は、Ｓ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たすまで、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０、ステップＳ１１２、ステップＳ１１４の処理を繰り返す。

【0074】

制御部５０は、Ｓ１≦Ｓ≦Ｓ２を満たしたと判定した場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、２値化画像において、対物絞り１６の位置（ｘ，ｙ）を算出する（Ｓ１１６）。具体的には、制御部５０は、２値化画像において、上記式（２）を用いて、白の領域の中心（重心）を計算する。

【0075】

次に、制御部５０は、対物絞り１６を画像の中心位置（ｃｘ，ｃｙ）に移動させるための移動量を計算する（Ｓ１１８）。制御部５０は、例えば、上記式（１）を用いて、対物絞り１６のＸ方向の移動量ｍｘ、および対物絞り１６のＹ方向の移動量ｍｙを算出する。

【0076】

制御部５０は、絞り移動機構３０が算出した移動量ｍｘおよび移動量ｍｙだけ対物絞り１６を移動させるように移動機構制御装置４８を制御する（Ｓ１２０）。これにより、対物絞り１６の絞り孔の中心を、画像の中心に一致させることができる。

【0077】

以上の処理により、対物絞り１６の位置の調整を行うことができる。

【0078】

４． 作用効果
透過電子顕微鏡１００では、制御部５０は、対物絞り１６の画像を取得する処理と、対物絞り１６の画像に基づいて対物絞り１６の位置を求める処理と、対物絞り１６の位置に基づいて目的の位置と対物絞り１６の位置とのずれ量を求める処理と、当該ずれ量に基づいて絞り移動機構３０を動作させる処理と、を行う。また、対物絞り１６の位置を求める処理は、対物絞り１６の画像を設定された閾値Ｂを用いて２値化して、２値化画像を取得する処理と、２値化画像から対物絞り１６の絞り孔の面積Ｓを求める処理と、面積Ｓが所定の範囲内に含まれるか否かを判定する処理と、面積Ｓが所定の範囲内に含まれないと判定した場合、閾値Ｂを変更する処理と、面積Ｓが所定の範囲内に含まれると判定した場合、２値化画像に基づいて対物絞り１６の位置を求める処理と、を行う。

【0079】

このように、透過電子顕微鏡１００では、２値化画像から対物絞りの位置を正確に検出できるため、対物絞り１６を所望の位置に正確に配置することができる。また、透過電子顕微鏡１００では、制御部５０が、上記の処理を行うため、自動で対物絞り１６の位置を調整することができる。

【0080】

透過電子顕微鏡１００では、閾値Ｂを変更する処理において、面積Ｓが所定の範囲の下限値Ｓ１よりも小さい場合、閾値Ｂを減少させ、面積Ｓが所定の範囲の上限値Ｓ２よりも大きい場合、閾値Ｂを増加させる。また、透過電子顕微鏡１００では、閾値Ｂを変更する処理の後に、変更された閾値Ｂを用いて２値化画像を取得する処理を行う。そのため、透過電子顕微鏡１００では、２値化画像において対物絞り１６の位置を正確に検出できる。

【0081】

透過電子顕微鏡１００では、目的の位置は、電子回折図形の透過波の位置である。これにより、透過電子顕微鏡１００では、明視野像を取得できる。

【0082】

透過電子顕微鏡１００における対物絞り１６の調整方法は、対物絞り１６の画像を取得する工程と、対物絞り１６の画像に基づいて、対物絞り１６の位置を求める工程と、対物絞り１６の位置に基づいて、目的の位置と対物絞り１６の位置とのずれ量を求める工程と、当該ずれ量に基づいて、絞り移動機構３０を動作させる工程と、を含む。また、対物絞り１６の位置を求める工程は、対物絞り１６の画像を、設定された閾値Ｂを用いて２値化して、２値化画像を取得する工程と、２値化画像から対物絞り１６の絞り孔の面積Ｓを求める工程と、面積Ｓが所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、面積Ｓが所定の範囲内に含まれないと判定した場合、閾値Ｂを変更する工程と、面積Ｓが所定の範囲内に含まれると判定した場合、２値化画像に基づいて、対物絞り１６の位置を求める工程と、を含む。

【0083】

そのため、透過電子顕微鏡１００における対物絞り１６の調整方法によれば、対物絞り１６を所望の位置に正確に配置することができる。

【0084】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

【0085】

例えば、上記では、対物絞り１６によって、透過波を選択する場合について説明したが、対物絞り１６によって、回折波を選択してもよい。この場合、図９に示す対物絞り１６の移動量を計算する処理（Ｓ１１８）において、画像の中心位置（ｃｘ、ｃｙ）の代わりに選択する回折波の位置（ｄｘ、ｄｙ）を用いればよい。このように、制御部５０は、対物絞り１６を所望の位置に配置できる。

【0086】

また、例えば、制御部５０は、図９に示すステップＳ１１８の処理で算出した移動量ｍｘおよび移動量ｍｙに基づいて、対物絞り１６の絞り孔の中心が画像の中心に一致するときの対物絞り１６の位置座標を算出し、この位置座標を記憶部５４に記憶させてもよい。例えば、あらかじめ、各絞り孔について、この位置座標を記憶部５４に記憶させておくことで、対物絞り１６を使用する際に、短時間で対物絞り１６の位置を調整できる。

【0087】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、 さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、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である。また、本発明は、実施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】

【0088】

２…試料、１０…電子銃、１２…照射レンズ系、１４…試料ステージ、１５…試料ホルダー、１６…対物絞り、１８…結像レンズ系、２０…撮像装置、２２…撮像制御装置、３０…絞り移動機構、４０…電子銃制御装置、４２…照射レンズ系制御装置、４４…試料ステージ制御装置、４６…結像レンズ系制御装置、４８…移動機構制御装置、５０…制御部、５２…表示部、５４…記憶部、１００…透過電子顕微鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】