液晶ディスプレーを用いた光学画像処理装置を応用した固液界面の高分解能電顕観察

使用液晶显示器的光学图像处理装置对固液界面进行高分辨率电子显微镜观察

• 批准号: 07750749
• 负责人: 佐々木 勝寛
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750749/
• 关键词: 高分解能電子顕微鏡法; 光学フーリエ変換; 液晶ディスプレイ; 固液界面の原子構造

固液界面の原子構造を直接的に観察するには、高分解能電子顕微鏡法が最も有力な方法であるが、この方法では目的の試料がマトリックス中に埋め込まれていると、目的物質の結晶格子像とマトリックスの結晶格子像が重なって観察されてしまう。そこで、得られた高分解能像をフーリエ変換し、不要な物質の逆格子点を取り除き、逆フーリエ変換するという方法がある。これまでこの方法は、デジタルコンピュータを用いて行われてきたが、その場観察に必要な変換速度が得られなかった。これに対して光学変換を用いて行う方法があり、近年の液晶ディスプレイデバイス(LCD)の発展により非常に安価な装置を用いて同等の機能が構成できる可能性が出てきた。この方法の優れた点は、画像の処理にほとんど時間を必要とせずその場観察に応用できる点である。本研究ではLCDを用いて光学変換機能を持つシステムを開発した。その結果(1)LCDを用いて、高分解能電子顕微鏡像のフーリエ変換を行うことに成功した。(2)そのフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、実空間像に戻すことに成功した。これにより、高分解能電子顕微鏡像のその場フーリエ変換と、それに操作を加えて実空間像に戻すために必要な技術的開発が完成した。しかし、開発過程で様々な問題点が明らかになった。光学変換像は、光学系の球面収差等に敏感で、これらの影響が大きく出てしまい、十分な解像度が得られなかった。また、光学系を支える、専用のフレームを用いなかったので、軸ずれによる光学系の非点収差が拡大してしまった。市販されている高密度、多画素LCDすべて、カラー用のもので単色光であるレーザー光を用いると、実効画素数が3分の1に減ってしまい、十分な回折角が得にくいことがわかった。これらの問題点は、予算が当初申請額の3分の2に圧縮されたので、当初計画していた部品を購入することが出来ず、すべて1ランク下の部品を用いなければなかったことに起因している。このため、光学レンズはジャンク部品を用いねばならず、光学系を支える、専用のフレームを作成するだけの予算がなかった。その結果、当初設計の性能には至らなかった。しかし、今回用いた部品は、すべて安価な家庭用日用品であり、この程度の部品で基礎実験として十分な成果が得られた。それぞれに関して、専用の部品を調達することが出来れば、実用的な性能を発揮する装置を作ることが出来ることが実証された。

高分辨率电子显微镜是直接观察固液界面原子结构最有效的方法，观察到的图像与基体的晶格图像重叠。因此，存在对所获得的高分辨率图像进行傅里叶变换，去除物质的不需要的倒格点，并进行傅里叶逆变换的方法。到目前为止，这种方法已经使用数字计算机进行，但无法达到现场观测所需的转换速度。另一方面，有一种使用光学转换的方法，并且液晶显示装置（LCD）的最新发展使得使用非常便宜的设备构建同等功能成为可能。该方法的优点是几乎不需要时间进行图像处理，可以应用于现场观察。在这项研究中，我们开发了一种使用 LCD 的具有光学转换功能的系统。结果，（1）我们成功地使用 LCD 对高分辨率电子显微镜图像进行了傅里叶变换。 (2)通过傅里叶逆变换，我们成功地将傅里叶变换图像恢复为真实空间图像。这完成了对高分辨率电子显微镜图像进行原位傅里叶变换并将其操纵回真实空间图像所需的技术发展。然而，在发展过程中，各种问题也逐渐显现出来。光学转换后的图像对光学系统的球面像差很敏感，这些影响很大，无法获得足够的分辨率。此外，由于没有使用专用框架来支撑光学系统，因此由于轴未对准而导致的光学系统中的像散增加。市场上所有的高密度、多像素液晶显示器都是彩色的，当使用单色激光时，有效像素数减少到三分之一，很难获得足够的衍射角Ta。这些问题是因为预算减少到原来要求数量的三分之二，所以我们无法购买原来计划的零件，而不得不使用低一级的零件造成的。因此，光学镜头必须用垃圾零件制成，并且没有足够的预算来创建专用框架来支持光学系统。结果，性能没有达到最初设计的性能。不过，这次使用的部件都是廉价的家居用品，并且用这些部件进行基础实验获得了足够的结果。事实证明，如果可以为每个设备采购专用部件，则可以创建具有实用性能的设备。