JPH054778B2

JPH054778B2 -

Info

Publication number: JPH054778B2
Application number: JP62274863A
Authority: JP
Inventors: Shinji Oosuga; Masaru Sugyama; Takeshi Hayakawa; Katsuyuki Kinoshita
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1993-01-20
Also published as: JPH01117252A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はＸ線像拡大観察装置に関し、特に詳細
には、光電変換膜をその中に備えた真空容器を有
するＸ線像拡大観察装置に関する。

〔従来技術〕

従来、Ｘ線像拡大観察装置では、その拡大され
た像を観察するため、拡大されてきたＸ線像をＸ
線フイルム上に投影し、そのＸ線フイルムを現像
することにより拡大像を観察していた。また、特
に微弱なＸ線像を観察するためにはＸ線の減衰を
防止するため真空容器内で拡大、観察する必要が
ある。その為、Ｘ線フイルムは真空容器内に固定
された状態で拡大像を撮影し、その後、真空容器
を破壊して取り出し、現像することにより、拡大
像を観察していた。

また、Ｘ線フイルムを使用せず、シンチレータ
を用いてＸ線像を電子像に変換して、その電子像
を蛍光面に写し出すことにより、像を観察する装
置が、例えば特開昭59−101134号公報に開示され
ている。

更にまた、測定物を真空容器のＸ線入射窓上に
固定し、その対向面で真空容器の内面にＸ線−電
子変換膜を付着し、測定物を透過したＸ線をＸ線
−電子変換膜により電子に変換し、その電子像を
フイルムに撮像する方法も知られている。

〔発明の解決すべき問題点〕

上記Ｘ線フイルムを使用する方法では、拡大像
を観察するためにはＸ線フイルムを現像しなけれ
ばならず、この為、観察すべき物体の時間的変化
を観察することができず、またこのＸ線フイルム
を現像するためには真空容器を破壊し取り出さな
ければならなかつた。更に、この様なＸ線フイル
ムを使用する方法では、Ｘ線フイルムに照射され
たＸ線の量とそのフイルムの黒化度との関係の再
現性が悪く、更に、そのＸ線の量と黒化度との直
線性が悪いことにより、正確な拡大像を観察出来
なかつた。また、人間がその拡大像を目視するた
めには、その現像したＸ線フイルムを拡大した
り、顕微鏡で観察しなければならず、拡大像の観
察に繁雑な手間が掛かつていた。

一方、上記公報に開示されるシンチレータを使
用する装置では、真空容器内でＸ線像を拡大して
いないため、微細なＸ線像を観察することが出来
ず、更に、顕微鏡として使用できるほど拡大する
ことも出来ない。

更に、真空容器のＸ線入射窓の内面にＸ線一電
子変換膜を付着させる方法では、大気圧と真空容
器内の圧力差による破壊を防止するため、このＸ
線入射窓の厚さを一定以上にしなければならな
い。そのため、入射窓部においてＸ線が吸収さ
れ、減衰することによつて、鮮明な像を得ること
が難しかつた。

そこで、本発明は上記問題点を解決し、被観察
物の時間的変化を連続的に観察でき、かつ、Ｘ線
を利用して拡大率の大きい像を観察することの出
来るＸ線像拡大観察装置を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては上述の目的を達成するため、
Ｘ線の減衰を防止する真空容器と、この真空容器
の内部に設けられ当該真空容器の観察窓から内部
に入射したＸ線を拡大して所定の位置に結像させ
るＸ線拡大部と、該真空容器の内部におけるＸ線
の結像位置に配置された光電変換膜支持体と、薄
膜状に構成されて該光電変換膜支持体に設けら
れ、Ｘ線に透過される支持膜と、この支持膜に付
着形成され結像されたＸ線像を電子像に変換する
光電変換膜と、該光電変換膜支持体に貫通して設
けられ支持膜と光電変換膜の損傷を防止する貫通
穴と、該真空容器の内部に設けられ光電変換膜か
ら拡大されて放出された電子像を可視像に変換す
る蛍光面と、この蛍光面に形成された可視像をカ
メラで撮像して観察する観察系とを備えたことを
特徴としている。

〔作用〕

本発明によれば、真空容器の内部におけるＸ線
の結像位置に配置された薄い支持膜、及び光電変
換膜がＸ線に透過されるとともに、結像されたＸ
線像を減衰させることなく電子像に変換し、この
電子像から蛍光面で変換された可視像をカメラで
撮像して観察するので、フイルムの現像や拡大等
の極めて煩雑な処理を全く必要とせず、しかも、
被観察物の拡大された像の極めて容易な観察が可
能となり、さらに、連続的な時間的変化の容易な
観察が期待できる。

また、Ｘ線像を拡大して電子像に変換し、この
電子像から拡大されつつ蛍光面で変換された可視
像をカメラで撮像して観察するので、非常に大き
な拡大倍率、例えば数万倍の拡大倍率を極めて容
易に獲得することができる。

そして、真空容器を使用して当該真空容器の内
部でＸ線像を拡大するので、Ｘ線の減衰を大幅に
抑制でき、極めて微弱なＸ線像をも容易に観察す
ることが可能となる。

さらに、光電変換膜支持体に貫通穴が貫通して
穿設されているので、真空圧力差に伴う支持膜と
光電変換膜の損傷を確実に防止できるとともに、
不十分なガス抜きに基づいて使用中に真空圧力差
が生じるのを確実に防止することが可能となる。

〔実施例〕

以下添付図面の第１図ないし第５図を参照し
て、本発明の実施例を説明する。尚、図面の説明
において同一の要素には同一の符号を付し、重複
する説明を省略する。

第１図は本発明に従うＸ線像拡大観察装置を組
み込んだＸ線顕微鏡の側面構成図である。図示の
Ｘ線顕微鏡は、いわゆるWolterI型と呼ばれる斜
入射Ｘ線顕微鏡であり、Ｘ線管１と、Ｘ線管１よ
り照射され、試料３を透過したＸ線を拡大し、そ
の拡大像を形成する像拡大部１３、拡大された像
を観察するための観察系１４とより構成されてい
る。

本実施例ではＸ線管１は、例えば生物試料中で
炭素原子と酸素原子のコントラストを得るために
23オングストローム〜44オングストロームの波長
のＸ線を発生するものを使用した。

観察系１４は拡大された像を撮像面上に結像す
るリレーレンズ８と、その結像された拡大像を撮
像するためのTVカメラ９と、そのTVカメラ９
から画像信号をＡ／Ｄ変換し積算処理するビデオ
フレームメモリ１０と、そのビデオフレームメモ
リ１０からの画像信号を可視像としてCRT上に
表すモニター１１とより構成されている。

像拡大部１３はＸ線拡大部１３ａと電子ズーミ
ングイメージ部１３ｂとより構成され、それらは
真空容器１３ｃ内に設ける。その真空容器１３ｃ
の前面には試料３を透過したＸ線をその中に入射
するためのＸ線入射窓１２を設けておく。真空容
器１３ｃ内にはＸ線の入射方向から順にWolter
Ｉ型の斜入射Ｘ線反射鏡２、斜入射反射鏡２によ
り結像されたＸ線を光電変換する光電変換膜４ｂ
（第２図）その上に有する光電変換部４、光電変
換膜４ｂで発生した電子を増倍するマイクロチヤ
ートネルプレート（MCP：Micro channel
plate）６、MCP６により出射した電子群を入射
し可視光像に変換する蛍光面７が設けられてい
る。光電変換部４及びこの光電変換部４とMCP
６との間の真空容器１３ｃの外側には光電変換部
４で変換された電子群を加速、拡大するための電
磁コイル５及び５ａで構成した電子レンズを設け
る。

第２図に電子ズーミングイメージ部１３ｂの拡
大構成図を示し、第３図に光電変換部４の断面構
造及び斜視図を示す。光電変換部４はＸ線拡大部
１３ａで拡大されたＸ線像の結像点に設けられ
る。この光電変換部４は、図示するように光電変
換膜支持体４ａと、その中心部に付着された光電
変換膜４ｂとより構成されている。この光電変換
膜４ｂは、電子ズーミングイメージ部１３ｂ側か
ら中心部が薄く構成された支持膜上に付着され、
その支持膜側から透過したＸ線を電子に変換して
Ｘ線の入射側とは反対側に放出する。ここで、こ
の様な光電変換膜としてはAuの薄膜を使用する。
支持膜の厚さはＸ線がその膜により吸収され減衰
してしまうのを防止するため、例えば数μｍ程度
以下に非常に薄くしておくことが必要である。こ
の光電変換膜支持体４ａの周囲には貫通穴４ｃが
形成されている。この貫通穴４ｃを設けてあるの
は、真空容器１３ｃ内を真空にする際、一般に真
空容器１３ｃの一端部から真空を引くが、真空容
器１３ｃ内でのＸ線拡大部１３ａと電子ズーミン
グイメージ部１３ｂとの間で真空圧力差が生じ、
光電変換膜Au及び支持膜が破壊されるのを防止
するためである。また、貫通穴４ｃを設けておけ
ば、蛍光面７を構成する蛍光材料などのガス抜き
が不十分であつたために、使用中の真空圧差が生
じることはまつたくない。従つて、支持膜をＸ線
が吸収、減衰されない程度に十分に薄くすること
が可能である。

この光電変換部４の後方には光電変換膜４ｂか
ら出射した、電子を増倍するMCP６が設けられ、
このMCP６は２枚重ねマイクロチヤンネルプレ
ートを使用する。そのMCP６の後方で、真空容
器１３ｃの内側にMCP６より出射した電子像を
可視像に変換する蛍光面７が真空容器１３ｃの内
側に設けられている。真空容器１３ｃの外側に
は、光電変換部４の周囲に対応する部分に電磁コ
イル５が設けられ、光電変換部４とMCP６との
間の周囲にも電磁コイル５ａが配置されている。

以下、本実施例の像拡大作用について説明す
る。

Ｘ線管１を発したＸ線は試料３に照射され、そ
の透過Ｘ線が真空容器１３ｃのＸ線入射窓１２よ
り入射する。入射したＸ線は斜入射反射鏡２によ
り反射され、光電変換部４に設けられた光電変換
膜４ｂ上にＸ線像が結像する。光電変換膜４ｂに
入射したＸ線はこの光電変換膜の光電変換作用に
より電子に変換され電子ズーミングイメージ部１
３ｂへ電子を放出する。この変換作用によりＸ線
像が電子像に変換される。変換された電子は真空
容器１３ｃの外側に設けた電磁コイル群より構成
される電子レンズにより加速、拡大されてMCP
６に入射する。このMCP６に入射した電子はそ
の位置情報を保つたまま増倍され蛍光面７側に放
出され蛍光面７に入射される。そして、蛍光面７
は入射した電子により可視増形成する。ここで、
斜入射反射鏡２の拡大倍率を20倍とし、電子ズー
ミングイメージ部１３ｂの光電変換膜上での分解
能を1μｍ、電磁群５及び５ａで構成される電子
レンズ拡大倍率を100倍とすると、試料上での分
解能は1μｍ／20＝50nｍとなり、また蛍光面７上
では、試料上の50nｍが0.1mmに拡大されることに
なる。

更に、蛍光面７上に形成されて拡大像はリレー
レンズ８を通してTVカメラ９にその像が捕らえ
られ、このTVカメラ９で捕らえられた拡大像は
電気ビデオ信号に変換されて、ビデオフレームメ
モリ１０に送られる。このビデオフレームメモリ
１０では、送られてきた電気ビデオ信号をＡ／Ｄ
変換し、一定時間積算する。そして積算された結
果をモニター１１に送る。このモニター１１で
は、その積算された結果より、可視像を作成す
る。このTVカメラ９で、蛍光面７上に形成され
た可視像を撮像することにより、モニター１１上
では、試料上での50nｍも容易に目視することが
できる。すなわち、リレーレンズ８の倍率を１
倍、TVカメラ９の入力面の大きさを10mm×10mm
とし、モニター１１の画面を20cm×20cmとする
と、このＸ線顕微鏡では全体として、20×100×
20＝40000倍の倍率を得ることができる。

またＸ線像が十分な強度を有している場合には
先に説明したようにビデオフレームメモリ用いる
こと無く、TVカメラの一般的な時間分解能であ
る１／30秒毎に１枚の画像が得られるので、ほぼ
リアルタイムのＸ線像の観察が可能となる。

しかし、Ｘ線像が微弱な場合には、先に説明し
た実施例のようにビデオフレームメモリー１１を
用いて、電気ビデオ信号をＡ／Ｄ変換し、信号を
積算することにより良好な画像を得るようにする
必要がある。この場合には、リアルタイムでの拡
大像の観察を行うことは出来ないが、連続的な観
察は可能となる。

次に第４図を用いて、光電変換膜及び支持膜の
形成方法について説明する。

以上説明したように、光電変換膜４ｂを支持す
る支持膜は非常に薄くＸ線の透過を妨げないよう
にする必要がある。そこで、まず第４ａ図に示す
ようにSi基板１４上に多結晶Si１５を、例えばエ
ピタキシヤル成長で形成し、更にその上に熱酸化
によりSiO₂の熱酸化膜１６を形成する。また、
この熱酸化膜の代わりに窒化珪素（Si₃N₄）を形
成してもよい。この最上部の膜１６は光電変換膜
４ｂの支持膜として働くため非常に薄くし、例え
ば数百オングストロームに形成する。

次に第４ｂ図に示すように、Si基板１４裏面上
にフオトレジストを塗布し、その一部を露光し、
現像してマスク１７を形成したのち、Si基板１４
を選択的にウエツトエツチングすることにより第
４ｂ図に示すような構造にする。次に、フオトレ
ジストによるマスク１７を除去せずに、多結晶Si
を選択的に気相エツチングすることにより、第４
ｃ図に示すように最上部の膜１６を残す。これに
よつて、均一な厚さの十分な強度を有する薄い膜
１６を形成できる。次に第４ｄ図に示すように、
AuをSi基板１４側から先に形成した穴内の所定
の位置に蒸着し光電変換膜４ｂを形成する。この
ように形成された光電変換膜４ｂ及び支持膜１６
を光電変換膜支持体４ａに固定して光電変換部４
とする。そして、このように形成した光電変換部
４を真空容器１３ｃ内の所定の位置に設置する。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく、
種々の変形が可能である。

例えば、上記実施例では光電変換膜支持体にＸ
線拡大部と電子ズーミングイメージ部との間の気
圧連通を保つための貫通穴を設けているが、この
様な貫通穴を設けなくても、真空容器１３ｃの両
側からＸ線拡大部側の圧力と電子ズーミングイメ
ージ部側の圧力とを等しく保ちつつ慎重に真空に
していけばよい。

また、光電変換膜及び支持膜の構成を第５図に
示すように、ガラス、金属またはSi等の支持体１
８の貫通穴１８ａを覆うように例えば数μｍ程度
の窒化珪素（Si₃N₄）の薄膜又は有機薄膜等（パ
リレン等）を張り付け、その上にAuの薄膜２０
を付着させても良い。また上記実施例では光電変
換膜にＸ線を電子に直接変換することの出来る
Auの薄膜を使用しているが、このAuの代わりに
ヨウ代セシウムとアンチモンセシウムとの２層構
造体を用いて、Ｘ線を間接的に変換してもよい。

更に上記実施例では斜入射Ｘ線反射鏡を用いて
Ｘ線像を拡大しているが、本発明の装置にはＸ線
ゾーンプレート又は多層膜Ｘ線反射鏡を用いてＸ
線像を拡大してもよい。

また、入射Ｘ線強度が十分に高いときはMCP
を設けることは必須ではなく、更に蛍光面７の位
置にCCDデバイスを設けて画像情報を得るよう
にしてもよい。

更にまた、上記実施例では像を拡大する例につ
いて説明したが、等倍、すなわち拡大しない場合
にも本発明は適用できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、真空容器の内部
におけるＸ線の結像位置に配置された薄い支持
膜、及び光電変換膜がＸ線に透過されるととも
に、結像されたＸ線像を減衰させることなく電子
像に変換し、この電子像から蛍光面で変換された
可視像をカメラで撮像して観察するので、フイル
ムの現像や拡大等からなる極めて煩雑な処理作業
を全く必要とせず、しかも、被観察物の拡大され
た像の極めて容易な観察が可能となり、さらに、
被観察物の拡大像のリアルタイムな変化の観察が
極めて容易に期待できるという顕著な効果があ
る。

また、Ｘ線像を拡大して電子像に変換し、この
電子像から拡大されつつ蛍光面で変換された可視
像をカメラで撮像して観察するので、非常に大き
な拡大倍率、例えば数万倍の拡大倍率を極めて容
易に獲得することができるという顕著な効果があ
る。

そして、最終的にＸ線像を電気信号に変換でき
るので、光電変換膜から放出された光電子に相当
する電気信号を積算することにより、非常に微弱
なＸ線像であつても鮮明にその拡大像を得ること
ができるという顕著な効果がある。

そしてまた、真空容器を使用して当該真空容器
の内部でＸ線像を拡大するので、Ｘ線の減衰を大
幅に抑制でき、極めて微弱なＸ線像をも容易に観
察することが可能になるとともに、顕微鏡として
も使用することができるという顕著な効果があ
る。

さらに、光電変換膜支持体に貫通穴が貫通して
穿設されているので、真空圧力差に伴う支持膜と
光電変換膜の損傷を確実に防止することができる
とともに、不十分なガス抜きに基づいて使用中に
真空圧力差が生じるのを確実に防止することが可
能になるという顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う実施例の側面構成図、第
２図は第１図に示す電子ズーミングイメージ部の
拡大側面図、第３図は本発明に従う光電変換部の
断面及び斜視図、第４図は本発明の実施例の光電
変換膜及び支持膜の形成工程図、第５図は本発明
の光電変換部の別の実施例の断面構成図である。１……Ｘ線管、２……斜入射反射鏡、３……試
料、４……光電変換部、６……MCP、７……蛍
光面、１２……Ｘ線入射窓、４ａ……支持体、４
ｂ……光電変換膜、１６……支持膜。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｘ線の減衰を防止する真空容器と、この真空
容器の内部に設けられ当該真空容器の観察窓から
内部に入射したＸ線を拡大して所定の位置に結像
させるＸ線拡大部と、該真空容器の内部における
Ｘ線の結像位置に配置された光電変換膜支持体
と、薄膜状に構成されて該光電変換膜支持体に設
けられ、Ｘ線に透過される支持膜と、この支持膜
に付着形成され結像されたＸ線像を電子像に変換
する光電変換膜と、該光電変換膜支持体に貫通し
て設けられ支持膜と光電変換膜の損傷を防止する
貫通穴と、該真空容器の内部に設けられ光電変換
膜から拡大されて放出された電子像を可視像に変
換する蛍光面と、この蛍光面に形成された可視像
をカメラで撮像して観察する観察系とを備えたこ
とを特徴とするＸ線像観察装置。