JPH0787371A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間分解能が高く、しかも高感度で実時間撮
像が可能な撮像装置を提供する。 【構成】 両端において端面の大きさが互いに異なった
線状の光導波路部材１を複数本束ねてなる光導波体４
と、光導波体４の大きい側の端面に光学的に接続され、
光導波路部材１の各々に対応した画素を有する撮像手段
５とを設け、光導波体４の小さい側の端面を光の入射面
とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は撮像装置に関し、特にレ
ーザ光の集光パターンの計測、縮小露光装置における結
像評価、Ｘ線顕微鏡による試材観察など、高分解能撮像
が要求される分野で使用される撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線顕微鏡、半導体製造などで使用され
るＸ線縮小露光装置などのＸ線光学機器に用いられるＸ
線光学素子として、ゾーンプレート、ウォルター鏡、シ
ュワルツシルト鏡などが知られており、これらＸ線光学
素子は、近年の微細精密工学技術の向上により、空間分
解能が０．１μｍを切るところまできている。従来、こ
れらＸ線光学素子を用いたＸ線顕微鏡では、Ｘ線光学素
子で試料の拡大結像を行い、フィルム等により試料像を
撮像する。また、Ｘ線光学素子を用いたＸ線縮小露光装
置では、Ｘ線光学素子でレチクルの縮小結像を行い、基
板上に塗布されたレジストを感光させてパターンの露光
が行われるが、レジストを塗布した基板を配置する前
に、ピント合わせを含むＸ線光学素子のアライメント調
整をする必要がある。この際、レジストが塗布された基
板のかわりにフィルム等を配置して結像位置等を撮像す
る。

【０００３】また、Ｘ線源の一種であるレーザプラズマ
Ｘ線源においては、これが発生するＸ線の強度を最適化
するために、ターゲット上でのレーザ光の集光径を知る
ことが重要である。従来、この集光径の計測は、拡大レ
ンズ系を使用して集光パターン自体を拡大して観察する
か、あるいはニュートラルフィルターによってレーザ強
度を低下させた上で集光パターンを高解像度写真フィル
ムに直接焼き付け、現像後に拡大観察するという方法に
より行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＸ線光学素子は、作製技術上の問題でいずれも入射開
口を大きくすることができないため、放射光やレーザプ
ラズマＸ線源というような強いＸ線源が使用されても、
単位時間当たりにＸ線光学素子を通過するＸ線の量が少
なく、長時間にわたるフィルムの露光を要する。このた
め、Ｘ線顕微鏡では、試料にＸ線損傷が起こったり、動
く生物試料の場合は像が撮れないという問題がある。ま
た、Ｘ線縮小露光装置では、Ｘ線光学素子のアライメン
ト調整後の結像評価を簡便に行うことができず、この結
果、アライメント調整に時間がかかり過ぎるという問題
がある。

【０００５】このようなことから、上述のようなＸ線光
学素子は、空間分解能は充分でありながら、実際にＸ線
顕微鏡やＸ線縮小露光装置に組み込まれるまでには至っ
ていない。

【０００６】特にウォルター鏡およびシュワルツシルト
鏡を用いたＸ線顕微鏡においては、その倍率を大きくす
ることが難しいため、試料像の撮像のためには空間分解
能の高い検出器が必要であり、現在のところ検出器とし
ては高解像度写真フィルムしか使用できない。しかしな
がら、高解像度写真フィルムは感度が低く、長時間露光
が必要であり、また現像処理を必要とすることから、高
解像度写真フィルムを検出器に使用した場合は実時間観
察は不可能であり、また振動による像のぼけも問題にな
る。

【０００７】一方、レーザプラズマＸ線源に用いられる
レーザ光の集光パターンを計測する場合において、集光
パターンを拡大レンズ系を使用して拡大する方法では拡
大倍率の見積りが測定精度を決定するために煩雑な光学
的手順を要する。これに対して、写真フィルムに直接焼
き付ける方法では現像処理などが必要なため時間がかか
り、実時間計測は不可能であると云う問題がある。

【０００８】このため、これらＸ線顕微鏡、Ｘ線縮小露
光装置、あるいはレーザプラズマＸ線源に使用可能な、
空間分解能が高くしかも高感度で実時間撮像が可能な撮
像装置が待たれていた。

【０００９】このような撮像装置としては、小型固体撮
像素子であるＣＣＤ（電荷結合素子）センサを線状ある
いは面状に整列配置したものが従来よりよく知られてい
る。ＣＣＤセンサそのものの感度は高いが、ＣＣＤセン
サの構造が複雑であるため受光単位（画素）を微小化す
ることが困難であり、現在のところ、１０μｍ程度の空
間分解能のものの製作が限度である。

【００１０】また、高感度撮像素子に用いられるもの
に、微弱光撮像に威力を発揮するマイクロチャンネルプ
レート（以下、ＭＣＰと省略することもある）が知られ
ている。ＭＣＰを使用した撮像装置においては、ＭＣＰ
により入射光を光電子変換して電子増倍を行い、増幅後
の電子を蛍光板に照射して蛍光板を発光させ、蛍光板に
現れる像をテレビカメラで撮像する。ＭＣＰを使用した
撮像装置においては、ＭＣＰの各チャンネルを１０μｍ
φ程度に設定できるが、電子を蛍光板に照射する過程に
おいて電子が拡散してしまい、この結果、ＭＣＰを使用
した撮像装置の分解能は３０μｍ程度となる。

【００１１】したがって、従来の撮像装置では、空間分
解能が高く、しかも高感度で実時間撮像が可能であると
いう要望を満たすことができず、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線縮小
露光装置、あるいはレーザプラズマＸ線源への適用は困
難であった。

【００１２】本発明の目的は、空間分解能が高く、しか
も高感度で実時間撮像が可能な撮像装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１、図
３および図４に対応づけて説明すると、本発明は、両端
において端面の大きさが互いに異なった線状の光導波路
部材１を複数本束ねてなる光導波体４と、光導波体４の
大きい側の端面３に光学的に接続され、光導波路部材１
の各々に対応した画素を有する撮像手段５とを備えた撮
像装置を構成し、光導波体４の小さい側の端面２を光の
入射面とすることにより上述の目的を達成している。

【００１４】光導波路部材１を棒状または管状に形成し
てもよい。また、撮像手段はＣＣＤセンサ５を備えてい
てもよく、あるいは、光導波路部材１１の大きい側の端
面１３に密着または近接して配置されたマイクロチャン
ネルプレート１５と、マイクロチャンネルプレート１５
の光導波路部材１１の端面側と反対側に配置された蛍光
板１６とを備えていてもよい。さらに、光導波路部材２
１の入射面２２にＸ線感受蛍光物質部２６を設けてもよ
い。光導波路部材２１の側面に、この光導波路部材２１
内を伝播する光が他の光導波路部材２１へ漏出すること
を防止する漏洩防止被覆２７を形成してもよい。

【００１５】

【作用】各光導波路部材１は撮像手段５に対する光の導
波路として作用し、各光導波路部材１の小さい側の端面
２がなす光入射面に入射した光は、光導波路部材１内を
伝播して大きい側の端面３へ向かい、この大きい側の端
面３より撮像手段５に入射して撮像される。

【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】−第１実施例− 図１は本発明による撮像装置の第１実施例を示す概略斜
視図、図２は同撮像装置の縦断面図である。これらの図
において、本実施例の撮像装置は光導波体４とＣＣＤセ
ンサ５とを備えている。光導波体４は、両端において端
面の大きさが互いに異なった光導波路部材であるガラス
管１、すなわち一端面２が細く、他端面３が一端面２よ
り太い円錐台形状のガラス管１を束ね、その一端面２お
よび他端面３がそれぞれ同一面上に格子状に配列されて
構成されている。ＣＣＤセンサ５は、ガラス管１の他端
面３に光学的に密着配置されており、ＣＣＤセンサ５が
設けられた側面と反対側の側面であるガラス管１の一端
面２が光の入射面とされている。

【００１８】ガラス管１の他端面３、すなわちＣＣＤセ
ンサ５に対向する結像面側の径は、ＣＣＤセンサ５の受
光単位である画素（画素の大きさが空間分解能に対応す
る）の大きさ程度以下、例えば１０μｍφ以下に形成さ
れており、各ガラス管１の他端面３はＣＣＤセンサ５の
各画素にそれぞれ対向するように配置されている。ま
た、各ガラス管１の一端面２、すなわち光入射面側の径
は、ＣＣＤセンサ５の空間分解能を下回る径、たとえば
１μｍφに形成されている。

【００１９】各ガラス管１の一端面２である１μｍφの
端面（光入射面）より各ガラス管１内に入った光は、光
透過物質であるガラス管１内を他端３へ向けて伝播し、
各ガラス管１において１０μｍφ以下の広がりでＣＣＤ
センサ５の各画素に入射する。これにより、ＣＣＤセン
サ５は１μｍの分解能をもって撮像を行うことができ
る。

【００２０】したがって、ガラス管１の一端面２の径に
より、ＣＣＤセンサ５自体の分解能とは独立に実際の撮
像分解能が決まり、ガラス管１の一端面２の径を細くす
ればするほど実際の撮像（空間）分解能が向上する。

【００２１】なお、ＣＣＤセンサ５には、図には示され
ていないが、周知の駆動回路が電気的に接続され、駆動
回路より映像信号が取り出される。この映像信号はディ
ジタル信号処理され、撮像内容のＣＲＴ表示を行い、ま
たメモリに格納される。

【００２２】本実施例の撮像装置は、レーザ光の集光パ
ターンの計測、縮小露光装置における結像評価、Ｘ線顕
微鏡による試材観察などのための撮像に使用され、レー
ザ光の集光パターンの計測、縮小露光装置における結像
評価、Ｘ線顕微鏡による試料観察などのための撮像を、
高分解能にて高感度、実時間に行う。

【００２３】Ｘ線顕微鏡においては、本実施例の撮像装
置の光入射面に観察試料を密着、あるいは近接させ、試
料を一様に照明すれば、レンズなどの結像手段を用いる
ことなく高分解能観察が行えるようになる。この場合の
分解能は、ガラス管などの光導波路部材の光入射端面の
径で決まり、この径は０．１μｍ以下にできるので、本
発明による高分解能撮像装置が使用されれば、分解能が
０．１μｍ以下の高性能なＸ線顕微鏡が簡単に構成され
る。

【００２４】また、可視光で試料を照射する場合、光導
波路部材の光入射側の径が入射光の波長よりも小さい
と、近接場効果によって光を取り込むことになる。すな
わち、光はその波長よりも小さい径の穴の向こう側が中
空になっているとその穴を通り抜けることができない
が、波長より小さい径の穴であっても、その穴の向こう
側に穴の径程度より近い位置に物体があればその物体中
の電子を揺り動かし、物体が光透過性であればその電子
の動きが伝播されて穴の反対側の端部から光が出てく
る。よって、光導波路部材に、グラスファイバなど、中
空でない光透過物体の先端径が光の波長より小さいもの
を用いることによって、光の分解能を越える光学顕微鏡
が簡単に構成できる。

【００２５】−第２実施例− 図３は本発明による撮像装置の第２実施例を示す断面図
である。この図において、本実施例の撮像装置は光導波
体１４とＭＣＰ１５とを備えている。光導波体１４も、
第１実施例と同様に、両端において端面の大きさが互い
に異なった光導波路部材であるガラス管１１、すなわち
一端面１２が細く、他端面１３が一端面１２より太い円
錐台形状のガラス管１１を束ね、その一端面１２および
他端面１３がそれぞれ同一面上に格子状に配列されて構
成されている。ガラス管１１の他端面１３には、ＭＣＰ
１５の一方の面が光学的に密着配置されている。ＭＣＰ
１５の他方の面には蛍光板１６が密着配置されている。
本実施例においても、ＭＣＰ１５が設けられた端面と反
対側の端面であるガラス管１１の一端面１２が光入射面
とされている。

【００２６】各ガラス管１１の側面部には、ガラス管１
１の側面より光が漏出することを防止するために金属膜
１７がコーティングされている。また、本実施例では、
光導波体１４全体を一体に形成してその取扱性を改善す
るために、光導波体１４の外側に樹脂部１８がモールデ
ィングされて樹脂部１８を含めた光導波体１４全体の形
状が直方体状（外形）に形成されている。

【００２７】この撮像装置においては、蛍光板１６に現
れる像を不図示のテレビカメラで撮影し、ＣＲＴに画面
表示する。この実施例においても、ガラス管１１の一端
面１２である光入射面より各ガラス管１１内に入った光
は、ガラス管１１内を他端面１３へ向けて伝播し、各ガ
ラス管１１の他端面１３からＭＣＰ１５に入射し、各ガ
ラス管１１の一端面１２の大きさにより決まる分解能を
もって撮像が行われる。したがって、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。

【００２８】−第３実施例− 図４は本発明による撮像装置の第３実施例を示す断面図
である。この図において、本実施例の撮像装置も、上述
の第１実施例と同様に、光導波体２４とＣＣＤセンサ２
５とを備えている。光導波体２４は、両端において端面
の大きさが互いに異なった光導波路部材であるガラス管
２１、すなわち一端面２２が細く、他端面２３が一端面
２２より太い円錐台形状のガラス管２１を束ね、その一
端面２２および他端面２３がそれぞれ同一面上に格子状
に配列されて構成されている。ＣＣＤセンサ２５は、ガ
ラス管２１の他端面２３に光学的に密着配置されてお
り、ＣＣＤセンサ２５が設けられた側面と反対側の側面
であるガラス管２１の一端面２２が光の入射面とされて
いる。この光入射面（一端面２２）には、Ｘ線感受物質
層（たとえばヨウ化セシウム：ＣｓＩ）としてシンチレ
ータ２６が塗布され、Ｘ線感受性を持たせてある。

【００２９】本実施例においても、各ガラス管２１の側
面部には、ガラス管２１の側面より光が漏出することを
防止するために金属膜２７がコーティングされている。
また、光導波体２４全体を一体に形成してその取扱性を
改善するために、光導波体２４の外側に樹脂部２８がモ
ールディングされて樹脂部２８を含めた光導波体２４全
体の形状が外形直方体状に形成されている。

【００３０】Ｘ線がガラス管２１の一端面２２に入射す
ると、シンチレータ２６にＸ線が当たり、このシンチレ
ータ２６から可視光が放出される。放出された可視光は
ガラス管２１内を伝播してガラス管２１の他端面２３へ
向かい、この光はすべてＣＣＤセンサ２５に入射する。
これにより、ＣＣＤセンサ２５は、各ガラス管１１の一
端面１２の大きさにより決まる分解能をもって撮像を行
うことができる。したがって、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。

【００３１】なお、この場合、シンチレータ２６より放
出される可視光には方向性がないため、ガラス管２１の
側面から隣接する他のガラス管２１に光が入ることを防
止すべく、各ガラス管２１の側面に金属膜２７がコーテ
ィングされていることが必須になる。

【００３２】−撮像装置の製造方法− 上述の各実施例にて使用されるガラス管１、１１、２１
の束、つまり光導波体４、１４、２４は以下のようにし
て作製された。金属膜１７、２７をコートした、あるい
はそのままの１ｍｍφのガラス管を束にし、その全体を
一様に加熱して両端を引っ張り、まず１００μｍφのガ
ラス管の束を作り、更にこれを同様に加熱して引っ張り
１０μｍφのガラス管の束を形成した。次に、ガラス管
の束の一部を加熱して両側を引っ張り、その一部を細く
した。管径が１μｍφになった部分と１０μｍφのまま
の部分とでガラス管を切断し、その両切断面を研磨し
た。第３実施例の場合は、ガラス管２１の細い側の面
（一端面２２）にシンチレータ２６を塗布して再研磨し
た。

【００３３】このようにして作成したピラミッド状のガ
ラス管１、１１、２１を、その一端面２および他端面３
がそれぞれ同一面上に格子状に配列するように束にして
光導波体４、１４、２４を形成し、第２、第３実施例の
場合はその外側を樹脂１８、２８で包埋して外形直方体
形状に形成した。そして、これら光導波体４、１４、２
４を、ガラス管１、１１、２１の太い側の端面がＣＣＤ
センサ５、２５あるいはＭＣＰ１５に密着するように固
定し、撮像素子を製造した。

【００３４】なお、本発明の撮像素子は、その細部が上
述の各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、撮像素子として、第１及び第３の実施
例ではＣＣＤ５、２５を、第２の実施例ではＭＣＰ１５
および蛍光板１６の組み合わせを用いたが、これらは相
互に交換可能であり、またＳＩＴ管やビジコンなど、他
の種類の撮像素子、撮像装置を用いることもできる。ま
た、光導波路部材は、ガラス管以外に、石英系光ファイ
バ、プラスチックス系光ファイバなどの中実な線路で構
成されてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、各光導波路部材の小さい側の端面がなす光入射面に
入射した光が光導波路部材内を伝播して大きい側の端面
へ向かい、この大きい側の端面より撮像手段に入射する
こにより撮像が行われるので、高感度でかつ実時間撮像
が可能な撮像装置を実現することができ、しかも、その
空間分解能はフィルムを陵駕する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である撮像装置を示す斜視
図である。

【図２】第１実施例の撮像装置を示す縦断面図である。

【図３】本発明の第２実施例である撮像装置を示す縦断
面図である。

【図４】本発明の第３実施例である撮像装置を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１、１１、２１ ガラス管 ２、１２、２２ 一端面 ３、１３、２３ 他端面 ５、２５ ＣＣＤセンサ １５ マイクロチャンネルプレート １６ 蛍光板 １７、２７ 金属膜 ２６ シンチレータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端において端面の大きさが互いに異な
   った線状の光導波路部材を複数本束ねてなる光導波体
   と、 前記光導波体の大きい側の端面に光学的に接続され、前
   記光導波路部材の各々に対応した画素を有する撮像手段
   とを備え、 前記光導波体の小さい側の端面が光の入射面とされてい
   ることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記光導波路部材は棒状または管状に形成されているこ
   とを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の撮像装置にお
   いて、 前記撮像手段はＣＣＤセンサを備えていることを特徴と
   する撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の撮像装置にお
   いて、 前記撮像手段は、前記光導波路部材の大きい側の端面に
   密着または近接して配置されたマイクロチャンネルプレ
   ートと、前記マイクロチャンネルプレートの前記光導波
   路部材の端面側と反対側に配置された蛍光板とを備えて
   いることを特徴とする撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３および４のいずれか１
   つに記載の撮像装置において、 前記光導波路部材の前記入射面にはＸ線感受蛍光物質部
   が設けられていることを特徴とする撮像装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４および５のいずれ
   か１つに記載の撮像装置において、 前記光導波路部材の側面には、この光導波路部材内を伝
   播する光が他の前記光導波路部材へ漏出することを防止
   する漏洩防止被覆が形成されていることを特徴とする撮
   像装置。