JPH0694899A - 軟ｘ線顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空容器内において光学系のアライメントが
正確に保持され得、高品質の顕微鏡像を得ることができ
る軟Ｘ線顕微鏡を提供する。 【構成】 光源光の強度変動を監視するＸ線検出器
（５）と、レーザープラズマ光源（１）とＸ線対物レン
ズ（９）との間に配置された衝立（３ａ，３ｂ）と、光
軸と交差する向きに磁場を形成せしめる手段（４ａ，４
ｂ）とを備え、これらを含めた全光学系を真空容器
（７）内において基板（８）上に一体的に固定せしめる
ようにした軟Ｘ線顕微鏡。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軟Ｘ線顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、Ｘ線光学素子の研究開発が進み、
これを対物レンズとして利用した様々なＸ線顕微鏡が提
案されている。図３は斜入射型のウォルター型光学系を
利用した結像型Ｘ線顕微鏡を示している。図中、３０は
光源、３１はコンデンサミラー、３２はサンプル、３３
はウォルター型光学系である。このタイプのＸ線顕微鏡
は、数Å程度の短波長まで結像できるという特徴があ
る。また、ウォルター型光学系３３は、白色光を結像で
きるので、サンプル３２から放出される２次電子を観察
するときのプローブ用のＸ線集光レンズとして利用でき
る。

【０００３】また、図４はゾーンプレートを利用した走
査型光学顕微鏡を示している。これは、シンクロトロン
光源４０から出射された白色Ｘ線をコンデンサゾーンプ
レート４１とマイクロゾーンプレート４２の２枚のゾー
ンプレートで単色化してサンプル４３上に集光し、サン
プル４３の透過顕微鏡像を撮影してＣＲＴモニタ４６上
に表示するようになっている。駆動モータ４４と走査機
構４５によりサンプル４３を矢印Ａ方向に移動し、また
ボイスコイル４７によりマイクロゾーンプレート４２を
矢印Ｂ方向に移動することにより、サンプル４３を２次
元的に走査するようになっている。このタイプのＸ線顕
微鏡は、各ゾーンプレートの位置を変化させることによ
り、任意の単色のＸ線を集光できるという特徴がある。

【０００４】更に、図５はレーザープラズマ光源とシュ
ワルツシルド型光学系を利用した走査型Ｘ線顕微鏡を示
している。これは、レーザー光源５０から発したレーザ
ー光をターゲット５１上に集光してＸ線を出力せしめ、
このＸ線をピンホール５２及びフィルター５３を介し、
シュワルツシルド型光学系５４においてサンプル５５上
に結像し、サンプル５５を透過したＸ線を検出器５６で
検出するようになっている。５７はサンプル５５を２次
元走査するための走査ステージである。このタイプのＸ
線顕微鏡は、小型で高輝度のレーザープラズマ光源を利
用しているので、ラボラトリーユースの顕微鏡として期
待されている。また、シュワルツシルド型光学系５４は
２枚の球面鏡の表面に軟Ｘ線多層膜がコーティングされ
ているので、特定の波長の軟Ｘ線を空間分解能５０ｎｍ
前後の高分解能で結像することができる。

【０００５】これらＸ線顕微鏡のうち走査型Ｘ線顕微鏡
は、検出器の空間分解能に関わらず、サンプルの透過顕
微鏡像を光学系で規定される高い分解能で得ることがで
きるという特長がある。また、透過Ｘ線の他に光電子や
散乱Ｘ線等を検出することにより、サンプルの透過Ｘ線
像以外の多様な情報（例えばサンプル中に含まれる特定
のタンパク質の情報等）の顕微鏡像を得ることができ、
更に、光源としてレーザープラズマ光源を用いているの
でシステムがコンパクトになって機能性に優れている等
の利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、軟Ｘ線は大
気による吸収が大きいため、通常、上記走査型Ｘ線顕微
鏡の光学系全体が真空容器内に設置される。しかし、か
かる光学系を真空容器に直接固定し、アライメント調整
を行った後に真空排気を行うと、大気圧による真空容器
の変形のためにアライメントが狂ってしまい、加えて、
この状態で容器外部からアライメントの再調整を行うこ
とは困難であるといった問題があった。

【０００７】また、走査型Ｘ線顕微鏡の光源としてレー
ザープラズマ光源を用いた場合、光源から放出される飛
散粒子により紫外線除去用のフィルターが破損し、或い
はシュワルツシルド型光学系の鏡面が汚染される等の問
題があった。

【０００８】更に、上述の如く光源の前面にピンホール
を配置し、このピンホール像をＸ線光学素子により結像
してマイクロビームを形成する走査型Ｘ線顕微鏡におい
ては、レーザービームの揺らぎ等によりターゲットから
出力されるＸ線の強度が変動するため、マイクロビーム
の強度も変動して顕微鏡像の画質が劣化するという問題
があった。

【０００９】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、アライメント調整等の問題を除去し、而も高品
質の顕微鏡像を得ることができる軟Ｘ線顕微鏡を提供し
ようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による軟Ｘ線顕微
鏡は、全光学系が一体に固定された基板と、光源光の強
度変動を監視するＸ線検出器と、レーザープラズマ光源
とＸ線対物レンズ等のＸ線光学系との間に配置された衝
立と、光軸と交差する向きに磁場を形成せしめる手段と
を備えていることを特徴としてなるものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、Ｘ線顕微鏡の光源を含めた全
光学系が、真空容器そのものではなく、十分な強度と厚
みを有する基板上に取付けられて、真空容器内に収納さ
れる。従って、真空容器が変形しても光学系のアライメ
ントが狂うことはなく、真空排気の前後において光学系
のアライメントを正確に保持することができる。

【００１２】また、レーザープラズマ光源とＸ線対物レ
ンズとの間に、光路部分のＸ線が通過する開口を有する
衝立を配置し、更に光路と交差する方向，好ましくは光
路に対して直角となる方向に磁場を形成することによ
り、レーザープラズマ光源から放出されてイオン化した
飛散粒子のＸ線結像光学系への進入を防止することがで
きる。衝立はより多数配置した方が好ましく、磁場は光
路上の多数箇所で形成すればより効果が増す。また、衝
立を配置することにより、レーザープラズマ光源からＸ
線と共に発し、顕微鏡写真を撮影する際にノイズとなる
紫外光等の長波長の迷光の絶対量を著しく減少させるこ
とができるので、鮮明な顕微鏡像が得ることができる。

【００１３】更に、本発明によれば、光源光の強度変動
を監視するＸ線検出器により、Ｘ線の強度変動を表すモ
ニター信号が検出されるようになっている。光源光の強
度が変動した場合、サンプルの透過顕微鏡像のデータも
同じ比率でその強度が変動する。従って、かかるサンプ
ルの透過顕微鏡像のデータをモニター信号で規格化して
光源光の強度変動の補正を施せば、光源光の変動の影響
を排除した正確な透過顕微鏡像を得ることができる。
尚、この場合、Ｘ線結像光学系の有効開口を通過するＸ
線を蹴ることがないように、該開口の外側を進行するＸ
線の強度変動を監視する必要がある。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１はＸ線光学素子としてシュワルツシルド型光
学系を利用し、光源としてレーザープラズマ光源を用い
た場合の実施例を示している。図１において、１はＸ線
源となる回転金属ターゲット、２はピンホール、３ａ，
３ｂは飛散粒子遮断用の衝立、４ａ，４ｂは夫々衝立３
ａ，３ｂに取り付けられたマグネット、５は中心に開口
を有するマイクロチャネルプレート（以下、「ＭＣＰ」
という）、６はＸ線結像光学系が設置された移動ステー
ジであって、これらは真空容器７の底板に取り付けられ
た厚さ１０ｍｍのステンレス基板８上に取り付けられて
いる。

【００１５】また、９はサンプル１０上にＸ線を集光す
るシュワルツシルド型光学系、１１はサンプル１０を２
次元走査するためのＰＺＴ素子、１２はボロン等よりな
る紫外光除去用の薄膜フィルター、１３はサンプル１０
を透過したＸ線を検出するためのＭＣＰ、１４は可視光
用対物レンズであって、これらは上記移動ステージ６上
に取り付けられている。

【００１６】１５はＭＣＰ５及びＭＣＰ１３の検出信号
をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器、１６は
光学系のアライメント時に移動ステージ６，該移動ステ
ージ６上の各駆動素子及びＰＺＴ素子１１に駆動信号を
出力するサンプルステージ駆動回路、１７は該サンプル
ステージ駆動回路１６を制御すると共にＡ／Ｄ変換器１
５においてデジタル信号に変換された検出信号の信号処
理を行うパーソナルコンピュータ、１８は真空容器７の
外部に配置されたＮｄ：ＹＡＧレーザーである。

【００１７】Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１８から射出される
レーザービームは真空容器７内において金属ターゲット
１上に集光される。これにより金属ターゲット１の被照
射部はプラズマ化されてＸ線が出力され、ピンホール２
を介してＸ線光源光となる。

【００１８】衝立３ａ，３ｂは夫々シュワルツシルド型
光学系９に入射するＸ線の有効径と等しい大きさの開口
が設けられいて、Ｘ線の光路上に夫々配置されている。
また、マグネット４ａ，４ｂは夫々光軸と直交する方向
に磁場を形成せしめる。従って、レーザープラズマ光源
から放出された飛散粒子は、その殆ど，特にＸ線の有効
径の外側を進行するものは衝立３ａ，３ｂにより遮断さ
れ、またＸ線の有効径内を進行するものはマグネット４
ａ，４ｂにより光路外に偏向せしめられて、シュワルツ
シルド型光学系９への進入を防止することができる。ま
た、これと同時に光源から発する紫外光等の長波長の迷
光も遮光される。

【００１９】ＭＣＰ５の開口はシュワルツシルド型光学
系９の有効径に入射する光軸上のＸ線を蹴らないだけの
大きさを有しており、衝立３ａ，３ｂを通過したＸ線
は、かかるＭＣＰ５の開口を通過してシュワルルシルド
型光学系９に入射する。ＭＣＰ５は開口外に拡散したＸ
線の強度の変動を検出するためのものであり、この強度
検出値がＡ／Ｄ変換器１５を介してパーソナルコンピュ
ータ１７に入力される。

【００２０】シュワルツシルド型光学系９に入射したＸ
線は、該光学系９によりサンプル１０上に集光せしめら
れ、サンプル１０を透過したＸ線は薄膜フィルター１２
を通過してノイズ成分が除去され、ＭＣＰ１３で検出さ
れる。薄膜フィルター１２は真空容器７内の残留粒子等
がＭＣＰ１３に直接入射することを防止し、透過顕微鏡
画像のバックグランドノイズを減少するため、出来る限
りＭＣＰ１３に近づけて配置することが好ましい。

【００２１】サンプル１０は光軸を中心として３次元方
向に微動及び粗動せしめられるようになっている。光軸
方向の微動及び粗動はインチワームステージで、また光
軸と直交する平面内の２次元移動は粗動用ステップモー
タとＰＺＴ素子１１で夫々行う。また、ＭＣＰ１３と可
視光用対物レンズ１４は真空容器７外部から導入端子に
よりその位置が切り替わり、可視光用対物レンズ１４を
光軸上に配置したときは金属ターゲット１を散乱した可
視レーザ光によりサンプル１０の可視光観察が可能であ
る。

【００２２】ＭＣＰ５及びＭＣＰ１３の検出信号はＡ／
Ｄ変換器１５を介してパーソナルコンピュータ１７に入
力される。そして、パーソナルコンピュータ１７におい
て、ＭＣＰ１３の検出信号値は、光源光の強度変動，即
ちＭＣＰ５の検出信号値で規格化され（割り算され）て
補正が施され、かかる補正がなされた検出信号がサンプ
ル１０の透過顕微鏡画像データとしてフレームメモリに
格納され、これにより図示されないＣＲＴディスプレイ
上に透過顕微鏡画像が表示される。

【００２３】本実施例の上記構成によれば、光源を含め
た全光学系が真空容器７の底板に取り付けられたステン
レス基板８上に取り付けられているので、真空容器７が
変形しても光学系のアライメントが狂うことはなく、真
空排気の前後において正確なアライメントを保持するこ
とができる。また、ある程度の重量を有するステンレス
基板８を真空容器７内に配置することにより、真空容器
７の底板自体の変形を抑えることができる。また、Ｘ線
光路上に衝立３ａ，３ｂ及びマグネット４ａ，４ｂを配
置することにより、光源から放出されてＸ線光路中及び
光路外を進行する飛散粒子や迷光を効果的に除去するこ
とができ、更に、サンプル１０の検出信号値を光源光の
強度変動に対応させて規格化することにより、画像ノイ
ズが少なく鮮明且つ高品質の透過顕微鏡画像を得ること
ができる。

【００２４】尚、本実施例ではＸ線光学素子としてシュ
ワルツシルド型光学系を用いたが、ゾーンプレートやウ
ォルター型光学系等の他の光学系を用いてもよい。ま
た、本実施例では光源光の強度変動を監視するＸ線検出
器として開口を有するＭＣＰを用いたが、光軸外に拡散
するＸ線を検出するため、開口を有しない通常のＭＣＰ
を光路中のＸ線を遮光しない位置に配置して用いるよう
にしてもよい。更に、Ｘ線検出器はＭＣＰに限らず、チ
ャンネルトロンマルチプライヤーや光電子倍増管等、Ｘ
線に対して感度を有するものであればよい。

【００２５】図２は本発明の他の実施例であって、Ｈｅ
−Ｎｅレーザーによるアライメント機構を設けたもので
ある。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）の断面
図である。図２において、図示されないレーザー光源か
らレーザービームを射出して金属ターゲット１上に集光
することによりＸ線が出力され、かかるＸ線は夫々光軸
上に配置されたピンホール２，開口を有する衝立３，同
じく開口を有する斜入射鏡２０及びハーフミラー２１ａ
を介し、Ｘ線結像光学系２２に入射する。そして、該Ｘ
線結像光学系２２内において、図示されないＸ線光学素
子によりＸ線をサンプル上に集光し、該サンプルを透過
したＸ線を検出して透過顕微鏡像を得る。

【００２６】レーザープラズマ光源から放出された飛散
粒子は、衝立３及び該衝立３に取り付けられていて光路
中に磁場を形成せしめるマグネット４によりその進行が
遮断される。また、斜入射鏡２０は、拡散されて該斜入
射鏡２０の開口の周辺を進行する不要Ｘ線光を偏向せし
め、チャンネルマルチプライヤー２５に導く。そしてチ
ャンネルマルチプライヤー２５に導かれた不要Ｘ線光に
より光源光の強度変動が検出され、この検出値が透過顕
微鏡像検出値を規格化するための変動基準値となる。斜
入射鏡２０の表面に多層膜をコーティングし、チャンネ
ルマルチプライヤー２５に特定の波長のＸ線を導くよう
にしてもよい。そしてこれら光学系は、真空容器７の底
板に取り付けられたステンレス基板８上に取り付けられ
ていて、真空排気の前後における真空容器７の変形に関
わらず正確なアライメントが保持されるようになってい
る。

【００２７】また、アライメント調整時、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザー光源２６から出射されたレーザ光は、ミラー２７
ａを介し、又はミラー２７ｂを光路中に配したときはミ
ラー２７ｂ，ミラー２７ｃ及びミラー２７ｄを介して夫
々ビューポート２４ｂ又はビューポート２４ｃ通して真
空容器７内に導かれる。真空容器７内に導かれたレーザ
ー光は、ビューポート２４ｃを通して導かれたときはハ
ーフミラー２１ａにより、またビューポート２４ｂを通
して導かれたときはハーフミラー２１ｂにより夫々Ｘ線
の光軸と一致せしめられるので、このレーザービームを
基準として光源，ピンホール，対物レンズ等のＸ線光学
系のアライメントが行われる。

【００２８】ハーフミラー２１ｂは真空容器７の側部に
設置された直線導入機構２８ａの先端に取り付けられて
いて、該機構２８ａを容器外部から操作することにより
光軸に対して挿脱自在となっている。従って、真空排気
後の実験中においても、該機構２８ａを操作してハーフ
ミラー２１ｂを光軸上に配置すれば、アライメントの精
度をビューポート２４ａより確認することができる。ま
た、直線導入機構２８ｂによりＸ線結像光学系２２も真
空容器７の外部からその位置を移動できる。

【００２９】本実施例において、サンプルの代わりにナ
イフエッジを配置してピンホールの像を走査すれば、Ｍ
ＴＦ関数が得られるので、Ｘ線結像光学系の評価装置と
して利用することができる。尚、本実施例において、ス
テンレス基板８上の各光学系は該基板８上に設けられた
図示されない光学基準穴を介して取り付けられるように
なっている。

【００３０】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、真空容器の
真空排気の前後において光学系のアライメントを正確に
保持することができる。また、光源から放出されてＸ線
光路中及び光路外を進行する飛散粒子や迷光を効果的に
除去することができ、更に、サンプルの検出信号値を光
源光の強度変動に対応させて規格化することにより、画
像ノイズが少なく鮮明且つ高品質の透過顕微鏡画像を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による軟Ｘ線顕微鏡の一実施例の平面図
である。

【図２】本発明による軟Ｘ線顕微鏡の他の実施例の、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面
図である。

【図３】従来の斜入射型のウォルター型光学系を利用し
た結像型Ｘ線顕微鏡の要部構成図である。

【図４】従来のゾーンプレートを利用した走査型光学顕
微鏡の要部構成図である。

【図５】レーザープラズマ光源とシュワルツシルド型光
学系を利用した従来の走査型Ｘ線顕微鏡の要部構成図で
ある。

【符号の説明】 １・・・金属ターゲット ２・・・ピンホール ３，３ａ，３ｂ・・・衝立 ４，４ａ，４ｂ・・・
マグネット ５，１３・・・ＭＣＰ ７・・・真空容器 ８・・・ステンレス基板 ９・・・シュワルツシ
ルド型光学系 １０・・・サンプル ２０・・・斜入射鏡 ２５・・・チャンネルマルチプライヤー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザープラズマ光源を用いた軟Ｘ線顕
   微鏡において、全光学系が一体に固定された基板と、光
   源光の強度変動を監視するＸ線検出器と、レーザープラ
   ズマ光源とＸ線対物レンズとの間に配置された衝立と、
   光軸と交差する向きに磁場を形成せしめる手段とを備え
   ていることを特徴とする軟Ｘ線顕微鏡。