JPH0784100A

JPH0784100A - Ｘ線顕微鏡用試料容器

Info

Publication number: JPH0784100A
Application number: JP5225963A
Authority: JP
Inventors: Hisao Ozeki; 尚夫大関
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】第１の押さえ板側のみに第１および第２の封
止部材を設け、試料室と第２の押さえ板の外壁との距離
を縮小させてＸ線顕微鏡の倍率を上げる。【構成】対向させた２枚のチップ１０，１１と、こ
れらのチップ１０，１１に挾持されるスペーサ１２と、
Ｘ線透過窓１０ｃ，１１ｃとからなるＸ線顕微鏡用試料
カプセルを、対向させた２枚のＸ線透過窓付き押さえ板
１３，１４によって密封するＸ線顕微鏡用試料容器にお
いて、チップ１１よりも形状が大きいチップ１０と押さ
え板１３との間にＯリング１９を介在させ、またチップ
１１と押さえ板１３との間にＯリング１６を介在させる
ことによって、試料カプセルを封止するため、他方の押
さえ板１４側にはＯリングを設ける必要がない。したが
って、試料面から結像光学系までの距離を縮小できるた
め、Ｘ線顕微鏡の結像光学系の倍率を上げることが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線顕微鏡用試料カプ
セルの試料室を密封するＸ線顕微鏡用試料容器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】波長２〜５ｎｍ程度の軟Ｘ線を用いるＸ
線顕微鏡は、生体を高倍率で観察することができるとい
う特徴を有する。図３は軟Ｘ線を用いるＸ線顕微鏡の概
要を示し、図４は、種々の材料における軟Ｘ線の波長と
線吸収係数との関係を示す。軟Ｘ線は、Ｘ線と呼ばれる
波長１ｐｍ〜１０ｎｍの領域の電磁波のうち、通常は２
００ｐｍ以上の波長を有するものとされ、波長４００〜
８００ｎｍの可視光線よりも２桁以上も短い波長の電磁
波である。この軟Ｘ線は通過する物質によく吸収され、
種々の物質内における光路単位長さ当りの軟Ｘ線の吸収
率、すなわち線吸収係数は、物質の密度に比例して大き
くなるとともに、一般には軟Ｘ線の波長が長くなる程大
きくなる。但し、図４（ａ），（ｂ）に示すように、各
物質の分子構造に応じて定まる所定範囲の波長の軟Ｘ線
に対しては、各物質とも線吸収係数の値が小さくなる。
なお、図４（ａ）において、Ｏ端、Ｎ端、Ｃ端とは、そ
れぞれ酸素の吸収端、窒素の吸収端、および炭素の吸収
端を示し、この吸収端とは、Ｘ線の波長を変化させた場
合に、Ｘ線の吸収率が極端に変化する箇所でのＸ線の波
長をいう。

【０００３】図３に示すように、Ｘ線顕微鏡は、Ｘ線発
生器１の出力光軸上にコンデンサ光学系２、試料容器
３、結像光学系４、撮像装置５を直列に配置して成り、
Ｘ線発生器１から撮像装置５までのＸ線光学系の光路長
は約２ｍである。また、この光学系全体はＸ線の吸収を
防ぐため、排気系６を有する真空槽７に収納されてい
る。

【０００４】以下、図３に基づいて、Ｘ線顕微鏡を用い
た試料観察について説明する。観察試料を装填した試料
カプセル８を試料容器３内にセットした後、排気系６に
より真空槽７内を真空排気し、真空度を４．８×１０^-2
Ｐａ以下に維持した状態で観察を行なう。Ｘ線発生器１
から射出された軟Ｘ線ビームはコンデンサ光学系２によ
り収束され、試料容器３にセットされた試料カプセル８
を通過する。試料カプセル８内の観察試料を通過した軟
Ｘ線は結像光学系４により撮像装置５に導かれ、撮像装
置５上に観察像を結像する。撮像装置５はこの観察像を
モニタ装置９に表示する。図３において、結像光学系４
の倍率βは、試料面（試料容器３内の試料の設置された
位置）から結像光学系４までの距離ＳＯと、結像光学系
４から撮像面（撮像装置５内のＸ線像が結像する位置）
までの距離ＯＤを用いると次式で表される。

【数１】また、上記ＳＯ、ＯＤと、結像光学系の焦点距離ｆの間
には次式の関係がある。

【数２】

【０００５】軟Ｘ線を用いたＸ線顕微鏡には、軟Ｘ線が
可視光線よりはるかに波長が短いため、従来の光学顕微
鏡に比べて高い解像度の試料観察が期待できること、組
織培養液によって生体を液封した試料カプセルを用いて
生体の観察ができるため、生体試料を損傷することなく
長時間の生体試料の生理観察ができること等の利点があ
る。このため、Ｘ線顕微鏡を用いると、電子顕微鏡のよ
うな、試料の乾燥や金属蒸着などの観察対象物に損傷を
与える前処理が不要となる。

【０００６】また、図４（ａ），（ｂ）に示す、いわゆ
る水の窓と呼ばれる２．３〜４．４ｎｍの波長領域で
は、水の線吸収係数がＶ字状に急低下する。この波長領
域では、軟Ｘ線の水に対する吸収率と、生体を構成する
タンパク質などに対する吸収率との差が大きい。つま
り、この波長領域の軟Ｘ線を使用すれば、例えば細胞内
に浮遊する小気管などを観察するときに、コントラスト
のよい観察画像が得られる。

【０００７】一方、軟Ｘ線は大気に容易に吸収される
（１気圧下で２×１０^-3μｍ^-1程度の吸収率を有する）
ため、Ｘ線顕微鏡の光学系全体をその光路長に応じた高
い真空度に保つ必要がある。このため、軟Ｘ線光路中に
挿入される観察試料を気密密封した試料カプセルは、そ
の試料層の厚さを薄くして軟Ｘ線の吸収を抑えるととも
に、気密を兼ねた観察窓材にも軟Ｘ線の吸収が少ない材
料を選択する必要がある。一般には、観察窓材として、
軟Ｘ線に対する線吸収係数が小さくて膜強度も高い窒化
シリコン等を薄膜形成したものが用いられる。

【０００８】図５はＸ線顕微鏡に用いられる従来の試料
カプセルと試料容器の構造を示す図であり、図５（ａ）
は試料カプセル８の試料封入部分の平面構造を示し、図
５（ｂ）は試料容器３とその内部の試料カプセル８の断
面構造を示す。この試料カプセル８は、Ｘ線透過窓１０
ｃ，１１ｃを形成した２枚のチップ１０，１１の間に円
環状のスペーサ１２を挾持したものであり、その内側の
密閉空間である試料室９には観察試料を含んだ培養液が
装填される。チップ１０，１１は、シリコン板１０ａ，
１１ａ上に窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）薄膜１０ｂ，１１
ｂを形成した後、Ｘ線透過窓１０ｃ，１１ｃに対応する
部分のシリコン層をエッチングにより除去したものであ
る。

【０００９】窒化シリコン薄膜１０ｂ，１１ｂの張られ
たＸ線透過窓１０ｃ，１１ｃは、０．２〜１ｍｍ角の正
方形であり、その膜厚は０．０５〜０．１μｍである。
膜厚をこのように薄くするのは、軟Ｘ線の吸収をできる
だけ抑えるためである。チップ１０，１１の対向する薄
膜面１０ｂ，１１ｂの間に挿入されている円環状のスペ
ーサ１２は試料層の厚さを保持するために用いられ、用
途に応じて１〜１５μｍの範囲内の適切な厚さが選択さ
れる。例えば、波長２．３ｎｍの軟Ｘ線を用い、窒化シ
リコン薄膜１０ｂ，１１ｂの膜厚をそれぞれ０．１μ
ｍ、試料層（水）の厚さを１０μｍとすると、窒化シリ
コン薄膜の軟Ｘ線透過率は３９％、試料層の透過率は１
２．３％となり、全体では１１％の透過率が確保され
る。

【００１０】スペーサ１２の表面１２ａおよび裏面１２
ｂにはシール面が設けられ、２枚のチップ１０，１１と
密着して円環の内側の試料室の密封を行なう機能を兼ね
備えている。また、チップ１０またはチップ１１とスペ
ーサ１２を一体成型する場合もある。また、押さえ板１
３，１４を、ネジ１５により相互に固定するとともに、
１個のＯリング１６を介して、その内部に納めたチップ
１０，１１を対向方向に押圧し、この押圧力によりスペ
ーサ１２とチップ１０，１１の接触面に試料室を真空中
で保持するために必要な密着力を付与するという方法も
ある。

【００１１】実際には、スペーサ１２の形状が図５
（ａ）のように円環状であっても、スペーサ１２を越え
て（通過して）その外側に試料液が逃げる場合があり、
また円環状の場合には、試料室内部の圧力を調整するこ
とが難しいため、実際には図６（ａ）のように、矩形状
のスペーサ１２を２個設けた試料カプセルを使用するこ
とが多い（特開平３−２９５４４０号公報参照）。この
ような場合には、スペーサ１２自身で試料空間の密閉が
行なえないため、試料容器は一般的には、図６（ｂ），
（ｃ）に示すように、３個のＯリング１６〜１８を設け
て密閉を行なっている。ここで、図６（ｂ）は図６
（ａ）のＡ方向から見た試料容器とその内部の試料カプ
セル８の断面図であり、図６（ｃ）はＢ方向から見た断
面図である。試料室９内の培養液は、スペーサ１２の間
（図６（ａ）のＡ，Ｃ方向）から漏れるため、Ｏリング
１７，１８を新たに設けて培養液が試料容器の外に漏れ
ないように密閉する。前記のようなセッテングは観察対
象の観察の度に行なわれ、試料容器３を図３の真空漕７
内の試料観察位置に配置する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すＸ線顕微鏡
の結像光学系４の倍率βを上げるためには、（１），
（２）式に示したように、試料面と結像光学系４との距
離ＳＯを短くするか、撮像面と結像光学系４との距離Ｏ
Ｄを長くしなければならない。しかし、距離ＳＯを変え
ずに距離ＯＤを長くすると、Ｘ線顕微鏡全体の設置面積
や重量等が増加してしまう。一方、距離ＳＯを短くする
ためには、結像光学系４を試料容器３に近づければよい
が、結像光学系４を試料容器３に密接させる程度まで近
づけても、距離ＳＯを、試料カプセル８の設置位置と結
像光学系側の試料容器３の外壁面との距離ＳＯ１以下
（図３参照）にすることはできない。したがって、この
距離ＳＯ１をできるだけ小さくする必要があるが、図６
（ｂ）に示すように、従来の試料容器３は、試料室９と
結像光学系側の押さえ板１３との間にＯリング１７を設
けているため、Ｏリング格納溝分だけ余計に距離ＳＯ１
が長くなってしまう。

【００１３】本発明の目的は、第１の押さえ板側に第１
および第２の封止部材を設けることにより、試料室と第
２の押さえ板の外壁との距離を縮小させてＸ線顕微鏡の
結像光学系の倍率を向上させるＸ線顕微鏡用試料容器を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】実施例を示す図１に対応
づけて本発明を説明すると、請求項１に記載された発明
は、試料カプセル８が試料容器３とは別体であり、試料
容器３が少なくとも、試料カプセル８を挾持する一対の
Ｘ線透過窓付き押さえ板１３，１４と、試料室３を密封
する封止部材１６とからなり、かつ、該封止部材１６を
一対の押さえ板１３，１４のうちの一方の押さえ板１４
と試料カプセル８との間にのみ設けることにより、上記
目的が達成される。請求項２に記載された発明は、対向
させた第１および第２のＸ線透過窓付き平板１０，１１
と、これらの平板１０，１１に挾持され試料室９を画成
するスペーサ１２とからなるＸ線顕微鏡用試料カプセル
を、第１および第２のＸ線透過窓付き押さえ板１３，１
４によって挾持し、かつ、試料室を封止部材によって封
止するＸ線顕微鏡用試料容器に適用され、第１の平板１
０を第２の平板１１より大きくし、第１の押さえ板１４
と第１の平板１０との間に、第２の平板１１を囲繞する
第１の封止部材１９を介在させ、第１の押さえ板１４と
第２の平板１１との間に、第２の平板１１のＸ線透過窓
１１ｃを囲繞する第２の封止部材１６を介在させ、試料
室９から漏れる液体を第１および第２の封止部材１６，
１９で封止することによって、上記目的は達成される。

【００１５】

【作用】本発明では、本発明にかかる試料容器を構成す
る一対の押さえ板のうちの一方の押さえ板と、試料カプ
セルの間にのみ封止部材を設けて試料室を密封する構成
とした。すなわち、本発明によれば、もう一方の押さえ
板側に封止部材を設ける必要がなく、封止部材を設ける
場合と比較して、封止部材を格納する溝の厚さ分だけこ
の押さえ板の厚さを薄くできる。そのため、この押さえ
板を結像光学系側に配置すれば、試料室とこの押さえ板
の外面との距離ＳＯ１を縮めることができ、その結果、
試料面から結像光学系までの距離ＳＯを低減できるため
（図３参照）、式１で定義されるＸ線顕微鏡の結像光学
系の倍率を上げることが可能となる。例えば、対向させ
た第１および第２のＸ線透過窓付き平板１０，１１と、
これらの平板１０，１１に挾持され試料室９を画成する
スペーサ１２とからなるＸ線顕微鏡用試料カプセルを、
第１および第２のＸ線透過窓付き押さえ板１３，１４に
よって挾持して密封するＸ線顕微鏡用試料容器の場合、
第１の平板１０を第２の平板１１より大きくし、第１の
押さえ板１４と第１の平板１０との間に、第２の平板１
１を囲繞する第１の封止部材１９を介在させ、第１の押
さえ板１４と第２の平板１１との間に、第２の平板１１
のＸ線透過窓１１ｃを囲繞する第２の封止部材１６を介
在させ、試料室９から漏れる液体を第１および第２の封
止部材１６，１９で封止する。第１の平板１０との間に
スペーサ１２を挾持する第２の平板１１は、第１の封止
部材１９により囲繞され、平板の外方に液体が漏れるの
が防止される。その結果、第１の平板１０と第２の押さ
え板１３との間からの液漏れを防止する封止部材を省略
できる。すなわち、第２の押さえ板１３に第１の平板１
０を囲繞するための封止部材格納溝（Ｏリング溝）を設
ける必要がなくなり、押さえ板１３の厚さを薄くでき
る。したがって、試料室９と第２の押さえ板１３の外面
との距離ＳＯ１を縮めることができ、その結果、試料面
から結像光学系までの距離ＳＯを低減できるので、式１
で定義されるＸ線顕微鏡の結像光学系の倍率を上げるこ
とが可能となる。

【００１６】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１７】

【実施例】図１はＸ線顕微鏡に用いられる従来の試料カ
プセル８と試料容器３の構造を示す図であり、図１
（ａ）は試料カプセル８の試料封入部分の平面構造を示
し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ方向から見た試料容
器３とその内部の試料カプセル８の断面図であり、図１
（ｃ）は、図１（ａ）のＢ方向から見た断面図である。
また、図２は２枚の平板を密着させた状態で試料容器３
をＡ方向から見た断面図である。図１，２では、図５に
示す従来の試料容器と共通する部分には同一符号を付し
ており、以下では相違点を中心に説明する。本実施例の
試料カプセル８は、Ｘ線透過窓１０ｃ，１１ｃを形成し
た平板状のチップ１０，１１とスペーサ１２によって構
成され、その２枚のチップ１０，１１を対向させて矩形
状のスペーサ１２を挾持し、その内側の試料室９に観察
試料を装填する。

【００１８】図１（ｂ）に示すように、チップ１０はチ
ップ１１よりも形状が大きく、チップ１０はＯリング１
９によって、チップ１１はＯリング１６によって、それ
ぞれ押さえ板１４と密着される。Ｏリング１９はチップ
１１、すなわちスペーサ１２の間の試料室９を完全に囲
繞して押さえ板１３側への液漏れを防止し、Ｏリング１
６は、試料室９から押さえ板１４側を通ってＸ線透過窓
１１Ｃへの液漏れを防止する。これにより、試料室９か
らスペーサ１２の間を通して試料カプセル外に漏れよう
とする培養液は、図２に示すように、２個のＯリング１
６，１９によって封止される（図２において、黒く塗っ
た部分が漏れた培養液を示す）。したがって、培養液が
試料容器３から外に漏れることはなく、試料容器３を真
空中に設置しても、試料カプセル８内部を大気圧の状態
に保つことができる。そのうえ、従来は不可欠であった
押さえ板１３側のＯリングを省略できる。

【００１９】このように、本実施例では、２枚のチップ
１０，１１の大きさを変え、大きいチップ１０と押さえ
板１４とをＯリング１９によって封止し、またチップ１
１と押さえ板１４とをＯリング１６によって封止するた
め、チップ１０と押さえ板１３の間にＯリングを設けな
くても試料室９からの培養液を封止できる。したがっ
て、結像光学系側の押さえ板１３と試料カプセル１０と
の間にＯリングを設ける必要がなく、Ｏリング溝の厚さ
分だけ押さえ板１３を薄くできるため、従来の試料容器
と比べて、試料室９と押さえ板１３の外壁面との距離Ｓ
Ｏ１（図３参照）を縮めることができ、前述した試料面
から結像光学系４までの距離ＳＯの短縮化が図れ、Ｘ線
顕微鏡の結像光学系の倍率βを上げることが可能とな
る。

【００２０】上記実施例では、Ｏリングを設けて密封を
行なっているが、その他の形状の封止部材または取り外
し容易な接着剤等によって封止してもよい。また、封止
を行なうＯリングの数も２個に限定されない。

【００２１】このように構成した実施例にあっては、チ
ップ１０が第１のＸ線透過窓付き平板に、チップ１１が
第２のＸ線透過窓付き平板に、押さえ板１４が第１のＸ
線透過窓付き押さえ板に、押さえ板１３が第２のＸ線透
過窓付き押さえ板に、それぞれ対応する。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、試料容器を構成する一対の押さえ板のうちの一方
の押さえ板と、試料カプセルの間にのみ封止部材を設け
て試料室を密封する構成としたため、もう一方の押さえ
板側に封止部材を設ける必要がなく、封止部材を設ける
場合と比較して、封止部材を格納する溝の厚さ分だけこ
の押さえ板の厚さを薄くできる。そのため、この押さえ
板を結像光学系側に配置すれば、試料室とこの押さえ板
の外面との距離ＳＯ１を縮めることができ、その結果、
試料面から結像光学系までの距離ＳＯを低減できるた
め、式１で定義されるＸ線顕微鏡の結像光学系の倍率を
上げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は試料容器および試料カプセルの試料封
入部分の平面構造を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向か
ら見た試料容器および試料カプセルの断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ方向から見た試料容器および試料カプセルの
断面図である。

【図２】２枚の平板を密着させた状態で試料容器および
試料カプセルをＡ方向から見た断面図である。

【図３】軟Ｘ線を用いるＸ線顕微鏡の概要を示す図であ
る。

【図４】種々の材料における軟Ｘ線の波長と線吸収係数
との関係を示す図である。

【図５】スペーサの形状が円環状をした従来のＸ線顕微
鏡用試料容器および試料カプセルの構造を示す図であ
る。

【図６】スペーサの形状が矩形状をした従来のＸ線顕微
鏡用試料容器および試料カプセルの構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１Ｘ線発生器２コンデンサー光学系３試料容器４結像光学系５撮像装置６排気系７真空槽８試料カプセル９試料室Ｍモニタ装置１０，１１チップ１０ａ，１１ａシリコン基板１０ｂ，１１ｂ窒化シリコン薄膜１０ｃ，１１ｃＸ線透過窓１２スペーサ１３，１４押さえ板１５ねじ１６，１７，１８，１９Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向させた一対のＸ線透過窓付き平板
と、これらの平板に挾持され試料室を画成するスペーサ
とからなるＸ線顕微鏡用試料カプセルを挾持し、かつ、
前記試料室を密封するＸ線顕微鏡用試料容器において、前記試料カプセルが前記試料容器とは別体であり、前記
試料容器が少なくとも、前記試料カプセルを挾持する一
対のＸ線透過窓付き押さえ板と、前記試料室を密封する
封止部材とからなり、かつ、該封止部材を前記一対の押
さえ板のうちの一方の押さえ板と前記試料カプセルとの
間にのみ設けたことを特徴とするＸ線顕微鏡用試料容
器。
【請求項２】対向させた第１および第２のＸ線透過窓
付き平板と、これらの平板に挾持され試料室を画成する
スペーサとからなるＸ線顕微鏡用試料カプセルを、第１
および第２のＸ線透過窓付き押さえ板によって挾持し、
かつ、前記試料室を封止部材によって封止するＸ線顕微
鏡用試料容器において、前記第１の平板を前記第２の平板より大きくし、前記第１の押さえ板と前記第１の平板との間に、前記第
２の平板を囲繞する第１の封止部材を介在させ、前記第１の押さえ板と前記第２の平板との間に、前記第
２の平板の前記Ｘ線透過窓を囲繞する第２の封止部材を
介在させ、前記試料室から漏れる液体を前記第１および第２の封止
部材で封止することを特徴とするＸ線顕微鏡用試料容
器。