JPH0667000A - X線顕微鏡 - Google Patents

X線顕微鏡

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JPH0667000A
JPH0667000A JP21930692A JP21930692A JPH0667000A JP H0667000 A JPH0667000 A JP H0667000A JP 21930692 A JP21930692 A JP 21930692A JP 21930692 A JP21930692 A JP 21930692A JP H0667000 A JPH0667000 A JP H0667000A
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JP
Japan
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optical system
ray
microscope
detector
image
Prior art date
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Withdrawn
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JP21930692A
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English (en)
Inventor
Yoshinori Iketaki
慶記 池滝
Hiroaki Nagai
宏明 永井
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K7/00Gamma- or X-ray microscopes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の二次元検出器を用い、空間分解能数1
0nmを有し、かつ、リアルタイムで観察できるX線顕
微鏡を提供する。 【構成】 X線顕微鏡の対物レンズ7と検出器9の間
に、シュワルツシルド型光学系8を新たに設けることに
より、対物レンズ7によって結像された像を検出器9の
1画素のサイズまで拡大する。対物レンズの優れた解像
度を損なうことなく、明るい良好な顕微像がリアルタイ
ムで得られる。実施例の構成は、これらのほかに、光源
1,集光レンズ2,レーザーターゲット3,フィルター
4,コンデンサーレンズ5,蛍光変換面9aを含む。6
はサンプルである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線顕微鏡に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、X線光源やX線光学素子の研究開
発が進み、その応用システムの一つとして、X線顕微鏡
が提案されている。図3に示すように、X線顕微鏡には
いろいろなタイプがある。すなわち、ウォルター型など
の斜入射光学系〔図3(a)〕、回折を利用したフレネ
ルゾーンプレート〔図3(b)〕、2枚の球面鏡に多層
膜をコーティングした直入射型のシュワルツシルド型光
学系〔図3(c)〕などの結像素子を利用したX線顕微
鏡システムが提案されている。
【0003】このうち、シュワルツシルド光学系は、視
野が広く、結像性能が非常に優れている。特に、軟X線
は電子線に比較して生体試料に与えるダメージが少な
く、最近は、生体を生きたまま高解像度、無染色で観察
できる生物顕微鏡への応用が注目されている。また、X
線顕微鏡の回折限界は、X線の波長に比例して小さくな
るので、可視光を用いた一般の光学顕微鏡と比較する
と、空間分解能が1桁以上高くなる。例えば、数百Å程
度の波長を用いたX線顕微鏡では、50nm前後の分解
能が期待できる。このようにX線顕微鏡は、次世代の優
れた顕微鏡としての可能性が大きい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにX線顕微
鏡は、原理的にすぐれた結像性能を持っているが、具体
的に顕微鏡システムを設計する場合、次のような問題点
がある。まず、現在の技術では、作製できる検出器の空
間分解能が不十分である。くわえて、ウォルター型光学
系やシュワルツシルド型光学系の場合には、高倍率の光
学系の作製が困難である。すなわち、IO(像点─物点
距離)が短くてコンパクトな顕微鏡システムを設計して
も、光学系の口径が非常に小さくなり、加工が不可能に
なる。例えば、ウォルター型光学系の場合、IOが1m
で倍率が100倍の光学系を設計すると、口径が数mm
になる。これでは、精度の良いウォルター型光学系の作
製は、現実的に無理である。現在のところ、IOが1m
で倍率が100倍のシュワルツシルド型光学系の作製に
ついて、報告が存在するのみである(J.A.Trail,“A Co
mpact Scanning Soft X-Ray Microscope”, Stanford U
ni-versity,Thesis for Doctorate (1989) )。したが
って、現状のところX線結像光学系の倍率は、せいぜい
100倍が限界である。
【0005】一方、倍率100倍のX線結像光学系を用
い、物空間において50nm前後の間隔を有するパター
ンを結像すると仮定すれば、像面においてその像は、5
μmの間隔を有するパターンとなる。しかし、例えば実
績がある二次元検出器としてMCP(マイクロチャンネ
ルプレート)を選択しても、その空間分解能は15μm
程度なのが現状である。しかも、更に蛍光変換面(フォ
スファー)によりその像を可視化すれば、分解能が一段
と劣化する。また、CCDを始めとする二次元固体検出
器では、実装技術の制約により、空間分解能を5μmま
で高めるのは、今のところ困難である。したがって、X
線結像光学系の空間分解能が50nmであっても、現在
の二次元検出器では、物空間において50nm以下の微
小なパターンを検出できない。X線フィルムやPMMA
等の感光記録媒体については、5μm程度の空間分解能
が期待できるが、複雑な現像工程が必要であり、リアル
タイムで像を観察できない。
【0006】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、従来の二次元検出器を用いて、空間分解能数
十nmを有し、しかもリアルタイムで観察できるX線顕
微鏡システムを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のX線顕微鏡は、
X線顕微鏡の対物レンズと検出器の間にシュワルツシル
ド型光学系を設けたことを特徴としている。
【0008】近年、軟X線領域でも高い反射率を有する
高精度のX線多層膜鏡や高輝度のレーザープラズマ光源
の出現により、軟X線光学素子を数多く用いて構成した
X線光学系においても、このX線光学系を透過したX線
の総光量は、十分な数値に達するようになった。したが
って、X線顕微鏡の対物レンズと検出器の間にシュワル
ツシルド型光学系を始めとするX線結像光学素子を新た
に設け、対物レンズによって結像された像を、検出器の
1画素のサイズまで拡大することにより、従来技術の問
題点が解決できる。特に、シュワルツシルド型光学系は
IOが短い条件でも、他の軟X線光学素子と比較すと光
学系の作製が容易であることから、IOが200mm程
度でも倍率が10倍程度の光学系を組むことが可能であ
る。その結果、顕微鏡システム全体をコンパクトにする
ことができる。また、シュワルツシルド型光学系は、結
像性能も優れているので最適な拡大光学系である。
【0009】
【実施例】図1は、本発明によるX線顕微鏡の一実施例
の構成を示す図でる。本実施例は、レーザープラズマ光
源を用いたシュワルツシルド型軟X線顕微鏡に、本発明
を適用した場合を示したものである。図中、1はレーザ
ープラズマ光源、2は集光レンズ、3はレーザーターゲ
ット、4は紫外光カット用のボロンフィルター、5は照
明用のコンデンサーレンズ、6はサンプル、7は対物レ
ンズであるシュワルツシルド型光学系で、倍率は100
倍である。8は対物レンズ7と検出器9の間に設けたも
う一つのシュワルツシルド型光学系で、二次拡大に用い
倍率は3倍である。レーザープラズマ光源1は、レーザ
ー物質がYAG:Ndである。二次拡大用シュワルツシ
ルド型光学系8は、対物レンズ7の像を検出器9の1画
素まで拡大する。検出器9には、蛍光変換面(フォスフ
ァー)9aを備えたMCPを用いる。また、MCPのチ
ャンネル径は、市販品のなかで最も細い15μmのもの
を選択する。
【0010】本実施例において、結像するX線の波長を
145Åと仮定すれば、シュワルツシルド型光学系の鏡
面にコーティングする多層膜は、Mo/Siが優れてい
る。図2で示すように、前記したTrail は62層を積層
し、直入射で60%前後の高反射率を得ている。したが
って、Mo/Si多層膜鏡(62層)を用いシュワルツ
シルド型光学系を作製すると、光学系の総合透過率は3
6%にも達する。更にTrail は、レーザープラズマ光源
(YAG:Ndレーザー、波長1.06μm,17mJ
/pulse,ターゲットCu)の波長145Åにおけ
る輝度は、1.2×107photons/μm2 /rad2
pulse/5%bandwidth に達することを報告してい
る。レーザーエネルギーを500mJ/pulseとす
れば、3.5×108photons/μm2 /rad2 /pu
lse/5%bandwidth まで、輝度を向上させることが
できる。
【0011】図1の顕微鏡システムにおいて、レーザー
プラズマ光源1の輝度Kと、検出器9で用いるMCPの
1チャンネルに到達する光子数Nは、他の因数を含む下
記の式(1)で関係づけられる。
【0012】 N=TB ×TC ×TSMP ×TS1×TS2×K×S÷M1 2÷M2 2 (1)
【0013】ここでNはMCP1チャンネルに到達する
光子数、TB はボロンフィルターの透過率、TC はコン
デンサーレンズの透過率、TSMP はサンプルの透過率、
S1は対物用シュワルツシルド型光学系の透過率、TS2
は二次拡大用シュワルツシルド型光学系の透過率、Kは
光源の輝度、SはMCP1チャンネルの面積、M1 は対
物用シュワルツシルド型光学系の倍率、M2 は二次拡大
用シュワルツシルド型光学系の倍率である。
【0014】光源の輝度Kとして前記のレーザープラズ
マ光源1の輝度の値を用い、その他の光学系及び光学素
子の透過率などは表1に示す値を用い、かつ、シュワル
ツシルド型光学系の総合透過率を0.36と仮定して、
式(1)により計算すると、MCP1チャンネルに到達
する光子数Nは、約3×103photons/channel とな
る。
【0015】
【表1】
【0016】上述したように、結像するX線の波長が1
45Åにおいて、MCPの量子効率は少なくとも0.1
はあるので、サンプルの透過率がわずか10%程度であ
っても、明るい良好な顕微像が得られる。このように、
本実施例のX線顕微鏡は、明るさの点で心配がない。一
方、本実施例の顕微鏡システムの総合倍率は300倍に
なるので、50nmのサイズの物体を、MCP1チャン
ネルのサイズである15μmまで拡大でき、対物レンズ
の優れた解像度を損なうことなく、明るい良好な顕微像
がリアルタイムで得られる。なお、本実施例では検出器
にMCPを用いているが、CCD等の固体撮像素子であ
っても差し支えない。むしろ、量子効率の良さと取扱の
簡便さから、MCPより固体撮像素子の方が望ましい。
更に、二つのシュワルツシルド型光学系の設計を変更す
ることにより、総合倍率を高めることができ、より高解
像度の顕微鏡システムが期待できる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明のX線顕微鏡
は、現在得られる検出器を用い、対物レンズの優れた解
像度を損なうことなく空間分解能が数十nmであり、明
るい良好な顕微像をリアルタイムで観察できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるX線顕微鏡の一実施例の構成を示
す図である。
【図2】多層膜鏡における直入射X線波長と反射率の関
係を示す図である。
【図3】(a)は結像素子であるウォルター型等の斜入
射光学系の基本構成を示す図である。 (b)は結像素子であるフレネルゾーンプレートの基本
構成を示す図である。 (c)は結像素子であるシュワルツシルド型光学系の基
本構成を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザープラズマ光源 2 集光レンズ 3 レーザーターゲット 4 ボロンフィルター 5 コンデンサーレンズ 6 サンプル 7 対物用シュワルツシルド型光学系 8 二次拡大用シュワルツシルド型光学系 9 検出器 9a 蛍光変換面(フォスファー)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線顕微鏡の対物レンズと検出器の間に
    シュワルツシルド型光学系を設けたことを特徴とするX
    線顕微鏡。
JP21930692A 1992-08-18 1992-08-18 X線顕微鏡 Withdrawn JPH0667000A (ja)

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JP21930692A JPH0667000A (ja) 1992-08-18 1992-08-18 X線顕微鏡

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010079257A (ja) * 2008-08-28 2010-04-08 Tohoku Univ 反射型投影光学装置
WO2014070598A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 Corning Incorporated Optical device, imaging system which incorporates the optical device and method implemented by the imaging system for imaging a specimen

Cited By (3)

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JP2016502678A (ja) * 2012-10-31 2016-01-28 コーニング インコーポレイテッド 光学装置、光学装置を組み込んだ結像系、および結像系によって実施される試料を結像する方法

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Effective date: 19991102