超解像位相差電子顕微鏡法の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450037
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 高井 義造 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30236179)
• 研究分担者: 生田 孝 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (20103343) ; 木村 吉秀 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70221215)
• キーワード: 超解像位相差電子顕微鏡 / 能動型焦点位置変調画像処理 / 3次元フーリエフィルタリング法 / 球面収差補正 / 位相像観察 / ホローコーン照明 / 無収差観察 / 実時間観察

研究概要

本研究は、これまで開発してきた能動型焦点位置変調法をさらに機能拡張することにより、超解像位相差電子顕微鏡法を開発することを目的としている。機能拡張は以下に示す2つの手法でおこなった。
1)能動型焦点位置変調法で得られた3次元画像データセットをダイレクトにフーリエ変換する「3次元フーリエフィルタリング法」を新たに開発し、球面収差補正された位相像を再生して超解像位相差電子顕微鏡法を実現する。
2)従来の能動型焦点位置変調法が垂直照明下にのみ適用されていたのに対し、ホローコーン照明下に対しても適用できるように機能拡張し、色収差と球面収差の影響を同時に除去した超解像位相差電子顕微鏡法を開発する。
1)に対しては、3次元フーリエフィルタリング法が、球面収差にとどまらず非点収差やコマ収差などの回転非対称収差も合わせて補正することができ、収差補正技術としては究極の手法であることを理論的に厳密に議論した。またその応用例として、3次元フーリエフィルタリング法により触媒作用を有する金超微粒子の無収差位相像観察を行い、触媒金微粒子に特有の原子構造を明らかにすることに成功した。
2)に対しては、ホローコーン照明下に適用するための理論的背景を明らかにし、光学顕微鏡を用いた予備実験により、分解能が1.8倍に向上することを実証した。さらに電子顕微鏡に拡張するために、高精度ホローコーンシステムを自作して、既設の電界放出型電子顕微鏡(HF-2000F)の各種偏向コイル系を能動的に制御できるように改良した。その結果、電子顕微鏡に対しても超解像位相差電子顕微鏡観察が行えることを実証した。実現した分解能の向上は10%程度であったが、電子顕微鏡の機械的な安定度を増し外部擾乱を極力抑える好条件が揃えば、光学顕微鏡で実証されているように、約2倍の分解能の向上が将来的に得られるものと期待される。

研究成果

• [文献書誌] H.Utsuro et al.: "Theoretical background of Defocus Image Modulation Processing (DIMP) based on Three Dimensional Optical Transfer Functions (3D-OTFs)"Optik. (in press). (2001)
• [文献書誌] Y.Takai et al.: "Real Time Defocus Image Modulation Processing Electron Microscope"Proc.of the 7th NIRIM Int.Symposium on Advanced Materials. 1. 65-66 (2000)
• [文献書誌] Y.Takai et.al.: "Defocus Image Modulation Processing Electron Microscope : Dynamic Observation of Crystal Deformation"Proc.of the 7th Asia-Psific Electron Microscopy Conference. 1. 128-129 (2000)
• [文献書誌] Y.Takai et al.: "Real-Time Defocus-Image Modulation Processing Electron Microscope : Recent Progresses on Spatial Resolution and Time Resolution"The International Union of Materials Research Societies, 6th International Conference in Asia. 1. a5.5-a5.5 (2000)
• [文献書誌] T.Kawasaki et al.: "Construction of Local Area Electron Diffraction Pattern using Through-focus Images"Proc. of 8th Conference on Frontiers of Electron Microscopy in Material Science. 1. 100-100 (2000)
• [文献書誌] Y.Takai: "Real-time correction of spherical aberration by defocus-image modulation processing"Eighth Conference on Frontiers of Electron Microscopy in Materials Science of Electron Microscopy in Materials Science. 1. 57-57 (2000)