JPH03190046A - 走査電子顕微鏡の画像処理装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子顕微鏡の観察像を処理する画像処理装置
に係り、特に、観察像のノイズを低減して画質を向上さ
せることが可能な画像処理装置に関するものである。

（従来の技術） テレビカメラで検出した画像信号による画質の改善に関
しては、例えば特開昭６２−２８５５８２号公報に記載
されるように、力°メラからの映像信号を指定したフレ
ーム数だけ積分し、ランダムノイズを低減する技術が提
案されている。

また、これと同様の技術を電子顕微鏡に適用し、さらに
発展させたものとしては、特開昭６１−１３５０３４号
公報に記載されるように、電子線の照射によって試料か
ら放出される二次電子等の検出信号と画像メモリに記憶
されている信号との差を求め、それが最小となったとき
のアドレス関係に基づいて、検出信号を画像メモリに積
算して記憶させることによって画質の改善を図る技術が
提案されている。

このように、テレビカメラあるいは電子顕微鏡の検出器
で検出される映像あるいは画像の改善にあたっては、検
出信号を画像データとして一旦画像メモリに記憶する際
、試料上の同一部分を複数回走査し、この複数回の走査
に基づく画像データを該画像メモリにおいて積分し、該
積分されたデータに基づいて観察像を表示するといった
、いわゆるフレーム間積分が広く用いられている。

ノイズの減衰を目的としたフレーム間積分に関しては各
種の方法が提案されており、それぞれ一長一短ではある
が、走査電子顕微鏡では、メモリを多く必要とせず構成
が比較的簡単であることから巡回デジタル積分回路が広
く用いられている。

巡回デジタル積分回路とは、第８図に示したように、ノ
イズの抑圧量に応じて入力信号Ｄｔの減衰係数Ｎを予め
設定し、１／Ｎ倍に減衰された入力信号Ｄ　と、（１−
１／Ｎ）倍に減衰された画像メモリの出力信号∫Ｄｔ−
１とを加算し、該加算後のデータを画像信号ｊＤｔとし
て出力すると共に、積分後の画像データとして画像メモ
リに再記憶する方法である。

なお、以下の説明では、減衰係数Ｎを大きくして入力信
号Ｄ　よりも出力信号∫Ｄｔ−１を優先する場合を“積
分度合を大きくする″と表現し、減衰係数Ｎを小さくし
て出力信号、ｌ′Ｄｔ−１よりも入力信号Ｄ　を優先す
る場合を“積分度合を小さくする”と表現し、減衰係数
Ｎの逆数１／Ｎをに値として表す場合もある。

（発明が解決しようとする課題） 上記した従来技術を走査電子顕微鏡に適用すると、減衰
係数Ｎを大きくして積分度合を大きくすれば、Ｓ／Ｎ比
が向上して画質が改善されるものの検出信号の変化に対
する追従性が悪くなる。

具体的に言うならば、試料の移動、倍率変換、電子ビー
ムの条件変更等によって観察像の検出信号に変化が生じ
ても、変更後の観察像が直ちに表示されず、変化前の観
察像が残像として残ってしまう。

反対に、減衰係数Ｎを小さくして積分度合を小さくする
と、追従性は向上するものの画質の改善効果が小さくな
ってしまう。

このように、追従性と画質の改善効果とを両立させるこ
とは難しく、従来技術においては、観察像が変化せず観
察像の検出信号の変化が小さいときには、追従性よりも
Ｓ／Ｎ比の向上を優先させるために積分度合を大きくし
、検出信号の変化が大きいときには、Ｓ／Ｎ比の向上よ
りも追従性を優先させるために積分度合を小さくすると
いった操作をオペレータが行っており、操作が繁雑にな
ってしまうという問題があった。

本発明の目的は、以上に述べた問題点を解決し、観察条
件に変化が生じたときには、該変化に追従し、通常の観
察時には画質向上の効果の高い画像処理装置を提供する
ことである。

（課題を解決するための手段） 前記の問題点を解決するために、本発明では以下のよう
な手段を講じた。

（１）画像データにフレーム間積分を施して画質の改善
をはかる走査電子顕微鏡の画像処理装置において、 画像データＤｔの１フレーム単位での変化、および電子
顕微鏡の観察条件の変更の少なくとも一方を検出する手
段と、フレーム間積分の施された積分後側像データＪ’
Ｄｔ１を記憶するフレームメモリと、画像データＤ　と
積分後側像データ∫Ｄｔｔ−１との間で、前記変化およ
び変更の少なくとも一方に応じた積分度合でフレーム間
積分を行い、該積分後の画像データを新たな積分後側像
データ∫Ｄｔ　　として前記フレームメモリに記憶させ
る積分手段と、積分後側像データ∫Ｄｔ　を観察を 像として表示する手段。

（作用） 上記した構成によれば、１フレーム単位での画像データ
に変化があったり、電子顕微鏡の観察条件に変更があっ
たりして、画質改善効果よりも追従性が期待される場合
には、自動的に積分度合が小さくなる。

また、画像データの変化や電子顕微鏡の観察条件の変更
が無く、追従性よりも画質改善効果が期待される場合に
は、自動的に積分度合が大きくなるので、追従性と画質
の改善効果とを両立させた走査電子顕微鏡の画像処理装
置を提供できるようになる。

（実施例） 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の画像
処理装置のブロック図であり、走査電子顕微ｖＬ１の倍
率、コンデンサレンズの絞り、非点収差補正、試料ステ
ージの移動、走査速度、ガンマ補正、フォーカス調整、
電子ビームの照射条件といった試料観察条件、および検
出器４の感度は制御部２によって制御される。

電子ビームは試料３上を２次元的に走査され、試料３か
ら放出される二次電子、反射電子等の二次信号は前記検
出器４で検出される。検出器４での検出信号ａは、増幅
器で増幅された後に観察用ＣＲＴＩＯに入力される。観
察用ＣＲＴＩＯでは、電子ビームの走査と同期した偏向
走査が行われ、試料３の観察像が表示される。

また、増幅器で増幅された前記検出信号ａはＡ／Ｄ変換
器５でデジタル画像データＤ　に変換された後にフレー
ム間積分回路６に人力される。

フレーム間積分回路６は、該画像データＤ　と、を 後述するフレームメモリ７から出力される、１フレーム
前の積分後側像データ∫Ｄｔ、、とでフレーム間積分を
行い、積分後の画像データを新たな積分後側像データ∫
Ｄｔ　　としてフレームメモリ７に入力する。

該フレームメモリ７内の画像データは逐次Ｄ／Ａ変換器
８によってアナログ信号に変換され、モニタ９に表示さ
れる。モニタ９の観察像表示周期は、走査電子顕微鏡１
の走査周期に同期していでも同期していな（でも良い。

つまり、走査電子顕微ｍｌの走査速度が遅くても、モニ
タ９の表示速度を速くすることによってモニタ９上では
観察像を静止画として表示することができる。

第２図は前記フレーム間積分回路６の構成を示したブロ
ック図である。

同図において、減算器４１はデジタル画像データＤｔと
フレームメモリ７から出力された１フレーム前の積分後
面像データ∫Ｄｔｔ−１との間で減算を実行し、その差
信号すを積分度合制御回路１１に出力する。

積分度合制御回路１１には、差信号すを一定期間積分し
て得られる積分値Ｊ’ｂとそのときの積分度合を決定す
る係数にとの関係が予めデータテーブルとして登録され
ており、実際の制御にあたっては、得られた積分値ｆｂ
を該データテーブルにあてはめることによって、積分値
ｆｂが大きい場合には積分度合を小さくするために係数
にの値を大きくし、積分値ｆｂが小さい場合には積分度
合を大きくするためにｋの値を小さくするといった制御
を行う。

Ａ／Ｄ変換器５から出力された画像データＤｔは減衰器
２１においてに倍の利得で減衰され、フレームメモリ７
から出力された１フレーム前の積分後面像データ”ｔ−
１は減衰器２２において（１−ｋ）倍の利得で減衰され
る。

前記ｋ・Ｄｔ　　と（１−ｋ）・∫Ｄｔ−１とは加算を 器２３で加算され、加算後のデータが新たな積分後面像
データｊＤｔとしてフレームメモリ７に登録されると共
に、−その時点での画像データとして前記Ｄ／Ａ変換器
８に出力される。

この結果、前記積分後面像データｊＤ　と画像データＤ
　とは、以下のような関係を有することとなる。

、Ｉ’Ｄ　　−ｋ・Ｄｔ　　＋　（１−ｋ）・∫Ｄｔｔ
−１１１ 前記積分度合を決定する係数には０から１の間の値をと
り、その値が小さいとノイズの低減効果が大きくなるが
追従性が低下し、その値が大きいとノイズの低減効果が
小さくなるが追従性が向上する。また、ｋ−１であれば
フレーム間積分は行われず、人力信号がそのまま出力さ
れて画質改善は行われない。

なお、前記積分値ｆｂを得るための積分期間、すなわち
フレーム数は、ノイズによる誤検出をキャンセルできる
程度にしておくことが望ましい。

また、前記データテーブルは、画質改善が自然な感じで
行われるようなステップで登録しておくことが望ましい
。

第３図は、前記検出器４による検出信号ａと、前記積分
値ｆｂと、積分値、ｌ’ｂの変化に応じて制御される係
数にとの関係を示した図である。

検出信号ａが変化して積分値ｆｂが大きくなると係数に
も徐々に大きくなり、積算値／ｂがあるしきい値を越え
るまでは係数にと積算値ｊｂとは略比例関係を示す。前
記しきい値を越えると係数にはに−１で飽和してフレー
ム間積分は行われない。また、検出信号ａが安定して積
分値Ｊ’ｂが小さくなると係数にも徐々に小さくなり、
再びフレーム間積分が開始される。

本実施例によれば、検出信号ａが変化し、Ｓ／Ｎ比の向
上よりも追従性を優先させる必要がある場合には自動的
に係数ｋが大きくなって積分度合が小さくなり、その逆
の場合には自動的に積分度合が大きくなるので、常に最
適条件での観察が可能になる。

第４図は本発明の第２の実施例におけるフレーム間積分
回路６の構成を示したブロック図であり、第２図と同一
の符号は同一または同等部分を表している。

本実施例では、減算器４１において画像データＤ　から
積分後面像データ”ｔ−ｔを減じ、その減算値に応じて
出力される差信号すをそのまま積分度合制御回路１１に
入力し、前記同様、該差信号すの積分値ｆｂに応じて係
数にを制御する。

前記減算値は減衰器２１においてに倍の利得で減衰され
、さらに加算器２３において積分後面像データ∫Ｄｔ、
、が加算され、加算後の画像データは新たな積分後面像
データＦＤ　　としてフレームメモリに登録されると共
に、その時点での画像データとして前記Ｄ／Ａ変換器８
に出力される。

本実施例によれば、前記した実施例と同等の効果を、よ
り簡単な回路構成で実現することができる。

ところで、上記した実施例では、大きなノイズが入力す
ると該ノイズによって差信号すが大きくなり、その必要
がないにもかかわらず積分度合が小さくなってしまう場
合がある。

また、上記した実施例では差信号すを検出するための回
路構成が複雑となり、装置が人形で高価なものとなって
しまう。

さらに１、上記した実施例では、拡大倍率、走査速度と
いった、走査電子顕微鏡の観察条件が観察像にもたらす
影響が加味されていないので、実使用においては以下の
ような不都合が生じる場合がある。

たとえば、一般的に走査速度が遅いと観察像の変化に対
する追従性が高く、走査速度が速いと観察像の変化に対
する追従性が悪いことから、走査速度が遅く設定されて
いる場合には、前記差信号すが大きくなっても積分度合
を小さくすることなく十分な追従性が得られる。

ところが、前記した実施例では、走査速度にかかわらず
差信号すの値だけで積分度合を制御していたため、必要
以上に積分度合が小さく設定され、画質の改善効果が十
分に得られないという問題があった。

そこで、以下に示す実施例では、これらの問題をも解決
し、簡単な回路構成で優れた効果を達成できる走査電子
顕微鏡の画像処理装置を示す。

第５図は本発明の第３実施例である走査電子顕微鏡の画
像処理装置のブロック図であり、第１図と同一の符号は
同一または同等部分を表している。

制御部２は、通常マイクロコンピュータによって構成さ
れ、前記したような、倍率、操作速度、試料ステージ移
動等の観察条件の変更は、該マイクロコンピュータの管
理下で行われる。したがって、観察条件の変更の有無お
よびその変更量、たとえば倍率の変化量、試料ステージ
の移動量等はマイクロコンピュータにとっては既知であ
る。

なお、試料ステージの移動が手動操作によって行われる
ような場合であっても、移動部にロータリーエンコーダ
等の適宜の手段を付加し、その出力信号をマイクロコン
ピュータに人力するようにすれば、マイクロコンピュー
タは試料ステージの移動の有無および移動量を認識する
ことができる。

そして本実施例では、走査電子顕微鏡の拡大倍率や試料
ステージの位置といった、観察像に変化を及ぼすような
観察条件が変更されると、該変更に応じた係数にを表す
信号が制御部２からフレーム間積分回路６１に出力され
るようにし、該係数ｋによって積分度合が制御されるよ
うにした点に特徴がある。

第６図は前記フレーム間積分回路６１の構成を示したブ
ロック図であり、第２図と同一の符号は同一または同等
部分を表している。

同図において、Ａ／Ｄ変換器５から出力された画像デー
タＤｔは減衰器２１においてに倍の利得で減衰され、フ
レームメモリ７から出力された１フレーム前の積分後画
像データ∫Ｄｔｔ−１は減衰器２２において（１−ｋ）
倍の利得で減衰される。

前記ｋ・Ｄｔ　　と（１−ｋ）ψ∫Ｄｔ−ｉとは加算を 器２３で加算され、加算後のデータが新たな積分後画像
データ∫Ｄｔ　　としてフレームメモリ７に登録される
と共に、その時点での画像データとして前記Ｄ／Ａ変換
器８に出力される。前記減衰器２１．２２における係数
には前記制御部２から出力される信号によって制御され
る。

第７図は、検出信号ａと、該検出信号ａの変化に応じて
設定される係数にと、その結果であるノイズ減衰量Ｐと
の関係を示した図である。

時刻１０において、オペレータが走査電子顕微鏡の倍率
、コンデンサレンズの絞り、非点収差、走査速度、ガン
マ補正、フォーカス調整、試料ステージの位置、電子ビ
ームの照射条件等を変更すると、制御部２はこれを検出
して観察条件が変化したものと判断し、係数にを１に設
定する。

前記変更が行われている間は係数ｋが１に保たれ、入力
信号がそのまま出力されるので画質改善は行われない。

したがって、観察像は観察条件の変更に直ちに追従して
変化する。

時刻ｔｌにおいて、オペレータが前記変更のための操作
を終了すると、制御部２はこれを検出して一定時間ｔ　
経過後から係数にを、前記変更量に応じた傾きで１から
徐々に減じる。この結果、画質改善が行われるようにな
る。

本実施例によれば、突発的なノイズによって検出信号ａ
が変化しても積分度合が変化しないので、より正確な観
察が可能になる。さらに、積分度合を変化させるか否か
の判定が、走査電子顕微鏡の観察条件を変更するための
各種のスイッチ等の操作を検出することによって行われ
るので、簡１１ｔな回路構成となる。

また、本実施例によれば、各観察条件を組み合わせるこ
とにより、走査速度が遅いために観察像の変化に対する
追従性が高い場合には、たとえば試料ステージが移動し
ても積分度合をさほど小さくしないといった制御が可能
になる。

その他にも、拡大倍率を高くして観察が行われる場合は
、一般的に解像度の高い観察像が要求される場合が多く
、また拡大倍率を低くして観察が行われる場合は、観察
位置を特定する場合のように解像度よりも追従性が要求
される場合が多いことから、拡大イエ率が高く設定され
ている場合には、たとえば試料ステージが移動しても積
分度合をさほど小さくしないといった制御も可能になる
。

なお、上記した各実施例では、検出信号の変化あるいは
観察条件の変化のいずれか一方を検出することによって
積分度合を変化させるものとして説明したが、両者の機
能を組み合わせて制御するようにしても良い。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のよ
うな効果が達成される。

すなわち、１フレーム単位での画像データに変化があっ
たり、電子顕微鏡の観察条件に変更があったりして、画
質改善効果よりも追従性が期待される場合には、自動的
に積分度合が小さくなり、一方、画像データの変化や電
子顕微鏡の観察条件の変更が無く、追従性よりも画質改
善効果が期待される場合には、自動的に積分度合が大き
くなるので、追従性と画質の改善効果とを両立させた走
査電子顕微鏡の画像処理装置を提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である画像処理装置のブロッ
ク図、第２図は第１図のフレーム間積分回路のブロック
図、第３図は第２図の機能を説明するための図、第４図
は本発明の第２実施例のフレーム間積分回路のブロック
図、第５図は本発明の第３実施例である画像処理装置の
ブロック図、第６図は第５図のフレーム間積分回路のブ
ロック図、第７図は第６図の機能を説明するための図、
第８図は巡回デジタル積分回路のブロック図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料上に電子線を照射して得られる画像データＤ
   ＿ｔにフレーム間積分を施して画質の改善をはかる走査
   電子顕微鏡の画像処理装置であって、前記画像データＤ
   ＿ｔの１フレーム単位での変化、および電子顕微鏡の観
   察条件の変更の少なくとも一方を検出する手段と、 フレーム間積分の施された積分後画像データ∫Ｄ＿ｔ＿
   −＿１を記憶するフレームメモリと、前記画像データＤ
   ＿ｔと積分後画像データ ∫Ｄ＿ｔ＿−＿１との間で、前記変化および変更の少な
   くとも一方に応じた積分度合でフレーム間積分を行い、
   該積分後の画像データを新たな積分後画像データ∫Ｄ＿
   ｔとして前記フレームメモリに記憶させる積分手段と、 積分後画像データ∫Ｄ＿ｔを観察像として表示する手段
   とを具備したことを特徴とする走査電子顕微鏡の画像処
   理装置。
2. （２）前記画像データＤ＿ｔの１フレーム単位での変化
   を検出する手段は、画像データＤ＿ｔと積分後画像デー
   タ∫Ｄ＿ｔ＿−＿１との差を検出する減算手段であり、 前記積分手段は、該差に応じた係数にを出力する手段と
   、 画像データＤ＿ｔに前記係数ｋを掛け合わせる第１の掛
   算手段と、 積分後画像データ∫Ｄ＿ｔ＿−＿１に（１−ｋ）を掛け
   合わせる第２の掛算手段と、 前記ｋ・Ｄ＿ｔと（１−ｋ）・∫Ｄ＿ｔ＿−＿１とを加
   算し、該加算値を新たな積分後画像データ∫Ｄ＿ｔとす
   る手段とによって構成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の走査電子顕微鏡の画像処理装置。
3. （３）前記画像データＤ＿ｔの１フレーム単位での変化
   を検出する手段は、画像データＤ＿ｔから積分後画像デ
   ータ∫Ｄ＿ｔ＿−＿１を減じる減算手段であり、前記積
   分手段は、前記減算値に応じた係数ｋを出力する手段と
   、 前記減算値に係数にを掛け合わせる第３の掛算手段と、 前記掛算値に積分後画像データ∫Ｄ＿ｔ＿−＿１を加算
   し、該加算値を新たな積分後画像データ∫Ｄ＿ｔとする
   手段とによって構成されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の走査電子顕微鏡の画像処理装置。
4. （４）前記電子顕微鏡の観察条件の変更を検出する手段
   は、電子顕微鏡の観察像に変化を及ぼす観察条件の変更
   を検出する手段であり、 前記積分手段は、画像データＤ＿ｔに前記変更に応じた
   係数にを掛け合わせる第１の掛算手段と、積分後画像デ
   ータ∫Ｄ＿ｔ＿−＿１に（１−ｋ）を掛け合わせる第２
   の掛算手段と、 ｋ・Ｄ＿ｔと（１−ｋ）・∫Ｄ＿ｔ＿−＿１とを加算し
   、該加算値を新たな積分後画像データ∫Ｄ＿ｔとする手
   段とによって構成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の走査電子顕微鏡の画像処理装置。