JP3703483B2 - 位相コントラスト−ｘ線顕微鏡 - Google Patents

Description

種々のＸ線顕微鏡が公知であり、該顕微鏡は利用されるＸ線源、被検対象物へのＸ線の集束のためのコンデンサ光学系及び使用される像形成Ｘ線検出器への対象物の結像（イメージング）のためのＸ線対物レンズに関して多かれ少なかれ相異なる。
ドイツ連邦共和国特許公開出願第４０２７２８５号公報では次の構成を有するＸ線顕微鏡が記載されている。
−−パルス状Ｘ線源（これは強い線ビームを送出する）
−−ミラーコンデンサ（これはＸ線源のビームを被検対象物へ集束する）
−−マイクロゾーンプレートとして構成されたＸ線対物レンズ（これは対象物を高い分解能を以てＸ線検出器に結像する）
上記顕微鏡によっては光学顕微鏡により達成可能なものよりほぼ１０倍良好な分解能をもっての振幅コントラストにてＸ線顕微鏡イメージングが可能になる。
ドイツ連邦共和国特許公開公報第３６４２４５７号ではＸ線顕微鏡が位相コントラストの点でも有利に使用され得ることが記載されている。特別な利点とするところは比較的高いコントラストに基づき対象物を比較的わずかなビーム負荷を以て検査し得ることである。上記公報に記載されている配置構成ではゾーンプレートとして構成されたＸ線対物レンズのフーリエ平面内に位相コントラストの達成のため中央円板が取り付けられており、該円板によって対象物照射ビームの０次ビームが適当な手法で位相ずれせしめられる。上記配置構成は実際上、次のような欠点を有する。対象物照射ビームの０次のみに影響を与えるようにするために（対象物構造の低い空間周波数の比較的高次には影響を与えないようにするために）位相板は十分小さくなければならない。しかしこのことの前提とされているのは空間的にコヒーレントな、換言すれば実際上点状のＸ線源である。実際上可用のＸ線源は比較的大きな空間的拡がりを有し、もって、当該の要件を充足しない。そのような源を使用する際に円板状の位相板は対物レンズのフーリエ平面内にて次のような大きさでなければならなくなる、即ち対象物照射ビームの比較的高い次数にも位相板が影響を及ぼすような大きさでなければならなくなる。実際上極めて重要なさらなる欠点は、ゾーンプレート対物レンズの０次のビームが、検出器の場所にて画像に加えられ、これによって著しいノイズが引き起こされることである。
上記の欠点は次の配置構成を利用することにより回避される。
高いアパーチャのＸ線コンデンサがリングコンデンサとして構成される。Ｘ線対物レンズのフーリエ平面内にはリング状の位相板が装着される。Ｘ線顕微鏡の場合コンデンサはＸ線対物レンズの焦点距離に比して大きな距離におかれているので、当該コンデンサはＸ線対物レンズにより実際上それのフーリエ平面内に結像される。要するに、リング状のコンデンサはリング状の領域内に結像され、上記領域は位相板の大きさに相応する。そのような配置構成によっては比較的大きな空間的拡がり（寸法）を有するＸ線源も使用可能である。従って、コンデンサによって、中央に配置された円形位相板を有する公知配置構成におけるよりはるかに大きな開口円錐（円錐状開口部）からのＸ線光が利用される。当該配置構成によっては中央に配置された円形位相板の第２の欠点、即ち、ゾーンプレート対物レンズの０次の障害ビームも回避される。当該位置構成によっては当該障害ビームの除かれた大きな画像フィールドが得られる。
図１には位相コントラスト顕微鏡のビーム路が略示してある。１はＸ線源を表す。ここで用いられているのはパルス状源、例えばプラズマ焦点、又はプラズマレーザ源である。斯様なプラズマ源は有利に線ビームを以て短時間Ｘ線パルスを送出する。レーザープラズマ源から発せられているＸ線ビームはリング状コンデンサ２を用いて被検対象物３へ収束される。コンデンサはゾーンプレートコンデンサとしてリング状ゾーンプレートとして構成されている。またはリング状ゾーンプレートと、かすめ入射に対するリング状ミラーとの組合せから成る。コンデンサはかすめ入射に対するミラーコンデンサとして回転楕円体の１つのリング状セクションであり得る。ミラーコンデンサには、反射率の増大のため及び利用可能な入射角を増大させるため、所謂多層膜が被覆され得る。対象物平面上方にはＸ線対物レンズとして所謂マイクロゾーンプレート４が配置されており、当該マイクロゾーンプレートはＸ線顕微鏡の本来の結像光学系を成す。それの、対象物平面との間隔は図中誇張して示してある。実際にマイクロゾーンプレートはほぼ２０〜５０μｍの直径を有し、被検対象物上方ほぼ０．５〜１ｍｍの所に位置する。マイクロゾーンプレート４の後方焦点面内に位相リング５が、利用されるＸ線ビームに対して十分透過性の薄板上に設けられている。位相リングは対象物構造の０次のビームを、当該対象物構造によって回折されたビームに対比して、位相ずれ（これは例えば９０°又は２７０°になり得る）させる。同時に位相リングは対象物構造の０次のＸ線ビームを減衰し、これによって画像コントラストを更に高め得る。ここで、位相シフト及び吸収を、所望のコントラスト形成に適する手法で選択するため、位相リングを２つ以上の材料の組合せとして構成する。位相リングは次のように構成することもできる、即ちたんに減衰が、１８０°の位相ずれを伴って媒介されるように構成することもできる。例えば９０°又は２７０°の位相ずれにより、対象物構造の位相ずれを惹起する特性が画像コントラストの増大のために利用される。対象物から到来するビームの０次の、位相シフトされ、減衰されたビーム成分は画像平面にて位相リングにより影響を受けない比較的高次のビーム成分と干渉し、コントラストの豊かな増大された対象物の画像を生成する。対象物の当該画像は例えばＣＣＤ検出器により画像平面６内に撮像形成され、モニタに表示され得る。当該画像は付加的に画像処理の公知方法により後続処理され得る。
自立型で同時に高分解能で、かつ光の強い位相コントラストＸ線顕微鏡は従来存在していない。そのようなシステムは水を含んだ環境における構造の検査の際必要とされる。適用分野は例えば生物学、医学、薬学、コロイド化学、土壌学である。
本発明によれば当該課題は請求の範囲１にて特定した手段、即ち下記の構成を有するＸ線顕微鏡により解決される。即ちＸ線顕微鏡において下記構成を有し、即ち
パルス状Ｘ線源を有し、該Ｘ線源は強度の大きな線ビームを供給するものであり、
リング状ゾーンプレートとして構成されたコンデンサを有し、該コンデンサによって被検対象物上にＸ線源のビームが集束されるように構成され、
マイクロゾーンプレートとして構成されたＸ線光学系を有し、該光学系によって被検対象物は高分解能をもってＸ線検出器へ結像され、
マイクロゾーンプレートの後方焦点面内に配置された位相リングを有し、該位相リングは被検対象物から到来する０次のＸ線ビームに、対象物構造によって回折された比較的高次のビームに対して位相ずれを施し、該位相ずれは位相リングの厚さ及び材料により定まるものである。位相ずれは例えば９０°又は２７０°である。
さらに当該課題は、位相コントラストＸ線顕微鏡において下記構成を有し、即ち
パルス状Ｘ線源を有し、該Ｘ線源は強度の大きな線ビームを供給するものであり、
リング状ゾーンプレートと、かすめ入射に対するリング状ミラーとの組合せから成るコンデンサを有し、該コンデンサによって被検対象物へＸ線源のビームが集束されるように構成され、
マイクロゾーンプレートとして構成されたＸ線光学系を有し、該光学系によって被検対象物は高分解能をもってＸ線検出器へ結像され、
マイクロゾーンプレートの後方焦点面内に配置された位相リングを有し、該位相リングは被検対象物から到来する０次のＸ線ビームに、対象物構造によって回折された比較的高次のビームに対して位相ずれを施し、該位相ずれは位相リングの厚さ及び材料によって定まるものであることを特徴とする位相コントラストＸ線顕微鏡によって解決される。
さらに当該課題は、位相コントラストＸ線顕微鏡において下記構成を有し、即ち
パルス状Ｘ線源を有し、該Ｘ線源は強度の大きな線ビームを供給するものであり、
リング状コンデンサを有し、該コンデンサによって被検対象物へＸ線源のビームが集束されるように構成され、
マイクロゾーンプレートとして構成されたＸ線光学系を有し、該光学系によって被検対象物は高分解能をもってＸ線検出器へ結像され、
マイクロゾーンプレートの後方焦点面内に配置された位相リングを有し、該位相リングは被検対象物から到来する０次のＸ線ビームに、対象物構造によって回折された比較的高次のビームに対して位相ずれを施し、該位相ずれは位相リングの厚さ及び材料によって定まるものであり、
前記位相リングは２つ又はそれより多くの異なった材料の組合せ体から成ることを特徴とする位相コントラストＸ線顕微鏡によって解決される。
コンデンサはかすめ入射に対するリング状のミラーとして構成することができる。コンデンサは多層膜が被覆されたリング状ミラーから成ることができる。コンデンサは多層膜で被覆されたリング状のミラーとリング状ゾーンプレートとの組合せ体から成ることができる。

Claims (18)

1. 位相コントラストＸ線顕微鏡において下記構成を有し、即ち
   パルス状Ｘ線源を有し、該Ｘ線源は強度の大きな線ビームを供給するものであり、
   リング状ゾーンプレートとして構成されたコンデンサを有し、該コンデンサによって被検対象物へＸ線源のビームが集束されるように構成され、
   マイクロゾーンプレートとして構成されたＸ線光学系を有し、該光学系によって被検対象物は高分解能をもってＸ線検出器へ結像され、
   マイクロゾーンプレートの後方焦点面内に配置された位相リングを有し、該位相リングは被検対象物から到来する０次のＸ線ビームに、対象物構造によって回折された比較的高次のビームに対して位相ずれを施し、該位相ずれは位相リングの厚さ及び材料によって定まるものであることを特徴とする位相コントラストＸ線顕微鏡。
2. 位相リングは、利用されるＸ線に対して十分透過性の薄板上に配置されている請求の範囲１記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
3. 位相リングに対する支持体薄板はシリコン薄板から成る請求の範囲１から２記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
4. 位相リングとしてほぼ０．１〜０．３μｍ厚のシリコン薄板上に設けられている、厚さ０．４６μｍの銅リングが使用される請求の範囲１記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
5. 位相リングによって０次の対象物ビームが９０°だけ位相ずれせしめられる請求の範囲１から３記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
6. 位相リングによって０次の対象物ビームが２７０°だけ位相ずれせしめられる請求の範囲１から３記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
7. 位相リングによって０次の対象物ビームに、吸収と位相ずれの組合せが施され、ここで、画像作成のため対象物を負荷する線量が最小化されるように構成される請求の範囲１から３記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
8. 位相コントラストＸ線顕微鏡において下記構成を有し、即ち
   パルス状Ｘ線源を有し、該Ｘ線源は強度の大きな線ビームを供給するものであり、
   リング状ゾーンプレートと、かすめ入射に対するリング状ミラーとの組合せから成るコンデンサを有し、該コンデンサによって被検対象物へＸ線源のビームが集束されるように構成され、
   マイクロゾーンプレートとして構成されたＸ線光学系を有し、該光学系によって被検対象物は高分解能をもってＸ線検出器へ結像され、
   マイクロゾーンプレートの後方焦点面内に配置された位相リングを有し、該位相リングは被検対象物から到来する０次のＸ線ビームに、対象物構造によって回折された比較的高次のビームに対して位相ずれを施し、該位相ずれは位相リングの厚さ及び材料によって定まるものであることを特徴とする位相コントラストＸ線顕微鏡。
9. 位相リングは、利用されるＸ線に対して十分透過性の薄板上に配置されている請求の範囲８記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
10. 位相リングに対する支持体薄板はシリコン薄板から成る請求の範囲８から９記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
11. 位相リングとしてほぼ０．１〜０．３μｍ厚のシリコン薄板上に設けられている、厚さ０．４６μｍの銅リングが使用される請求の範囲８記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
12. 位相リングによって０次の対象物ビームが９０°だけ位相ずれせしめられる請求の範囲８から１０記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
13. 位相リングによって０次の対象物ビームが２７０°だけ位相ずれせしめられる請求の範囲８から１０記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
14. 位相リングによって０次の対象物ビームに、吸収と位相ずれの組合せが施され、ここで、画像作成のため対象物を負荷する線量が最小化されるように構成される請求の範囲８から１０記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
15. 位相コントラストＸ線顕微鏡において下記構成を有し、即ち
    パルス状Ｘ線源を有し、該Ｘ線源は強度の大きな線ビームを供給するものであり、
    リング状コンデンサを有し、該コンデンサによって被検対象物へＸ線源のビームが集束されるように構成され、
    マイクロゾーンプレートとして構成されたＸ線光学系を有し、該光学系によって被検対象物は高分解能をもってＸ線検出器へ結像され、
    マイクロゾーンプレートの後方焦点面内に配置された位相リングを有し、該位相リングは被検対象物から到来する０次のＸ線ビームに、対象物構造によって回折された比較的高次のビームに対して位相ずれを施し、該位相ずれは位相リングの厚さ及び材料によって定まるものであり、
    前記位相リングは２つ又はそれより多くの異なった材料の組合せ体から成ることを特徴とする位相コントラストＸ線顕微鏡。
16. 位相リングによって０次の対象物ビームが９０°だけ位相ずれせしめられる請求の範囲１５記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
17. 位相リングによって０次の対象物ビームが２７０°だけ位相ずれせしめられる請求の範囲１５記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。
18. 位相リングによって０次の対象物ビームに、吸収と位相ずれの組合せが施され、ここで、画像作成のため対象物を負荷する線量が最小化されるように構成される請求の範囲１５記載の位相コントラストＸ線顕微鏡。

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