ブックタイトル日本結晶学会誌Vol60No4

概要

日本結晶学会誌Vol60No4

日本結晶学会誌60，168-176（2018）総合報告1．はじめに電子線ホログラフィーにおける位相シフト法日立製作所研究開発グループ葛西裕人日立製作所研究開発グループ，九州大学明石哲也マイクロフェーズ太田慶新理化学研究所創発物性科学研究センター原田研Hiroto KASAI, Tetsuya AKASHI, Keishin OTA and Ken HARADA: Phase-shiftReconstruction Method in Electron HolographyIn electron holography, electron holograms are characterized by specimen images andinterference fringes superimposed thereon. This characterization is essentially the same as thatused in 2D-image data treatments in a fringe analysis method. Utilizing this method several phasereconstruction methods have been introduced; among these, the phase-shift method is most advancedfor electron holography. In this paper we discuss the principle of the phase-shift method, its opticalsystems and algorithms together with applications to magnetic materials analysis.近年の電子顕微鏡の空間分解能は，電子レンズの収差補正技術をはじめとするさまざまな技術の発展により，結晶の構造像や単原子像を観察可能な技術レベルに達している．1）しかしながら，これらの技術をもってしても，μmオーダーの広範な電子波の位相分布を可視化するのは容易なことではない．実用に達している技術は，対象とする電子波と参照となる電子波との干渉によって位相分布を計測する電子線ホログラフィーくらいであろう．2）本稿では，近年の画像検出・記録技術と画像処理技術の発展により可能となった，位相シフト法を適用した電子線ホログラフィーについて解説する．図1は立方体形状の酸化マグネシウム（MgO）微結晶の電子線ホログラムであり，MgO微結晶に干渉縞が重畳された像となっている．このように試料の像と試料の物性情報を反映した曲率の干渉縞からなる像を干渉顕微鏡像と呼ぶ．すなわち電子線ホログラムは，干渉顕微鏡像そのものである．図1ではMgO微結晶内での干渉縞の屈曲が見られるが，この縞の曲がりは微結晶の内部電位が透過する電子波に与えた位相変化の記録である．このように試料の情報を干渉縞の変化として記録し，定量的に計測・可視化する技術が電子線ホログラフィーである．後述のため，図1について簡単に数式を用いて説明しておく．ホログラフィーは物体の情報を含む物体波と基準となる参照波の二波干渉による計測手法である．波長をλ，物体波ΦO（x，y）と参照波ΦR（x，y），それぞれの振幅分布をφO（x，y），φR（x，y），位相分布をηO（x，y），ηR（x，y）とするとき，式（1），（2）で表される2つの波動が干渉に図1 MgO微結晶の電子線ホログラム.（Electron hologramof MgO fine crystals.）挿入図は電子顕微鏡像．コントラストを得るため少しフォーカスをはずしている．ホログラム中に見られる干渉縞領域の緩やかな明暗は電子線バイプリズムのフィラメント電極端部によるフレネル回折の影響（フレネル縞）であり，位相シフト法ではアーティファクトの大きな原因となる．よって作り出す強度分布（ホログラム）IH（x，y）は式（3）で表される．2）ΦO O O( xy , ) =φ( xy , )exp[ iη( x, y)]（1）ΦR R R( xy , ) =φ( xy , )exp[ iη( x, y)]（2）2 2H O RI ( x, y) = |φ( x, y)| + |φ( x, y)|+φ( xy , )φ( xy , )exp[ i(η( x, y)?η( xy , ))]OR+φO ( xy , )φR ( xy , )exp[ ?i(ηO( x, y) ?ηR( x, y))]（3）式（3）は一般式であるので，電子線ホログラフィーを想定し，簡単のため物体波は光軸に沿って伝搬し，参照OR168日本結晶学会誌第60巻第4号（2018）