JPH04265900A

JPH04265900A - 結像型軟ｘ線顕微鏡装置

Info

Publication number: JPH04265900A
Application number: JP3027403A
Authority: JP
Inventors: Katsuzo Mizunoe; 克三水ノ江
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-02-21
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1992-09-22
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JP3049790B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として生体観察のた
めの高分解能の結像型軟Ｘ線顕微鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から提案されているＸ線顕微鏡は、
次の４種類に大別される。 ■まず、光学系を持たないものとして、Ｘ線源から発生
するＸ線の発散光束中の点Ｘ線源の近くに被検物体を配
置し、その後方の離れた位置にＸ線フィルム又は二次元
Ｘ線検出器を配置した投影拡大型。

【０００３】■同じく光学系を持たないものとして、Ｘ
線源としてほぼ平行なＸ線光束を供給するものを用いて
、被検物体とレジストを密着して配置する密着型。この
場合のＸ線源としては、シンクロトロン放射（以下、単
にＳＲという。）、プラズマＸ線源や電子線励起Ｘ線源
が用いられる。 ■光学系によりＸ線ビームを微小スポットに絞り、ビー
ムと被検物体とを相対的に走査する走査型。この場合に
は、Ｘ線源としてはＳＲを用い、Ｘ線ビームを微小スポ
ットに絞るための光学素子としては、フレネルゾーンプ
レート（以下、単にＦＺＰという。）が用いられる。

【０００４】■ＳＲ、プラズマＸ線源や電子線励起Ｘ線
源からなるＸ線源と、ＦＺＰ等の光学素子を用いて被検
物体上にＸ線を集光し、同様の光学素子によって被検物
体の像をフィルムや蛍光板又は二次元Ｘ線検出器上に形
成する結像型。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとき従来のＸ
線顕微鏡は、以下のように最適化が不十分でＸ線照射量
も多く、生きた生体の高分解能観察は困難であった。す
なわち、■投影拡大型では、高輝度点Ｘ線源が必要とさ
れるところ、一般には強度が不足するため長時間露光が
必要となり、このため動態観察が困難である。また、フ
レネル回折の影響による分解能の低下を避けるため、被
検物体を薄切することが必要となっており、生きたまま
での観察は困難であった。

【０００６】■密着型では、レジスト以外には高分解能
検出器がないため、レジストの現像処理が必要で、実時
間観察が困難である。また、倍率が１であるため別途電
子顕微鏡などで拡大観察する必要がある。さらに、この
場合にもフレネル回折の影響による分解能の低下を避け
るため、投影拡大型と同様に被検物体の薄切という破壊
観察が必要となっている。

【０００７】■走査型では、指向性の良いＸ線源が必要
とされ、このためにはＳＲのような大がかりなＸ線源を
用いなければならず装置が極めて大型になるという欠点
があった。しかも、所望の画像を得るための走査時間す
なわち露光時間が長くなるため、動態観察が困難である
。■結像型においては、ＦＺＰを使用する場合には効率
が低いため高強度のＸ線源としてＳＲのような大がかり
なＸ線源が必要である。また、鏡を使用した結像型では
分解能の向上が難しく、光学系も大きくなるという欠点
があり、未だ最適化が不十分であった。

【０００８】上記の如き問題点を解決するために、本願
出願人は先に、結像型軟Ｘ線顕微鏡として、Ｘ線源から
のＸ線を単一の凹面非球面多層膜鏡コンデンサーによっ
て被検物体上に集光し、結像光学系としての位相ゾーン
プレートＰＺＰを用いて、二次元Ｘ線撮像素子上に被検
物体像を拡大形成するという構成を、特願平１−２０６
５６３号として提案した。そして、Ｘ線源としてパルス
レーザをターゲットに集光してＸ線を発生するパルスレ
ーザ励起プラズマＸ線源とすることが有効であることを
述べ、可視域の光学顕微鏡との組合せについても提案し
た。

【０００９】しかしながら、可視域の光学顕微鏡との単
純な組合せによっては、Ｘ線顕微鏡による狭い視野の確
認を簡単に行うことが難しく、また両者の顕微鏡光学系
を組合せる場合の光学調整も難しいという問題があった
。本発明の目的は、Ｘ線顕微鏡による狭い視野の確認を
容易に行うことが可能で、Ｘ線顕微鏡の光学調整を簡単
に行うことのできる小型な結像型Ｘ線顕微鏡装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるＸ線顕微鏡
装置は、前述した先の特願平１−２０６５６３号に開示
した如き結像型のＸ線顕微鏡を基本とし、Ｘ線顕微鏡の
観察視野を確認するための光学顕微鏡の照明光学系及び
対物光学系を共に同軸構成としたものである。すなわち
、Ｘ線照明系の集光手段としての凹面非球面多層膜鏡コ
ンデンサーの周囲に光学顕微鏡の照明光を反射するため
の反射領域を設けることによって、Ｘ線用の凹面非球面
鏡を光学顕微鏡の集光コンデンサーとして兼用するとと
もに、光学顕微鏡の対物レンズの光軸上の貫通開口内に
Ｘ線対物としてのゾーンプレートによる結像光路を形成
したものである。

【００１１】

【作用】上記のごとき本発明の構成によれば、照明系中
の凹面非球面反射鏡の中央部分にてＸ線を反射集光し、
中央部分と周辺部とにおいて光学顕微鏡の照明光を反射
することができるため、凹面非球面反射鏡をＸ線顕微鏡
の照明系と光学顕微鏡の照明系とに共用することができ
、Ｘ線顕微鏡の照明開口数（ＮＡ）に比較して大きな開
口数を必要とする光学顕微鏡用の照明光を効率良く供給
することが可能である。従って、簡単な構成であるとと
もに、Ｘ線顕微鏡の光軸調整を光学顕微鏡によって簡単
かつ正確に行うことが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明を図示した実施例に基づいて説
明する。第１図は、本発明による結像型軟Ｘ線顕微鏡装
置の概略構成を示す図である。パルスレーザー１による
レーザを集光レンズ３によって、真空保持用窓４を介し
てディスク又はテープ状の薄膜ターゲット５に集光し、
必要な強度及び波長のＸ線を発生させる。パルスレーザ
ー１の発光の制御はパルス制御部２によって、所望のパ
ルス間隔（０．０１〜数Ｈｚ）　でなされる。Ｘ線薄膜
ターゲット５からのＸ線は回転楕円体多層膜反射鏡９に
よって被検物体容器１２内の被検物体１３に集光される
。そして、結像光学系としてのゾーンプレート（ＺＰ）
１４を用いて、二次元Ｘ線撮像素子１５上に被検物体像
を拡大形成する。二次元Ｘ線撮像素子１５としては、例
えば、背面照射型のＦＴ−ＣＣＤのような固体撮像素子
が有効である。

【００１３】このような構成では、図示のとおり　　パ
ルスレーザーによるＸ線薄膜ターゲット５が回転楕円体
多層膜反射鏡９の第一焦点に配置され、被検物体１３が
その第二焦点上に配置される。そして、多層膜反射鏡に
よってＸ線の単色化を行い、パルスレーザーにより励起
発光される１パルスのＸ線を照射し、二次元Ｘ線撮像素
子１５によって光子計数撮像を行う。

【００１４】ここで、被検物体１３を水平に保って観察
するために、照射及び観察Ｘ線は鉛直方向に配置し、Ｘ
線励起用のレーザは水平配置とした。具体的には、ター
ゲット５と励起用のレーザビームとの角度を約３５°と
し、Ｘ線の回転楕円体多層膜反射鏡９への入射角を６５
°程度としている。そして、Ｘ線薄膜ターゲット５の交
換及び飛散物等の廃棄除去手段６、絞り７により、所定
の方向にＸ線が照射するように構成している。コンデン
サーとしての回転楕円体多層膜反射鏡９の背面には、Ｘ
線の吸収による温度上昇、劣化を防止するための水冷の
冷却装置１０が設けられている。

【００１５】被検物体容器１２の直前には、視野絞り１
１が設けられており、この開口径は観察倍率に応じて適
切な大きさに交換されるが、同一倍率においてもフレア
防止やコントラスト向上のために適宜の口径のものが交
換して使用される。二次元Ｘ線撮像素子１５から出力さ
れる画像情報は、画像処理部１６で処理され、ディスプ
レイやプリンタ等の画像出力部１７に出力される。

【００１６】以上の各構成要素に対して、コンデンサー
としての回転楕円回多層膜凹面反射鏡９から二次元Ｘ線
撮像素子１５の受光面までは真空に保持するために、真
空容器１８内に収納されている。真空容器１８内の圧力
は、Ｘ線の吸収を無視できる、１０−２Ｐａ　程度に保
たれている。また、Ｘ線薄膜ターゲット５の周囲には、
飛散物等が生じるために除去手段６等が必要となってい
るので、別の真空容器１９によってＸ線源部を隔離する
ことが必要となっている。

【００１７】光学顕微鏡用の照明光源２２からの可視光
は、集光レンズ２１及び光分割器としてのダイクロイッ
クミラー２０を介してＸ線ターゲット５上に集光される
。集光点はパルスレーザ１からのレーザ光の集光点に一
致させる。ターゲット５での反射光は、ターゲット５か
らのＸ線と同様に回転楕円体多層膜凹面反射鏡９によっ
て被検物体１３上に集光される。回転楕円体多層膜凹面
反射鏡９は図２の断面図及び図３の平面図に示す如く、
その周辺部には可視光専用の反射領域９ａと中央部のＸ
線反射用多層膜反射領域９ｂが形成されている。可視光
反射領域９ａはアルミニウム蒸着でも良い。また、Ｘ線
反射用の多層膜は可視光をかなり反射することができる
ので、反射鏡９の全面をＸ線多層膜鏡とし、その中央部
をＸ線の反射領域として用い、全面を可視光の反射領域
とすることも可能である。このように、凹面反射鏡９の
中央部においてＸ線を反射し、その中央部と周辺部とに
おいて可視光を反射する構成とすることによって、Ｘ線
対物としてのゾーンプレートの１４の比較的小さいＮＡ
（開口数）の照明に対して、対物レンズ２３に必要な大
きなＮＡの照明を同軸状態を維持しつつ十分に確保する
ことができる。

【００１８】Ｘ線対物としてのゾーンプレート１４と光
学顕微鏡の対物レンズ２３とは同軸に構成され、ゾーン
プレート１４によるＸ線顕微鏡の光路は光学顕微鏡の対
物レンズ２３の光軸に沿った貫通開口内に形成されてい
る。ゾーンプレート１４と光学顕微鏡対物レンズ２３と
の構成の詳細を図４及び図５に示した。光学顕微鏡用の
対物レンズ２３の鏡筒は被検物体側の突出部１０４を有
しており、その中に、図５の平面図に示す如き十字状の
支持部材１０７によってゾーンプレート１４が支持され
ている。図４に示す如く、光学顕微鏡用対物レンズ２３
の光軸に沿う貫通開口内にゾーンプレート１４によるＸ
線の結像光路が形成される。ここで、図５に示す如く、
光学顕微鏡の光路は支持部材１０７により若干遮られる
が、開口部１０８により十分な観察光を得ることができ
る。また、ゾーンプレート１４により被検物体の像をＸ
線二次元Ｘ線撮像素子１５上に拡大結像するために、厳
密にはゾーンプレート１４からの光束１０２は極僅かで
はあるが収斂光束とすることが必要であり、ゾーンプレ
ート１４の光学的焦点位置は対物レンズ２３の光学的焦
点位置よりもやや射出光側に位置している。このため、
図４に示す如く、対物レンズ２３からの光束１０１はほ
ぼ平行光束となる。このようにして、ゾーンプレート１
４による像に対する物点と対物レンズ２３による像に対
する物点とが一致するようにゾーンプレート１４と対物
レンズ２３とが一体的に構成されているため、対物レン
ズ２３の軸上移動によって被検物体へのピント合わせを
行えば、自動的にゾーンプレート１４によるＸ線顕微鏡
の焦点合わせが完了する。一般にはゾーンプレート１４
の開口数が非常に小さいため、Ｘ線顕微鏡としてのピン
ト合わせが難しのであるが、光学顕微鏡の対物レンズ２
３との一体的構成により、容易に焦点調節が可能となる
。

【００１９】図１に示す如く、光学顕微鏡対物レンズ２
３からの平行光束は、斜設孔開き反射鏡２４によって反
射され、窓ガラス２５を通して真空容器１８外に導かれ
、結像レンズ２６，光路屈曲ミラー２７を介して空間像
２８が形成される。この空間像２８を接眼レンズ２９を
通して所定の倍率で観察することができる。尚、上記の
実施例では、斜設孔開き反射鏡２４によってＸ線による
像と可視光像とを分離することとしたが、Ｘ線二次元Ｘ
線撮像素子１５としてＸ線のみならず可視光に対しても
感度のある特性の検出器、例えばＣＣＤを用いることと
すれば、観察系についてＸ線顕微鏡と光学顕微鏡とを完
全に同軸構成とすることが可能となる。また、回転楕円
体多層膜凹面反射鏡９においては、Ｘ線ゾーンプレート
１４の光軸上にＸが入射して撮像素子１５でのノイズを
生ずることがないように、中心位置（光軸上位置）に微
小な吸収体、例えばアルミニウムの微小体を設けること
が望ましい。

【００２０】

【発明の効果】以上の如き本発明によれば、Ｘ線顕微鏡
と光学顕微鏡の照明光学系及び対物光学系が同軸である
ため、Ｘ線顕微鏡による狭い視野の確認を容易に行うこ
とが可能であり、Ｘ線源としてパルスＸ線源を使用した
場合にも、Ｘ線顕微鏡の光学調整が容易である。そして
、Ｘ線顕微鏡の焦点と光学顕微鏡の焦点とを一致させて
おくこととすれば、Ｘ線顕微鏡にて観察したい部位を光
学顕微鏡で観察することによって、自動的にＸ線顕微鏡
の焦点合わせを達成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例の概略構成図。

【図２】本発明における凹面反射鏡の構成を示す断面図
。

【図３】本発明における凹面反射鏡の構成を示す平面図
。

【図４】本発明における対物光学系の構成を示す断面図
。

【図５】本発明における対物光学系の構成を示す平面図
。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線源と、該Ｘ線源からのＸ線を被検物体
上に集光するための多層膜凹面反射鏡と、該被検物体か
らのＸ線を集光して被検物体像を形成するためのゾーン
プレート対物と、該被検物体の像を検出する二次元Ｘ線
撮像素子とを有するＸ線顕微鏡において、前記ゾーンプ
レート対物の光路を形成するために光軸に沿った貫通開
口を有する光学顕微鏡対物レンズを該ゾーンプレートと
同軸に設け、前記多層膜凹面反射鏡の少なくとも周辺部
に該光学顕微鏡用の照明光を反射する反射領域を設け、
該凹面反射鏡をＸ線顕微鏡と光学顕微鏡とに共用したこ
とを特徴とする結像型軟Ｘ線顕微鏡装置。
【請求項２】前記ゾーンプレートは前記光学顕微鏡対物
レンズの被検物体側に突出した鏡筒内に取りつけられて
いることを特徴とする請求項１記載の結像型軟Ｘ線顕微
鏡装置。
【請求項３】前記Ｘ線源は、レーザ光源と該レーザ光源
からの光をＸ線ターゲットに導くレーザ照射光学系とを
有し、前記光学顕微鏡の照明光は、該レーザ照射光学系
中に配置された光分割器を介して供給されることを特徴
とする請求項１乃至２記載の結像型軟Ｘ線顕微鏡装置。