JPH02138856A

JPH02138856A - Ｘ線による物質研究方法と装置

Info

Publication number: JPH02138856A
Application number: JP63307967A
Authority: JP
Inventors: Chia-Gee Wang; シアーギ　ワン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-05-28
Also published as: EP0319912A2; EP0319912A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、Ｘ線を用いて物質を研究する方法およびそ
のための装置に関するものである。さらに詳細に述べれ
ば、本発明は、ＸＩｉ！Ｊ顕微鏡（ＸＭ）の方法によっ
て、室内環境下において生体標本を研究することに関す
る。好適な実施例において、新規走査型Ｘ線顕微鏡（Ｓ
ＸＭ）が提供され、これは本発明の方法で利用される。

従来の技術Ｘ線放射線の発見の時以来、Ｘ線は、生体物質を含む物
質の研究に多くの異なる方面で利用されてきた。顕微鏡
は、生体物質および他の物質の双方の研究において極め
て重要なものとなってきた。

光学顕微鏡は、可視光線ビーム（線束）の光子波長によ
って分解能が限定されている。電子顕微鏡（ＢＭ）は、
電子の波長特性発見を用い開発された。電子は極めて短
い波長を有することができ、このことによって、電子顕
微鏡は光学顕微鏡に比し極めて高い倍率を有しかつ著し
く改善された分解能を有することができる。電子はまた
走査型電子顕微鏡（ＳＢＭ）にも用いられており、この
顕微鏡は、電子顕微鏡（ＢＭ）と作動が異なる。走査型
電子顕微鏡は直径数ｎｍのスポットに焦点を絞り込んだ
電子ビームを用いており、このビームが二次電子を発生
させながら試料表面を走査（スキャン）すると、二次電
子を各画素（ピクセル）毎に検出・増幅し、これを集積
して試料表面像を構成する。光学顕微鏡に比し、はるか
に優れた分解能と深い視野が得られる。

発明が解決しようとする課題しかしながら、電子顕微鏡捷たは走査型電子顕微鏡では
、電子通過のための真空条件下で標本を検索することお
よび標本処理が必要である。電子顕微鏡による研究では
、超薄標本を作製しかつ重金属で染色しなければならな
い。走査型電子顕微鏡用試料は、重金属による被覆を必
要とする。

走査型Ｘ線顕微鏡（８ＥＭ）は、１９８２年２月２３日
にシアーギア　ｙ　（Ｃｈｉａ　−Ｇｅｅ　Ｗａｎｇ　
）に付与された米国特許第４．３１７．０３６に開示さ
れている。この特許は、Ｘｉｓ顕微鏡を作製する先行の
試みが電子顕微鏡にＸ線検出器を設置することに基づい
ていることおよびこのよ５なシステムは走査しながら電
子を検出するＸ線顕微鏡として機能できることを開示し
ている。先行の電子顕微鏡を複雑かつ高価格のものとし
た因子として述べられたものの中に、電子ビームおよび
標本のための真空空間（ｈｏｕｓｉｎｇ　）の必要性が
あげられていた。この特許の発明は、真空を用いずに、
Ｘ線ビームを小スポット上に絞り込みこのビームの標本
上における走査を意図したことからなるより簡便なシス
テムに関する。しかしながら、多くの場合において、Ｘ
ｆｓビーノ・を必要十分な程度に精確に焦点を絞り込む
ことは煩雑でかつ困難であることがわかっていた。した
がって標本を真空状態に置くことなく通常の条件下で物
質すなわち標本を分析する手段を提供する一方、Ｘ５１
ビームの絞り込みのむすかしさをなくしたシステムが当
分野において要望されている。

物質の研究または分析のためＸ線を利用する多くの型の
装置が開発されてきた。このような型のひとつが電子ミ
クログローブのｘ　５１アナライザーで、１パン・メス
トランドのサイエンティフィック・エンサイクロペディ
ア（Ｖａｎ　Ｎｏ５ｔｒａｎｄ’ｓ　５ｃｉ−ｅｎｔｉ
ｆｉｃ　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　）　　、第６版、
３０４１−３０４４ページに総合的に記載されている。

この開示は、ここで、参考文献として引用する。この装
置は、主に、冶金学的研究に用いられるが、適切に作製
した生体標本もまた分析できる。光学顕微鏡は、分析す
る標本上の関心領域を確認するために用いられる。標本
上のこのような領域に電子ビームの焦点を合わせ、結果
として生じたＸ線を検出・処理し、定量的データを得る
。この参考文献の装置においては、電子ビームを直接標
本上に絞り込み、ビームおよび標本を真空下に保つ。さ
らに、この参考文献は電子ビームおよびＸ線検出のため
の検出器の製造について開示している。

この分野については　１１　Ｘ線顕微鏡“、プロシーデ
イングズ・オプ・インターナショナル・シンポジウム（
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｌｌｅ　Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ　）　、ゲッチン
ゲン（Ｇｏｔｔｉｎｇｅｎ　）、ドイツ連邦共和国、１
９８３年９月１４−１６日、Ｇ。

シュＹ　−／ｌ／　（Ｓｃｈｍａｈｌ　）およびり、／
ｌ／ド）ｖ　７　（Ｒｕｄｏ−１ｐｈ）ｉ集、スブリン
ガー−フ：ｒ−アラーク（Ｓｐｒ　ｉｎｇ−ｅｒ　−Ｖ
ｅｒｌＢｇ　）、１９８４年に総合的に展望してあり、
この内容は６１−１１０ページに記載されている。

Ｘ線は、また、単一波長のＸ線を用いて生体標本中の原
子の検出にも用いられてきており、１９３０年１２月１
６日発行の米国特許第４．２３９．９６６号および１９
８３年５月３日発行の米国特許第４．３８２．１８１号
に開示されており、この両特許はともに、シアーギ’７
７　（Ｃｈｉａ　−Ｇｅｅ　Ｗａｎｇ　）に対し発行さ
れた。

サイエｙ　、ｘ、　（５ｃｉｅｎｃｅ　）第２３７巻、
８月１４日号、１９８７年の７２３−７２４ページの論
文は走査型Ｘ線顕微鏡に関する現在の研究について検討
している。この論文は、水溶液環境下の生体試料がシン
クロトロン光源を用いる走査型Ｘ線顕微鏡で撮像された
ことを述べている。この光源からのＸ線は、フレスネル
（Ｆｒｅｓｎｅｌ　）・ゾーン・プレートを用い焦点を
絞り込む。このシステムについては、画像記録に長時間
を要しその結果動的過程を調べることができないことお
よび画像上のノイズのため完全なものではないとして記
載されている。今後、高輝度の軟（長波長）Ｘ線線源を
用いることになるが、しかし、この軟Ｘ線の高線量下で
も細胞構造が常に生存しうろことを未だこれから明らか
としなければならないと論文は述べている。この論文で
は、接触型Ｘ線マイクログラフィのような他の先行技術
も開示されており、この接触型Ｘ線マイクログラフィで
は、Ｘ線ビームで照射された試料のシャドウグラフをリ
ソグラフィの方法で記録し、透過型電子顕微鏡を用いて
画像を拡大する。

先行技術はまた、Ｘ線による光学顕微鏡類似体にも触れ
ている。接触法および光学的類似法は、両方法ともに、
シンクロトロン光源からの強力な軟Ｘ線ビームを利用し
ている。走査型装置の使用は、低線量を用いることがで
きることおよび生細胞内の変化を追跡できることの理由
から提示されてはいるが、走査型の不利な点は、高輝度
のＸ１Ｍ源を使用する必要があることとして説明されて
いる。

課題を解決するための手段本発明によって、実質的にＸ線透過性の支持体の第一表
面で支持された金属ホイルと面を接する真空空間に加速
電子ビームの焦点を合わせること、この支持体の第二表
面は前記真空空間の外側に面し、これによってこの金属
ホイル上でＸ、１ｌｉｉ！を発生させること、前記金属
ホイル中で発生したＸｇに被曝する位置に前記支持体の
第二表面ＶＣ隣接し被検物質を配置することおよび前記
標本領域の性質に特徴的な前記標本からのＸ線を検出す
ることから成るＸｉ使用による物質研究法が提供される
。

また、チェンバー内側に面する第一表面と前記チェンバ
ー外側に面する第二表面を有し、支持体上の前記第一表
面がその上にチェンバー内側に露出する金属ホイルを有
し実質的にＸｍ透過性の材料から成る支持体が装着され
開口部を有する壁を持ち真空下に保持されるように適合
させたチェンバー、前記チェンバー内部で前記金属ホイ
ル上に電子ビームの焦点を絞り込む方法、前記チェンバ
ーの外側で支持体の第二表面に隣接し標本を配置する方
法および前記標本を出るＸ線を検出するために配置され
た少なくとも一台のＸｌｓ検出器を有するＸ線使用によ
る物質研究装置’ｖ、本発明は提供する。

実施例１９３２年における電子類Ｗ１．鏡の発明は、生物医学
研究者に細胞を微細に研究するための極めて重要な装置
を提供した。細胞生物学が結果として長足の進歩を遂げ
たことによって、現代科学の最も重大な発見すなわち、
１９４４年のアベリイ（Ａｖｅｒｙ）および共同研究者
による遺伝情報担体としてのＤＮＡの同定、およびワト
ソン（Ｗａｔｓｏｎ　）とクリック（Ｃｒ１ｃｋ　）に
よる１９５３年のＤＮＡ構造および基本的な遺伝暗号発
見の場が提供された。分子生物学が強力な新しい学問分
野として出現し、特に最近の組換えＤＮＡ技術の導入に
伴い分子生物学は爆発的な進展を遂げた。

しかしながら、細胞の動的過程のような生物学的かつ生
化学的に重要な情報は、ある一定時期における処理標本
の電子顕微鏡像からは得ることができない。

例えば、生物学的に生存可能なペプチドまたはタンパク
質は、該当するＤＮＡ配列から単忙合成することによっ
て創製できないことが頻繁である。

細胞制御に関する多くの情報が不明でありかつ細胞過程
特に生化学的輸送の詳細は、間接的方法によって研究す
ることができるに過ぎない。ある時期に固定された像を
人工条件下で単に描出する代わりに生理学的条件下にお
ける細胞の動的過程を直接観察するための便利な装置が
大きな価値を有することは明らかである。

本発明の手段によって、標本を高放射線量に曝すことあ
るいは真空にすることなく、室内環境下で電子顕微鏡ま
たは走査型電子顕微鏡を用いて生物標本を観察すること
ができる。生化学的輸送のような動的過程が、温度、ｐ
Ｈおよび化学的濃度制御下で生きたｉまの状態で、この
ように、観察することができる。極めて微小のターゲッ
トは、ビーム分解能の改良により分析できた。例えば、
あるウィルス類は１０００　Ａ　（０，１μｍ）で分析
できかつその動きも追跡できた。ある膜受容体は、１ｏ
。

Ａで可視できるし、その相互作用も・同定できる。

１０Ａでは、個別のアミノ酸さえも可視できかつペプチ
ド化学を生きたまま研究できる。

化学、材料科学、地質学および地球化学の分野において
他に利用できる可能性も数多い。本発明の方法および装
置は、０．１μｍのＸ線ビーム分解能においてさえ、例
えば、サブミクロン構造レベルの微細片における化学輸
送またはサブミクロン領域における物質中の相遷移を研
究するのに使用できる。

生物学的標本のような物質は、本発明の方法に従って、
Ｘｍを用いて研究される。高放射線量に曝すことなくま
たは真空にすることな（室内条件環境下で、標本を研究
することができる。標本研究に用いられるＸ線は、真空
空間またはチェンバ−内部の金属ホイル表面上に加速電
子ビームの焦点を合わせることによって発生させる。こ
の金属ホイルは、支持体上の金属薄層、フィルムまたは
被覆であることができる。金属ホイルはたくなければな
らず、１０μｍ以下の厚さを°有することができる。好
適には、さらに薄く、５μｍ以下の厚さを有するのが良
い。このホイルが、１μｔｎ未滴の厚さであることがさ
らに望ましい。ホイルの金属は、銀、アルミニウムまた
はアルミニウム合金、または、電子ビーム（ｅビーム）
に曝されることによって制動Ｘ線光子を同様に放出する
全ての金属とすることができる。熱および電子を伝導し
７消散できるようにホイルが製造されていることが望ま
しい。このホイルは、この目的のため、電子除宍のため
のヒート・シンクまたはコンダクタ−に接続できる。

電子ビームは、典型的には、１−２０　ＫｅＶ範囲のエ
ネルギーに加速される。

金属層上に焦点を絞り込んだ電子ビームからの電子は、
金属領域に入り制動Ｘ線光子を放出し減速する。電子は
、ホイル内で多元的に分散し、−回分散が起こる毎に光
子を発生する。多元分散によって発生した光子は、全方
向に放出され、そのエネルギーレベルはピーク電子ビー
ム（ｅビーム）エネルギーより下方に分布し、これによ
ってｅビームの空間分解能を拡大する。ビームの拡大は
、本発明の多くの利用において、走査型電子顕微鏡にと
って重大な問題であり、本説明において以下で検討する
。放出Ｘｆｉは、５Ａと同値かそれ以下の波長育たば、
２　Ｋｅ’Ｖと同値かまたはそれ以上のエネルギーを有
するＸ線から本質的に備える。

金属ホイルを支持するために用いられる支持体は、実質
的にＸ線透過性でかつ実質的に電子非透過性の材料で作
られている。このような物質は、ガラスから作ることも
できるし、またはポリマーで作るのが好適である。さら
に好適であるのは、この支持体が有機高分子で作られる
ことである。

電子ビームは、金属ホイル表面上に、点またはスポット
として焦点を絞り込み、ＸＩＷの最大放出領域はこの電
子ビームスポットよりはるかに太きいというものではな
い。しかしながら、分解能はこの電子スポットの大き゛
さの２省以上ｒＬ分布することができる。したがって、
電子ビームは、金属ホイル上で約１００ＯＡ未胸のビー
ム投射径に絞り込むのが望ましい。約１００Ａ未満のビ
ーム投射径に金属ホイル上で絞り込むのが好適で、１０
八未満に絞り込むのがさらに好適である。５Ａはどの小
さい電子プループのための大ぎさ（スホントの大きさ）
を得ることもできる。

真空空間に面する金属ホイルは、実質的にＸ線透過性で
真空空間の外側に面する第二表面を有する支持体の第一
表面で支持される。このように、被検材料標本を支持体
の第二表面に隣接し配置する時、標本は金属ホイル中で
発生したＸ線に被曝することになるが、真空空間外部に
あるので真空下に置かれない。標本は、この位鴬で、金
属ホイル中で発生し全方向に放出されるＸ線に曝される
。

支持体を通過する放出Ｘ線もあり、これらは、同様に、
標本を透過する。さらに、標本中に入射したＸ線は、標
本中の原子からの螢光Ｘ線発生な誘発する。

前記標本のある領域の社質にｉｌ”Ｊ′ＩＪ、的な前記
標本のＸ線が、選択的に検出される。選択的検出では、
螢光Ｘ線または透過Ｘ線を選択するかまたは双方を選択
することができる。標本のひとつの領域の性質または構
造に特徴的な透過Ｘ線は、ノイズとなる他のＸ線の存在
下ンこ寸ｃ、いて選択的に検出できる。標本に特徴的な
透過Ｘ線は、以下の方法で選択できる。発生したＸＭＡ
光子は電子よりもはるかにホイル透過性であり、アルミ
ニウム（または他金属）ホイルおよび支持体を離れ標本
と相互作用するが、一方、ホイルおよび支持体が実質的
に電子に対し非透過性であるため、かなりの数の電子が
標本に到達することができない。ある方向およびある立
体角のＸｉを受けるため配置したＸ線検出器は標本があ
る場合のＸ線および標本がない場合のＸ線を記録するた
めに用いるのが好適である。

標本を配置しない時、検出器は、アルミニウム層とその
支持体の１イメージ″（像）を単に報告する。

図３に示したよ５ＫＳＸ線ビームの通過経路に標本を置
いた場合、検出器はホイル像と標本像を報告する。デジ
タル減算による像面の差が、目的とする標本のみのＸ線
像となる。

このように、本発明の好適な実施例によれば、前記標本
からのＸ線は、前記標本から検出されるＸ線の第一信号
を得ること、前記標本がない場合の金属ホイルおよび支
持体から検出されるＸ線の第二信号を得ること、および
第一信号から第二信号をデジタル減算し標本のある領域
のデジタル化による記号化された像を得ることによって
、選択的に検出される。

多くの場合、標本の厚みを５０μｍ以下と限定するのが
好適であり、かつ、１−２０μｍの厚みとするのが好適
である。

多くの場合において、ビームの拡大は、使用意図によっ
ては検討すべき問題となる。

図４は、２０ＫｅＶの点線源から１マイクロメーターの
アルミニウム層へ入射する電子のモンテ・カル口・コン
ピューター・シミュレーションカラしかつ図５は、結果
として生じるＸ線発生を示す。

これらのシミュレーシヨンは、Ｒ，Ｂ、ボロン（Ｂｏｌ
ｏｎ）（−ｔｉチラルエレクトリック・カンパニー（Ｇ
ａｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　＝
　：ｘ、　−９−り（Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　）　）から得
た。

上記モンテ・カル口・シミュレーションカラ、強度分散
領域が、およそ０．１マイクロメーターの次元で起こる
ことがわかる。本発明では、金属ホイル、例えばアルミ
ニウム層は、有機支持体上に被覆されるのが好適である
。この支持体は、構造強度を付与し、異なる厚さに選択
された金属層を支持するために有用である。支持体は、
高Ｘ線を発生することなく構造強度を付与するものでな
ければならない。入射電子ビームに面する被覆されたア
ルミニウム層はＸ線を発生し、電荷を伝導しかつ熱を消
散させる。図４および図５のモンテ・カル口演算では、
結果的に拡大Ｘ線ビームとなる点状電子ビームを想定し
た。もしも入射電子ビームが有限のビーム径を有するな
らば、この拡大Ｘ線スポットは、有限の電子ビーム径の
全方向への点拡大の半分を含まなければならず、その結
果、電子ビーム径に加え１点の拡大も生ずる。

多元分散によってホイル中で電子が減速するにともない
、分散の一回毎に制動放射線が発生する。

この分散エネルギーの分布は、電子ビームエネルギーと
ホイル像の厳密に定義された関数である。

Ｘ線をピークエネルギーだけから選択するならば、との
Ｘ＠ビーム径は本質的に入射電子ビームスポットに限定
されることになる。その理由は、最初に電子エネルギー
を低下させずにビーム特性を低下させるような多元分散
は、全く生じさせることができないからである。エネル
ギー分散性Ｘ線検出器は、記録のためにピークエネルギ
ーのみを容易に弁別・選択でき、これによって、電子ビ
ームスポットから発生したＸｆ！のみを記録する。グラ
ファイト結晶のような軸対称性回折装量な適当に配置す
ると、大きい立体角から検出器に致達する高エネルギー
光子を選別し一方低エネルギー光子の通過を妨害するの
に役立つ。主にピークエネルギ一方向にＸ線分布を合わ
せる別法として、金属ホイルの厚みを低下させホイル内
での多元分散な最初から減少させることがあげられる。

したがって、標本からのＸ線を検出する段階において、
ピークエネルギーを有するｘｇまたはピークエネルギー
に近いエネルギーを有するＸ線のみを主に検出すること
が、本発明の好適な実施例である。

本発明の好適な実施例において、金属ホイル領域を電子
ビームで走査するべ（加Ｍ電子ビームの位置を動かすが
、これによって走査型電子顕微鏡（ＳＸＭ）が得られる
。電子ビームの走査動作は、ＳＥＭ作動において公知の
従来技術によって行われる。例えば、電子ビームは加速
され走査されるが、走査電子ビームに曝される金属ホイ
ルを保持しかつ配置された標本に面する表面をＳＥＭ外
部に有する支持体によって支持される開口部に隣接し８
ＥＭ外部に標本を置く改良された走査型顕微鏡を利用す
ることによって、走査を行うことができる。このように
、標本のある領域像を示す信号が、走査中に得たこの領
域の異なる部分を示す検出Ｘ線を処理することによって
得られる。標本のある領域のデジタル信号化された像か
得られこれを増幅し、陰極線管（ＣＲＴ）内の電子ビー
ムのような方法でこれを描出することができる。従来通
りに、前記陰極線管（ＣＲＴ）内の電子ビームは金属ホ
イルに向けられた電子ビーム走査に同期し走査させる。

螢光光子の選択的検出によって、得られた像を元素に特
異的とすることができる。この目的のため、エネルギー
弁別性でもあるエネルギー分散Ｘ線検出器を用いる。透
過Ｘ線は、前方方向（ｅビームの下方方向）に向けて標
本から出て、螢光光子を選択的に検出することを目的と
する際にノイズまたはバックグラウンドとなる。螢光Ｘ
１ｍは上に凸の強度ピークを有していない。螢光Ｘ線信
号のシグナル対ノイズ比を増幅するため、螢光Ｘ線検出
器は、ｅビームの主経路を外れた位置に置かなければな
らない。標本から放出される螢光Ｘｌｓを選択的に検出
することは、さらに本発明の好適な実施例である。

特定の化学元素に特徴的な螢光Ｘ線が検出でき、かつ標
本中の特定の化学元素濃度を示す信号を発生させること
ができる。このように、ＸｌｆＭ検出器のエネルギー選
択性は、標本の化学組成を分析するために用いることが
できる。３−なわち、特徴的な螢光Ｘ線を報告するため
に選択できる。Ｘ線ピークエネルギーのみが検出される
ビーム特性を保持するため、電子ビームエネルギーは、
問題の元素の主吸収端の近くに制御されねばならない。

つまり、標本中の問題の各元素は、良好なビーム特性の
ために元素に特徴的なエネルギー近傍に設定されたｔ子
ビームエネルギーによって検索されるべきである。した
がって、一連の元素を探索するには、ダイナミックにエ
ネルギースキャンを行うことが必要とされ、そして、こ
のエネルギースキャンは、本発明の走査型電子顕微鏡で
上述された位置スキャンとは独立し又いる。この方法は
、位置変動（金属ホイル領域上で電子ビームを走査する
こと）の有無にかかわらず、サブミクロン次元の化学物
質的スギャンとして用いることができる。

化学組成の静的スポット分析は、位置スキャンを行わな
くともすなわち本発明の電子顕微鏡によって得ることが
でき、かつＮ袂な情報を提供する。

ある時間間隔で繰り返し、標本中のある領域またはスポ
ットの元系組成または化学組成の変化を決定できる。

したがって、各定の化学元素に特徴的な螢光Ｘ線を検出
する本発明では、電子加速ビームのエネルギーを特定の
化学元素に％微的な螢光Ｘ＃ｉｉのエネルギーと実質的
に同一に保持するのが好適である。さらに、本発明のこ
の実施例では、加速電子ビームエネルギーを連続的に変
化させて、異なる化学元素に特徴的な螢光Ｘ線の異なる
エネルギーに対応した一連の異なるエネルギーを提供し
、標本中の多様な化学元素濃度を示す信号を発生させる
ことができる。本発明の方法には、さらに、標本中の異
なる化学元素の濃度変化を示す異なるシグナルをある時
間にわたり得ることが含まれる。

さらに、金属ホイル領域を走査する技術と異なる化学元
素の濃度変化を示すシグナルをある時間にわたり発生さ
せることを組み合わせることによって、発生された結果
とし℃の信月は、標本領域金体にわたって異なる元素の
濃度変化を示す。

化学分析を示す像作成のため、ダイナミックな電子ビー
ムエネルギースキャンをＸ線検出器のゲート変化ととも
に用いることができる。このダイナミックなエネルギー
スキャンは、検出器窓のみならず電子銃の陽極電位及び
電磁レンズを制御する。これらの制御は、良好なＸｉビ
ーム特性を・保持するために有用である。

図面を参照し本発明の装置を以下に記述する。

第１図は、本発明の電子顕微鏡を全体的に１として示し
た実施例を例示し、第２図は、本発明の走査型電子顕微
鏡を全体的に１ａとして示した実施例を例示する。第１
図および第２図の両図で示した如く、本発明の装置は、
全般に長く神びたチェンバー・ハウジング２ａおよび前
記ハウジングの相対する端部に第１の端壁２旦と第２の
端ｍ２ｃを有するチェンバー２から成る。第二端壁２立
はひとつの開口部２ｄを有する。支持体１３は、開口部
２旦内または開口部２旦に隣接して取付けられ、この支
持体１３は実質的にＸ線透過性でかつチェンバー２の内
面に面する第一表面１３旦および前記チェンバー２の外
側に面する第二表面１３ｂ　’＆有する材料から構成さ
れている。金属ホイル１２は、前記支持体１３の第一表
面１３ａ上に設置されている。金属ホイルは薄層である
が、第１図および第２図では明確とするため厚みを誇張
しである。

このように、金属ホイル１２は、チェンバー２の内部に
曝される位置に置いである。このチェンバーは真空とす
ることができ、例えば真空ポンプ３０手段によって真空
下に保持される。

本発明の装置は、さらに、前記チェンバ−２内部でビー
ム経路に沿って電子ビーム９を発生し加速する装置を備
える。この電子ビームは、電子銃３によって生成し、陽
極４によって加速でき、電流供給装置５は電子銃３に対
しフィラメント加温力を供給しかつ陽極４に対し高圧を
供給するが、これは、第１図および第２図で矢印で示し
た電流コンダクタ−を介して行われる。これとは別に、
電子ビームは、他の方法によってチェンバー２の外部で
発生させることもできる。

前記チェンバー２は、長く伸びた中空体で、電子ビーム
９を発生し加速する装置が第一端壁２互に隣接し支持体
１３が第二端壁２且に置かれていること、金属ホイル１
２に同番ブて電子ビームを発生しかつ加速する装置の下
方に縦軸方向に伸びている電子ビーム経路を有している
ことが好適である。

電子ビーム９を前記チェンバー内に絞り込む手段が設け
られる。焦点の絞り込みなする手段は、電磁コンデンサ
ーレンズ６および対物レンズ７、フンデンザーレンズ用
電流供給装置１０および対物レンズ用電流供給装置１１
で構成することができ、電流コンダクタ−は矢印で示し
である。

標本ホールダー１５のような装置は、前記チェンバー外
部の支持体１３の第二層１３ｂｌＣ＠ｅ接させて標本１
４（厚みを誇張して示しである）を配置するために設け
られる。標本ホールダー１５は、水中または他の液体中
に分散した標本の受皿または固体標本用クランプによっ
て構成することができる。

螢光Ｘ線１７用Ｘ線検出器１８オ６よび／または透過Ｘ
線１６用Ｘ線検出器２２は、前記標本１４を出るＸ線を
検出することのできる位置に置（。

前置増幅器１９および２３は、それぞれ、各Ｘ線検出器
１８および２２と協働する。Ｘ、ｌｉｌ検出器のセレク
ター・スイッチ２４は、ひとつまたは他の前置増幅器の
出力を増幅、信号処理およびデイスプレィ装置に変換す
るために提供される。図示してはいないが、両検出器の
出力を同時に用いることができるスイッチ配列が本発明
の範囲内に含まれる。さらに、Ｘ線検出器を付加して用
いることもできるし、または、１個だけ検出器だけを設
置することもできる。

Ｘ線検出器２２は、標本を配置する装置から下方の標本
１４から透過される軸方向Ｘ［２１の経路に配置し、か
つ、標本を配置する前記装置および前記Ｘ線検出器２２
は、チェンバー２の縦軸に沿って一列に置く。

Ｘａ検出器１８は、チェンバー２の縦軸方向からそれた
位置に配置し、かつ、前記標本１４中を透過するＸ線１
６の経路から実質的に外れた位置とし、さらに標本１４
から放出される螢光Ｘ線１７の経路にある。第１図およ
び第２図中ルチェンバー２外部に好適に配置された螢光
Ｘ線のＸ線検出器１８が示されているが、代わりに、こ
の検出器はチェンバ−２内部に置くこともできるし、ま
たはチェンバー・ハワジング２ａの開口部（図中に示し
ていない）に羨接するか、この開口部内のチェンバ−２
外部に置（こともできる。前記開口部はＸ線透過性の窓
または検出器窓によって密封されている。検出器１８は
、前記の別の位置に置くことができるし、または、図面
に示された位置に維持しさらにもう一台の螢光Ｘ線検出
器を別の位置に置（こともできる。

Ｘ線検出器は、エネルギー分散性でかつエネルギー弁別
性であることが好適である。この型のＸ線検出器２２は
、これによって、狭い範囲のピークエネルギー及びピー
クエネルギーに近いエネルギーを選択し記録することが
でき、電子ビームスポットから発生するＸｆｓのみを記
録するのに役立つ０軸方向に対称の回折装置２０を、ピークエネルギーに近
いエネルギーを有するＸ線２１をＸ線検出器２２の方向
に導き、一方低エネルギーＸ線の通過を妨害するために
装備することもできる。この回折装置２０は、グラファ
イト結晶から成ることができ、標本ホールダ−１５とＸ
１１！ｉ！検出器２２の間にチェンバー２の縦軸と一列
に配置される。

検出されたＸ線信号から得た情報を記録し描出するため
に、本発明の装置には、検出Ｘ線を示す信号を増幅する
装置を細滴することができる。この目的のため、前置増
幅器１９または２３からの出力は、検出器セレクター・
スイッチ２４によってパルス増幅器およびマルチ・チャ
ンネルアナライザー２５に伝導される。アナライザー２
５からの信号は、Ａ／Ｄ　（アナログのデジタル化）コ
ンバーター、記憶装置、処理装置２６に伝達される。

これら記憶処理装置の出力は、ＣＲＴ　（陰極線管）２
８を備えたデイスプレィ装置を制御するビデオ増幅器２
７に、伝達され描画させることができる。

このＣＲＴデイスプレィ装置はコンピュータモニターで
よい。

エネルギー分散Ｘｆｆ５検出器は、パルス波高弁別のた
め、マルチ・チャンネルアナライザーを通常必要とする
。しかし、パーソナル・コンピューターとマルチ・チャ
ンネル・アナライザーと弁別器とをＡ／Ｄコンバーター
とともに用いることによって、デジタル化されたイメー
ジ・メモリーとその処理は、全て、モデイフィケーショ
ン用ボード付きのＰＣ−ＡＴで処理することができる。

データ処理を合理的な時間内で完了するためには、高速
のＡＴ装置が必黴である。異なる元素を別々の色で示す
カラー・イメージを作成する高解像度のカラー・モニタ
ーと組み合わせ高解像度の拡張グラフィック用ボードを
用いて、イメージ化された出力をＡＴコンピューターで
取り扱うこともできる。最低の解像度は、６４０×６４
０ピクセル（画素）であるのが望ましい。

本発明の装置の好適な実施例は、図２に示した８ＸＭで
ある。例示したＳＸＭ装置は、さらに、電子ビーム９を
金鵬ホイル領域上に走査する装置を有する。これは、第
１図の装置　Ｆ、、ｅさらに第２図に示す如く仕様を変
更することによって達成される。

すなわち、走査用ジェネレーター３０によって発生され
る走査パターンの電子ビームを一掃することのできるス
キャニング・コイ／Ｉ／２９を付け、ジェネレーター３
０の出力は、走査用増幅器３１に接続され、次いでこの
増幅器３１はスキャニング・コイル２９に接続される。

又、走査ジェネレーター３０の出力をＣＲＴデイスプレ
ィ装置２８に送り金属ホイルの走査とブラウン管の走査
とを同期させる。

本文で述べた発明の概念は、種々の他の方法でも実施で
きることを考慮し、付属のクレームは、これまでの先行
技術によって制限される以外の他の実施例を包含するも
のとして解釈されるべきであることを意図している。

上述の開示で、通常の走査型電子顕微鏡（Ｓ夙りの構造
が用いられたが、ＳＥＭの焦点位置の標本の代わりに、
金属被覆の薄片が配置されている。前記ホイルは、通常
の８ＥＭとは関係な（いくつかの機能を有する。これは
ｅビームチェンバーの真空を密封し、ホイルの片側は真
空ｅビームに面し、もう一方の側は室内圧と湿度に曝さ
れる。こればｅビームの電荷を伝導しビーム照射による
熱を消散させ真空チェンバー外部に位置する標本を照射
するＸＩ！を発生する。

上述の開示の重要な点は、ＳＥＭのｅビームスポットと
ほとんど同じ位の小さく極めて細いＸ線ビームスポット
がＸ線顕微鏡用に創製されることである。ｅビームが金
属中で減速すると、Ｘ線を発生しビームスポットが分散
しかつ進行するうちに拡大するが、比較的拡大していな
いＸ線スポットが標本イメージに利用される。エネルギ
ーの損失およびビーム拡大前のｅビームから発生するＸ
ｉ光子のピークエネルギーを選択することによって、こ
の比較的拡大していないＸ線ビームを選ぶ。別の操作方
法は、目的とするＸ線ビームのスポットサイズ次元の厚
みを有する超薄金属層を用いることである。いったん細
いＸ線スポットｙ実現した後は、ビーム輝度、曝露時間
、検出器の大きさ、イメージ解像度およびコントラスト
のような他のイメージング・パラメーターを全゛Ｃ別々
に設定することができる。例えば、ヨウ素は重い元系で
、軽い元系から成る通常の生体原本にコントラストを与
え、かつ、ヨウ素は、生化学的構造に大きな変化を誘発
することなく種々のタンパク質およびペプチドに取り込
まれることができる。同様に、ＢｒｄＵの形態の臭素を
、コントラスト増強のため接散に取り込ませることがで
きる。被曝時間？短かくするためより高輝度のＸ線を作
る目的で、コントラストを損なうことなくｅビームのエ
ネルギーを高くすることができる。

また、異なるＸ線検出器も、これから述べるように用い
ることができる。装置の幾何学的配置を例示する例とし
てプロジェクション・ラジオグラフィを用い、標本イメ
ージがビーム点線源から投射される時、解像度と角度の
関係について以下の図式が示される。

線源、標本およびビーム検出器間の距離が一定である時
、検出器画素（ピクセル）が小さい程イメージ解像度が
細かくなる。標本および検出器が線源Ｓからそれぞれｌ
ＱＮｍおよび１　ｃｍ、ずつ離れており、ピクセルが５
　Ｎｍであると想足すると、結果は標本の次元となり、
走査型電子顕微鏡（８ＦＮ）の典型的解像度となる（第
６図参照）。

Ｘ線光子からピークエネルギーのみのＸｍ光子を選択す
ることとは、検出器がＸ線エネルギーを弁別でき、かつ
、Ｘ線に対し１工ネルギー分散性“でなければならない
ことを意味する。通常の光学的ＣＯＤは非常に浅い欠損
領域を有しており、Ｘ１ｆＩＡ光子がそのエネルギーを
欠損領域に移すようにはできていない。ＣＯＤは弱い抵
抗のシリコン材料から作られている。１０，０００　ｏ
ｈｍ−ａｍの値までの高抵抗材料が現在入手可能であり
、欠損領域の非常に深いＸ線ＣＯＤ検出器用にこの材料
を加工することができる。小ビクセ／ｌ／ＣＣＤを用い
るもうひとつの重要な利点は、各ピクセル内の静電容量
が小さいことで、このためノイズが極めて小さい。ＣＣ
Ｄを室温で作動させる時、液体チッ素温度下で作動する
Ｓｉ　（Ｌｉ　）検出器のオーダーのノイズである。

ＣＯＤをＸ１ｍに用いることについての最近の一連の進
歩については、オプティカル・エンジニアリ〉／グ（０
ＰＴＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＩＪＥＲＩＮＧ　）　、第２
６巻、２号、８号および１０号、１９８７年中の論文数
編で知ることができる。

Ｘ′ｆＩＩＩ用を特に目的としたＣＣＤがな（ても、非
常に浅い欠損領域の光学的ＣＣＤは、また、螢光スクリ
ーンの補助によってＸ線検出に用いること力１できる。

螢光スクリーン上で輝＜Ｘ、Ｉ！を光学的光子に変換し
、光学ＣＯＤによって検出する。螢光スクリーンからの
広角度の１迷子“（５ｔｒａｙ　）光子を消滅させるた
め、数の上で開口部の少ないファイバー・スクリーンを
螢光スクリーンと検出器配置の間に置ぐことができる。

この配列では、検出器は、もはやエネルギー弁別性でな
い。Ｘ線のビークエネルギーの光子のみが検出器に致達
するようにチャンネルを合わせるのに役立つように、金
属ＭＷは、目的とするＸ線ビームスポットサイズと同等
の薄さの超薄とすることができる。さらに、拡散性分散
前の一次ｅビームからの最大二極性放射線を最大限に効
率的に利用するため、さらに、とのｅビームを傾けるこ
とができる（第７図参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＸ線ｇ微鏡の一部切断立面図である
。笛２図は、本発明の走査型ＸｆｆＭ顕微鏡の一部切断立
面図である。第３図は、本発明によるイメージ（像）作成を示す概略
図である。第４図は、アルミニウム層中における電子軌道のモンデ
・カル口・コンピュータ・シミュレーションである。第５図は、第４図に図示した電子軌道によって結果とし
て生じるＸ線発生のコンピューター・シミュレーション
である。第６図は、標本と検出器との関係を示す概略図である。第７図は、ＣＯＤ検出器の使用を示す一部切断図である
。尚、図面中、１・・・電子顕微鏡、１ａ・・・走査型電子顕微鏡、２
・・・チェンバー　２ａ・・・チェンバー・ハウジング
、２ｂ・・・第１端壁、２Ｃ・・・第２端壁、２ｄ・・
・開口部、３・・・電子銃、４・・・陽極、５・・・電
流供給装置、６・・・電磁コンデンサーレンズ、７・・
・対物レンズ、９・・・電気ビーム、１２・・・金属ホ
イル、１３・・・支持体、１４・・・標本、１５・・・
標本ホルダー　１６・・・透過Ｘ線、１７・・・螢光Ｘ
線、１８．２２・・・Ｘ線検出器、２０・・・回折装置
、１９．２’３・・・前置増幅器、である。代理人　　三　宅　正　夫　（他１名）＼ ■ 一一手続主甫正書（自発）平成元年　２月１ｇ日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空空間に面する金属ホイルを支持する第１表面
と該真空空間の外部に位置する第２表面とを備えた実質
的にＸ線透過性の支持体の該金属ホイル上に該真空空間
内の加速電気ビームの焦点を合わせることによつて該金
属ホイル中でＸ線を発生させること、被験物質を前記支
持体の第２表面の前記金属ホイル中で発生したＸ線に被
曝する位置に隣接させて配置すること、および、前記標
本のある領域の性質に特徴的な前記標本からのＸ線を選
択的に検出することを有するＸ線使用による物質の研究
方法。
（２）電子ビームが、前記金属ホイル上で約１０００Å
未満の投射ビーム径に焦点を絞り込まれる請求項（１）
に記載の方法。
（３）電子ビームが、前記金属ホイル上で約１００Å未
満の投射ビーム径に焦点を絞り込まれる請求項（１）に
記載の方法。
（４）電子ビームが、前記金属ホイル上で約１０Å未満
の投射ビーム径に焦点を絞り込まれる請求項（１）に記
載の方法。
（５）金属ホイルが前記支持体上の金属被覆物である請
求項（１）に記載の方法。
（６）金属ホイルがアルミニウムまたはアルミニウム合
金で作られている請求項（１）に記載の方法。
（７）金属ホイルが熱および電子を伝導し消散させる請
求項（１）に記載の方法。
（８）前記金属ホイルが１μｍ未満の厚さを有する請求
項（１）に記載の方法。
（９）前記支持体が高分子である請求項（１）に記載の
方法。
（１０）前記支持体が有機高分子である請求項（１）に
記載の方法。
（１１）第二信号が、前記標本のない状態で前記金属ホ
イルおよび支持体から検出されるＸ線から得られ、かつ
、前記第二信号を前記第一信号からデジタル減算しこれ
によつて標本のある領域のデジタル信号化された画像を
得る請求項（１）に記載の方法。
（１２）ピークエネルギーまたはピークエネルギーに近
いエネルギーを有するＸ線から選択されたＸ線のみを検
出する請求項（１）に記載の方法。
（１３）ピークエネルギーまたはピークエネルギーに近
いエネルギーを有するＸ線から選択されたＸ線のみを検
出する請求項（１１）に記載の方法。
（１４）金属ホイルの領域が、電子ビームによつて走査
される請求項（１３）に記載の方法。
（１５）電子ビームが、支持体で支持された前記金属ホ
イルを装着した改良走査型電子顕微鏡内で加速され走査
され、かつ、前記標本は、その領域像を示す信号を得る
ため、支持体の真空空間外部の表面に隣接させて再配置
される請求項（１４）に記載の方法。
（１６）前記標本の領域のデジタル信号化されたイメー
ジが、前記金属ホイルに向けられた電子ビームの走査と
同調し走査される陰極線管中の電子ビームによつて増幅
され描出される請求項（１５）に記載の方法。
（１７）前記標本から放出される螢光Ｘ線が選択的に検
出される請求項（１）に記載の方法。
（１８）特定の化学元素に特徴的な螢光Ｘ線が検出され
、かつ、前記標本中における前記特定の化学元素の濃度
を示す信号が出される請求項（１）に記載の方法。
（１９）加速電子ビームのエネルギーが、前記の特定化
学元素に特徴的な螢光Ｘ線のエネルギーと実質的に同じ
である請求項（１８）に記載の方法。
（２０）加速電子ビームのエネルギーが連続的に変化し
、異なる化学元素に特徴的な螢光Ｘ線の異なるエネルギ
ーに対応する一連の異なるエネルギーを出し、かつ、前
記標本中の複数の化学元素濃度を示す信号が出される請
求項（１９）に記載の方法。
（２１）前記標本中の前記異なる化学元素の濃度変化を
表す異なる信号が、ある時間にわたり出される請求項（
２０）に記載の方法。
（２２）金属ホイルの領域が加速電子ビームによつて走
査され、かつ、前記標本の領域全域で異なる複数の元素
濃度を示す信号が出される請求項（２０）に記載の方法
。
（２３）金属ホイルの領域が加速電子ビームによつて走
査され、かつ、前記標本の領域全域で異なる複数の元素
の変化する濃度を示す信号が出される請求項（２１）に
記載の方法。
（２４）前記標本が、高放射線量または真空に曝される
ことなく室内環境条件下で研究される生体標本である請
求項（１）に記載の方法。
（２５）チェンバー内側に面する第１表面と前記チェン
バー外側に面する第２表面とを有し、その第１表面がそ
の上にチェンバー内側に露出する金属ホイルを有し、実
質的にＸ線透過性の材料から成る支持体が装着された開
口部を有する壁を持ち真空下に保持されるように適合さ
れたチェンバー；前記チェンバー内部で前記金属ホイル
上に電子ビームの焦点を絞り込む手段；前記チェンバー
の外側で支持体の第２表面に隣接させて標本を配置する
手段；および前記標本を出るＸ線を検出するように配置
された少なくとも一台のＸ線検出器；を有するＸ線使用
による物質研究装置。
（２６）さらに、前記チェンバー内部でビーム経路に沿
い電子ビームを発生させ加速する装置を有する請求項（
２５）に記載の装置。
（２７）前記チェンバーが第１端壁と第２端壁とを有す
る中空の細長体であり、前記電気ビームを発生させ加速
する装置が該第１端壁に隣接しており、前記支持体は該
第２端壁に取付けられており、前記ビーム経路が前記電
気ビームを発生させ加速する装置から前記金属ホイルま
で長手軸方向に沿つて下方に延在している請求項（２６
）に記載の装置。
（２８）Ｘ線検出器が、標本を配置する前記手段の下方
の前記標本から伝達されるＸ線の経路に位置し、かつ標
本を配置する前記手段と該Ｘ線検出器とが前記軸上に並
ぶように設置されている請求項（２７）に記載の装置。
（２９）前記軸方向外に位置し、前記標本を通過するＸ
線の経路の実質的に外に位置し、かつ、前記標本から放
出される螢光Ｘ線の経路に位置するもう一台のＸ線検出
器を有する請求項（２８）に記載の装置。
（３０）Ｘ線検出器が、前記軸方向外に位置し、前記標
本を通過するＸ線の経路の実質的に外に位置し、かつ、
前記標本から放出される螢光Ｘ線の経路に位置する請求
項（２７）に記載の装置。
（３１）前記Ｘ線検出器が、ピークエネルギーおよびピ
ークエネルギーに近いエネルギーの狭い範囲を選択し記
録することのできるエネルギー分散Ｘ線検出器である請
求項（２８）に記載の装置。
（３２）さらにピークエネルギーに近いエネルギーを有
するＸ線を前記Ｘ線検出器の方へ誘導し、一方、低エネ
ルギーＸ線の通過を妨害する軸対称の回折装置を備え、
該回折装置は標本を配置する前記手段と前記Ｘ線検出器
との間に位置しかつ前記軸方向に軸が一直線となつてい
る請求項（３１）に記載の装置。
（３３）前記回折装置がグラファイト結晶である請求項
（３２）に記載の装置。
（３４）前記金属ホイルが１μｍ未満の厚さを有する請
求項（２８）に記載の装置。
（３５）さらに、前記金属ホイル領域上で前記電子ビー
ムを走査する装置を有する請求項（２７）に記載の装置
。
（３６）さらに、検出されたＸ線を示す信号を増幅する
ための装置、前記増幅シグナルを走査範囲のデジタル信
号イメージに変換する装置、および該イメージを増幅し
描出する装置を備え、このイメージを増幅し描出する装
置は電気ビームによつて走査されるように適合されたブ
ラウン管を有し、該ブラウン管は金属ホイルの走査に同
期して走査するように適合されている請求項（３５）に
記載の装置。
（３７）前記電子ビームを発生させ加速する装置が、前
記電子ビームのエネルギーをダイナミックに走査する装
置を包含する請求項（３０）に記載の装置。
（３８）Ｘ線検出器が、特定の化学元素に特徴的な螢光
Ｘ線を選択的に検出するように適合されたエネルギー分
散性でかつエネルギー弁別性の検出器である請求項（３
９）に記載の装置。
（３９）Ｘ線が、電荷結合装置（ＣＣＤ）を検出器とし
て用いることによつて検出される請求項（１）に記載の
方法。
（４０）検出器が電荷結合装置（ＣＣＤ）である請求項
（１）に記載の装置。