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上原子结构的最强大方法，但是在这种方法中，当目标样品嵌入基质中时，靶物质的晶体晶格图像和Matrix的晶体晶格图像被重叠。因此，在某些方法中，获得的高分辨率图像是傅立叶变换的，不必要的倒晶格材料点被去除，并反傅里叶逆变换。到目前为止，该方法已经使用数字计算机执行，但是尚未获得原位观察所需的转换速度。相比之下，有一种使用光转换的方法，并且随着液晶显示器（LCD）的最新开发，可以使用非常便宜的设备来配置等效函数。这种方法的优点是，它几乎不需要时间来处理图像，并且可以应用于原位观察。在这项研究中，我们使用LCD开发了具有光转换函数的系统。结果（1）我们使用LCD成功地完成了高分辨率电子显微镜图像的傅立叶变换。 （2）我们成功地将傅立叶变换图像转换为逆傅立叶变换，并将其返回到真实的空间图像。这完成了高分辨率电子显微镜图像的原位傅立叶变换以及执行操纵所需的技术开发并将其返回到真实环境图像所需的技术发展。但是，在开发过程中已经揭示了各种问题。光学转换的图像对光学系统的球形像差很敏感，并且这些图像的效果很大，无法获得足够的分辨率。此外，由于未使用支持光学系统的专用框架，因此由于轴向移位而引起的光学系统的散光增加了。当单色光的激光光用于所有市售高密度的多像素LCD时，用于颜色时，有效的像素的有效数量减少了三分之一，因此很难获得足够的衍射角。这些问题源于这样的事实，即预算减少到初始申请金额的三分之二，而最初计划的零件则不可用，并且所有零件都必须较低。因此，光学镜头必须是垃圾组件，并且没有预算来创建支持光学系统的专用框架。结果，没有实现原始设计的性能。但是，这次使用的所有零件都是廉价的家庭日常必需品，我们能够作为与此零件水平的基本实验获得足够的结果。对于这些中的每一个，已经证明，如果可以采购特殊零件，则可以创建一种表现出实用性能的设备。