JPH05100100A

JPH05100100A - Ｘ線顕微鏡

Info

Publication number: JPH05100100A
Application number: JP3290766A
Authority: JP
Inventors: Hisao Fujisaki; 久雄藤崎; Takashi Matsubara; 隆松原; Katsumi Sugizaki; 克己杉崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】試料の交換作業を短時間にかつ簡易に行え、
試料カプセルの変形を防止しうるとともに、好気性の生
物試料を生きたままの状態で観察することを可能にする
Ｘ線顕微鏡を提供する。【構成】中空に形成され、内部をＸ線１４が進行する
鏡筒用真空容器１２を備えたＸ線顕微鏡１０において、
Ｘ線１４の経路を横切るように前記真空容器１２の一部
を窪ませて凹部１７を形成し、この凹部１７の側壁にＸ
線１４透過用の窓部材１８を設け、さらに、観察用試料
２１が収納された試料カプセル１９を保持する保持手段
１７を凹部１７に設けた。これにより、試料カプセル１
９を大気圧下に置くことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線顕微鏡の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】医学や生物工学の分野では、通常の可視
光（波長λ＝約 400nm〜 800nm) を用いる顕微鏡よりも
解像度が高く、それでいて、生きた試料（以下、生物試
料と言う）例えば、細胞、バクテリア、精子、染色体、
ミトコンドリア、べん毛などが見られる高解像度の顕微
鏡を要求する声が日増しに高まっている。その理由は、
高解像度の電子顕微鏡では、生物試料が見られないから
である。そこで、可視光に代えて波長λ＝２〜５nmの軟
Ｘ線を用いるＸ線顕微鏡が開発されつつある。Ｘ線顕微
鏡の基本的な構成は、Ｘ線発生器、Ｘ線発生器から出射
したＸ線を集光して試料を照明するコンデンサー光学
系、試料を透過したＸ線を結像させる結像光学系、結像
光学系の結像位置に配置された撮像装置、Ｘ線発生器か
ら撮像装置までの光路を真空にするための鏡筒用真空容
器、及び該真空容器内を真空に排気するための排気系か
らなる。図６にＸ線顕微鏡の簡単な構造と光学系を示
す。図６において、Ｘ線発生器Ｇから出射したＸ線は、
コンデンサー光学系Ｃで集光されて試料カプセルＢを照
明する。そして、試料カプセルＢを透過したＸ線は、結
像光学系Ｉにより、試料の像を撮像装置Ｋ上に結像させ
る。像は、撮像装置で電気信号に変換されて外部に送信
され、一般には、モニタ装置（テレビ画面）Ｍ上に映し
だされる。Ｘ線発生器Ｇから撮像装置Ｋまでの光路長
は、例えば２ｍ位ある。Ｒは鏡筒用真空容器で、Ｖは容
器Ｒ内を真空に排気するための排気系である。Ｈは、試
料カプセルＢを保持する試料ホルダである。しかし、Ｘ
線顕微鏡は、まだ試作品の段階にある。

【０００３】軟Ｘ線は、物質内を透過したとき物質によ
って吸収され、物質内の透過光路長（単位長さ）当たり
の吸収率すなわち線吸収係数は、物質の密度に比例し、
一般には波長が長くなるほど高くなる。図７に、いくら
かの物質の線吸収係数スペクトルを示す。このように物
質に応じて線吸収係数が異なることを利用して生物試料
を観察することができる。

【０００４】ところで、軟Ｘ線は、空気の大部分を占め
る窒素によって吸収されてしまうので、Ｘ線発生器Ｇか
ら生物試料まで、生物試料から撮像装置Ｋまでを真空空
間（例えば、4.8 ×10^-2Pa) にしなければならない。他
方、生物試料は真空空間では死んでしまうので、適当な
液体の媒質（例えば水、培養液、体液、生理食塩水な
ど）に浮遊させ、これを適当な容器に入れて保護する必
要がある。このような容器を一般に試料カプセルと呼
ぶ。初期の試料カプセルは、図８に示すように、リング
状のスペーサ５１とこれを挟む一対のＸ線透過膜（例え
ば、厚さが0.05〜0.1 μｍ程度の窒化シリコン薄膜）５
２からなる。Ｘ線透過膜５２は、基板５３上に形成され
ている。また、シリコン基板５３はＸ線を透過させない
ので中心部にＸ線透過用の開口５３ａを設けてある。ス
ペーサ５１とこれを挟む一対のＸ線透過膜５２で囲まれ
た空間は、試料室と呼ばれ、ここに“媒質とその中に浮
遊する生物試料”が満たされる。試料室は当然に真空空
間から隔離された密閉空間である。しかし、試料室は小
さく、かつ、Ｘ線透過膜５２が薄いので、生物試料を含
む媒質を試料室に満たすとき、Ｘ線透過膜５２を破壊し
がちである。そこで、スペーサ５１の一部に貫通孔を設
けるか、スペーサ５１をリング状ではなく、いくつかの
分割スペーサに分解し、各分割スペーサの間に隙間を設
ける（図９参照）ことにより、試料室を開放空間とする
試料カプセルが開発された（例えば、特願平１−33647
1) 。このような試料カプセルは、開放型試料カプセル
と呼ばれる。

【０００５】開放型試料カプセルの試料室に“生物試料
を含む媒質”を満たすと、媒質の一部は外界に露出する
ので、一見すると、媒質はカプセル外に流出して失なわ
れると予見される。しかし、実際には、一対のＸ線透過
膜の間隔は非常に狭い（例えば、１〜10μｍ程度) の
で、媒質の表面張力により媒質はカプセルから外には流
出しない。

【０００６】試料カプセルは、小さいので取扱が不便な
ことから、一般には試料ホルダに保持させ、これをＸ線
顕微鏡にセットする。試料ホルダは、大まかに言うと、
一般に、有底の円筒状を呈する主ホルダと円板状を呈す
る押さえホルダとの少なくとも２部材からなり、両部材
を接合すると両者の間に試料カプセルの「カプセル収納
室」が形成される。「カプセル収納室」は、試料カプセ
ルより大きく、そのため、試料カプセルの横方向に空間
を生じる。前記主ホルダと押さえホルダには、それぞれ
ほぼ中央にＸ線透過のための開口部がある。この開口部
を通ってＸ線が試料カプセルに入射し、出射する。前記
開放型試料カプセルでは、媒質が真空空間に触れる。そ
こで、試料ホルダは、試料カプセルを収納する「カプセ
ル収納室」が真空空間と隔離する構造を有するようにし
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】試料カプセルをそのま
ま使用する場合も、あるいは試料カプセルを「カプセル
収納室」に保持した試料ホルダを使用する場合にも、異
なる試料を見る場合には、その都度、Ｘ線顕微鏡にセッ
トし直さねばならない。この場合、試料カプセル又は試
料ホルダは、鏡筒用真空容器内の試料位置にセットしな
ければならない。従って、その都度、真空容器内の真空
を大気に戻し、セット後、再び真空に排気しなければな
らない。この作業は面倒であるばかりでなく、排気に時
間がかかると言う問題点があった。

【０００８】また、前記試料は一般に大気圧下で前記試
料カプセルに収納し、その後で該試料カプセルあるいは
試料ホルダを真空容器内に設置する。そのため、設置後
に該容器内を真空にすると真空との圧力差によって前記
Ｘ線透過膜が外側（真空側）に撓んでしまい、Ｘ線の経
路上での非真空部が増加してしまった。その結果、Ｘ線
の吸収が増えて前記結像光学系に達するＸ線量が減少し
てしまった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明では、Ｘ線発生器、Ｘ線発
生器から出射したＸ線を集光して試料を照明するコンデ
ンサー光学系、試料を透過したＸ線を結像させる結像光
学系、結像光学系の結像位置に配置された撮像装置、Ｘ
線発生器から撮像装置までの光路を真空にするための鏡
筒用真空容器、および該真空容器内を真空に排気するた
めの排気系からなるＸ線顕微鏡において、前記鏡筒用真
空容器が前記Ｘ線の経路を横切るように窪んで形成され
た凹部を有し、該凹部に試料カプセルまたは該試料カプ
セルを保持した試料ホルダを収納する収納部を設け、該
収納部の側壁のＸ線透過位置にＸ線透過窓を設けたＸ線
顕微鏡を提供する。また、請求項２に記載した発明で
は、Ｘ線発生器、Ｘ線発生器から出射したＸ線を集光し
て試料を照明するコンデンサー光学系、試料を透過した
Ｘ線を結像させる結像光学系、結像光学系の結像位置に
配置された撮像装置、Ｘ線発生器から撮像装置までの光
路を真空にするための鏡筒用真空容器、および該真空容
器内を真空に排気するための排気系からなるＸ線顕微鏡
において、前記鏡筒用真空容器を、前記Ｘ線発生器およ
びコンデンサー光学系を含む第１の真空容器と、前記結
像光学系および撮像装置を含む第２の真空容器とに分割
し、これら各真空容器の分割面のＸ線透過位置にＸ線透
過窓を設け、前記第１の真空容器と第２の真空容器の間
に試料カプセルまたは該試料カプセルを保持した試料ホ
ルダを収納する収納部を設け、該収納部を構成する側壁
のＸ線透過位置にＸ線透過窓を設けたＸ線顕微鏡を提供
する。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明では、真空容器の一部を窪
ませて凹部を形成し、この凹部に前記試料カプセルまた
は試料ホルダを収納する収納部を設けている。従って、
該収納部は大気圧下にあり、真空容器を開放することな
く前記試料カプセルまたは試料ホルダの交換作業が行え
る。請求項２記載の発明では、分割された真空容器間に
前記試料カプセルまたは試料ホルダを収納する収納部を
設けている。従って、該収納部は大気圧下にあり、真空
容器を開放することなく前記試料カプセルまたは試料ホ
ルダの交換作業が行える。この場合、真空容器と前記試
料カプセルまたは試料ホルダ間に大気が介在することに
なるが、前記収納部の厚さを前記試料カプセル又は試料
ホルダの厚さとほぼ等しく設定すれば問題はない。なぜ
なら、収納部をＸ線が透過するときのＸ線の光路長さは
僅かであるため、その光路中に存在する窒素は僅かでＸ
線が余り減衰しないからである。このように、本発明で
は前記収納部を真空にする必要がないので試料の交換作
業を短時間で行える。また、試料カプセルまたは試料ホ
ルダは常時大気圧下にあるため真空との気圧差により前
記Ｘ線透過膜が外側（真空側）に撓んでＸ線経路上での
非真空部が増加することもない。

【００１１】以下、実施例により本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００１２】

【実施例】

−第１実施例− 図１は本発明によるＸ線顕微鏡の第１実施例を示す概略
断面図である。図において、１０はＸ線顕微鏡であり、
このＸ線顕微鏡１０は、Ｘ線発生器１１と、鏡筒用真空
容器１２と、撮像装置１３および真空容器１２内を真空
に排気するための排気系２２とを備えている。Ｘ線１４
はＸ線発生器１１で発生され、回折格子を備えた集光用
ゾーンプレートからなるコンデンサー光学系１５および
結像用ゾーンプレートからなる結像光学系１６を介して
撮像装置１３に至る経路を通って進行する。

【００１３】真空容器１２の中央部には、この容器１２
の一部が内方に窪んで形成された凹部１７が設けられて
いる。この凹部１７は、その側壁部がＸ線１４の経路を
横切るように、位置および深さが設定されている。ま
た、凹部１７は、試料カプセル１９をＸ線１４の経路上
に臨ませるためにこの試料カプセル１９を保持する収納
部も兼ねており、従って、この凹部１７内に試料カプセ
ル１９を挿入できるように、その幅および長さが設定さ
れている。

【００１４】凹部１７の側壁には、Ｘ線１４の経路上に
相当する箇所にＸ線透過窓１７ａが一対形成され、これ
らＸ線透過窓１７ａには、Ｘ線１４を透過する材質で形
成された窓部材１８が、真空容器１２内の気密を保持す
るようにそれぞれ嵌挿されている。Ｘ線１４を透過する
窓部材１８の材料としては、半導体装置と同様の工程で
形成される薄膜状のアモルファスＳｉＮ等がある。

【００１５】凹部１７には、観察用試料が収納される試
料カプセル１９が保持されている（保持手段は図示せ
ず）。この試料カプセル１９は、スペーサ１９ｃとこれ
を挟む一対のＸ線透過膜２０からなる。この透過膜２０
は前記ＳｉＮ等からなるが薄いのでシリコン基板１９ｂ
上に形成される。シリコン基板１９ｂはＸ線を透過させ
ないので中心部にＸ線透過用の開口１９ａを設けてあ
る。一対のＸ線透過膜２０とスペーサ１９ｃの囲む空間
が試料室となり、ここに、例えば媒質とその中に浮遊す
る生物試料２１が満たされている。

【００１６】ここで使用する試料カプセルは、スペーサ
１９ｃに該試料カプセルの上部が開放されるようにその
一部に適当な隙間を設けてある。または、前述の開放型
試料カプセルを用いても良い。なお、本実施例と請求の
範囲との対応において、凹部１７は保持手段を構成して
いる。

【００１７】以上のような構成のＸ線顕微鏡１０におい
ては、Ｘ線発生器１１で発生したＸ線１４は、コンデン
サー光学系１５により集光されて凹部１７に至り、その
一方の窓部材１８を通過して試料カプセル１９に至る。
さらに、このＸ線１４は、試料カプセル１９の一方の窓
部材２０および試料カプセル１９の内部に収納された観
察用試料２１を通過して他方の窓部材２０から出射し、
凹部１７の他方の窓部材１８を通過して、再度、真空容
器１２内を進行し、結像光学系１６によりＸ線撮像装置
１３上に結像される。従って、このＸ線撮像装置１３上
に結像されたＸ線１４を用いて試料カプセル１９内に収
納された観察用試料２１のＸ線像を観察することができ
る。

【００１８】ここで、本実施例のＸ線顕微鏡１０では、
凹部１７の内部が大気に連通されているので、試料カプ
セル１９を交換する際に真空容器を開閉する必要がな
い。従って、従来のように試料カプセル１９を交換する
度に真空を破る、あるいは真空度を所定値にまで高め
る、といった作業が不要になり、試料カプセル１９の交
換作業が短時間にかつ簡便に行える。

【００１９】また、観察中においても、試料カプセル１
９は常時大気圧下にあるので、従来のように試料カプセ
ル１９内外の気圧差により外方に撓んで窓部材２０間の
距離が長くなる、といった現象が生じるおそれもない。

【００２０】さらに、凹部１７内部が大気に連通してい
るため、上述の実施例のように試料カプセル１９の一部
を開口しておけば好気性の生物試料を生かしたまま観察
することができる、という利点もある。

【００２１】しかも、試料カプセル１９を外部に設けた
二次元移動機構で保持して二次元走査を行うことも容易
であり、これにより、走査型Ｘ線顕微鏡を容易に構成す
ることが可能になる。

【００２２】−第二実施例− 図２は本発明によるＸ線顕微鏡の第２実施例を示す断面
図である。なお、以下の説明において、上述の第１実施
例と同様の構成要素については同一の符号を付し、その
説明を簡略化する。

【００２３】本実施例と第１実施例との相違点は、真空
容器１２の構造およびそれに伴う試料カプセル１９の保
持構造にある。すなわち、本実施例では、Ｘ線１４の経
路を横切るようにして、真空容器１２が一対の仕切板３
０を介して２分割（符号１２Ａと１２Ｂ）されており、
これら分割面たる仕切板３０間には所定間隔がおかれて
いる。そして、仕切板３０間には、観察用試料２１が収
納された試料カプセル１９またはこのカプセルを保持し
た試料ホルダを収納する収納部３５が設けられている。

【００２４】各仕切板３０および収納部３５には、Ｘ線
１４の経路上に相当する箇所にＸ線透過窓３０ａ、３５
ａが形成されているとともに、仕切板３０のＸ線透過窓
３０ａには、Ｘ線１４を透過する材質で形成された窓部
材３１がそれぞれの真空容器１２Ａ、１２Ｂの気密を保
持すべく嵌挿されている。

【００２５】本実施例では、収納部３５は仕切板３０間
に設けられており、収納部３５内部は常時大気に開放さ
れた状態にある。従って、本実施例によっても、上述の
第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。

【００２６】なお、本発明のＸ線顕微鏡は、その細部が
上述の実施例に限定されず、種々の変形例が可能であ
る。一例として、凹部または収納部に支持される試料カ
プセルの形状は、この試料カプセル内に収納される観察
用試料の性質に応じて選択される。図３に示す試料カプ
セル１９は、嫌気性の生物試料のために試料室１９の上
端開口を覆う蓋３２を設けたものである。図４に示す試
料カプセル１９は、図３の試料カプセルに加えて蓋３２
を貫通する一対の管３３を設け、試料カプセル１９の雰
囲気気体を交換可能としたものである。図５に示す試料
カプセル１９は、その上下端に管３４を設け、試料２１
の交換または溶液注入を可能としたものである。

【００２７】また、上述の実施例では窓部材１８、３１
を単体で設けていたが、光学系に設けられたゾーンプレ
ートの支持膜と窓部材とを共用する構成であってもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、試料カプセルを真空容器の外側、すなわち大気中
に露出した状態で配置可能に構成したので、従来のよう
に試料カプセル交換の度に真空を破る、あるいは真空度
を所定値にまで高める、といった作業が不要になり、試
料カプセルの交換作業が短時間にかつ簡便に行える。ま
た、観察中においても、試料カプセルは常時大気圧下に
あるので、従来のように試料カプセル内外の気圧差によ
り外方に撓んで窓部材間の距離が長くなる、といった現
象が生じるおそれもない。さらに、試料カプセルの一部
を開口しておけば好気性の生物試料を生かしたまま観察
することができる、という利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であるＸ線顕微鏡を示す断
面図である。

【図２】本発明の第２実施例であるＸ線顕微鏡を示す断
面図である。

【図３】試料カプセルの他の例を示す断面図である。

【図４】図３と同様の図である。

【図５】図４と同様の図である。

【図６】従来のＸ線顕微鏡の一例を示す断面図である。

【図７】物質の線吸収係数スペクトルを示す図である。

【図８】従来の試料カプセルの一例を示す図である。

【図９】従来の試料カプセルの他の例を示す図である。

【符号の説明】

１０Ｘ線顕微鏡１１Ｘ線発生器１２真空容器１２Ａ、１２Ｂ分割された真空容器１３Ｘ線撮像装置１４Ｘ線１７凹部１８、２０、３１窓部材１９試料カプセル２１観察用試料２２排気系３０仕切板３５収納部Ｂ試料カプセル（51＋52＋53) Ｈ試料ホルダＣコンデンサー光学系Ｉ結像光学系Ｋ撮像装置Ｒ鏡筒用真空容器Ｍモニタ装置Ｖ真空排気系ＧＸ線発生器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線発生器、Ｘ線発生器から出射したＸ
線を集光して試料を照明するコンデンサー光学系、試料
を透過したＸ線を結像させる結像光学系、結像光学系の
結像位置に配置された撮像装置、Ｘ線発生器から撮像装
置までの光路を真空にするための鏡筒用真空容器、およ
び該真空容器内を真空に排気するための排気系からなる
Ｘ線顕微鏡において、前記鏡筒用真空容器が前記Ｘ線の経路を横切るように窪
んで形成された凹部を有し、該凹部に試料カプセルまた
は該試料カプセルを保持した試料ホルダを収納する収納
部を設け、該収納部の側壁のＸ線透過位置にＸ線透過窓
を設けたことを特徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項２】Ｘ線発生器、Ｘ線発生器から出射したＸ
線を集光して試料を照明するコンデンサー光学系、試料
を透過したＸ線を結像させる結像光学系、結像光学系の
結像位置に配置された撮像装置、Ｘ線発生器から撮像装
置までの光路を真空にするための鏡筒用真空容器、およ
び該真空容器内を真空に排気するための排気系からなる
Ｘ線顕微鏡において、前記鏡筒用真空容器を、前記Ｘ線発生器およびコンデン
サー光学系を含む第１の真空容器と、前記結像光学系お
よび撮像装置を含む第２の真空容器とに分割し、これら
各真空容器の分割面のＸ線透過位置にＸ線透過窓を設
け、前記第１の真空容器と第２の真空容器の間に試料カプセ
ルまたは該試料カプセルを保持した試料ホルダを収納す
る収納部を設け、該収納部を構成する側壁のＸ線透過位
置にＸ線透過窓を設けたことを特徴とするＸ線顕微鏡。