JPH0814640B2 - Ｘ線顕微鏡 - Google Patents
Ｘ線顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0814640B2 JPH0814640B2 JP62308806A JP30880687A JPH0814640B2 JP H0814640 B2 JPH0814640 B2 JP H0814640B2 JP 62308806 A JP62308806 A JP 62308806A JP 30880687 A JP30880687 A JP 30880687A JP H0814640 B2 JPH0814640 B2 JP H0814640B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ray
- ray microscope
- objective lens
- layer
- phase
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K7/00—Gamma- 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)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
- Liquid Crystal Substances (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、物体をコンデンサを介して準単色Ｘ線でコ
ヒーレント又は部分コヒーレント照射しかつゾーンプレ
ートとして構成された高解像力のＸ線対物レンズを用い
て拡大して結像面に結像させるＸ線顕微鏡に関する。
ヒーレント又は部分コヒーレント照射しかつゾーンプレ
ートとして構成された高解像力のＸ線対物レンズを用い
て拡大して結像面に結像させるＸ線顕微鏡に関する。
従来の技術 前記の形式のＸ線顕微鏡は、例えばシュマール（Schm
al）及びルドロフ（Rudolph）著、“Ｘ−Ray Mikroscop
iy"、スプリンガー出版社（1984）の第IV部に記載され
ている。この文献の192〜202頁に、Ｘ線顕微鏡について
記載されており、この場合には総ての結像素子、即ちコ
ンデンサ及びＸ線対物レンズはゾーンプレートとして構
成されている。このようなゾーンプレートは、薄い支持
体シート（例えばポリイミドから成る）に施された、例
えば金から成る、多数の極めて薄いリングから成る。こ
れらのリングは線密度が半径方向で上昇する円形格子を
形成する。該ゾーンプレートは一定波長の投射する単色
Ｘ線を回折し、それによって結像させる。準単色ビーム
としては、この場合には一定の帯域幅Δλのビームが理
解されるべきであり、この場合ゾーンプレートと関係し
てこの帯域幅は関係式：λ／Δλxp・ｍ（ｐ＝線数、ｍ
＝なお検出すべき回折次数の数）によって与えられる。
al）及びルドロフ（Rudolph）著、“Ｘ−Ray Mikroscop
iy"、スプリンガー出版社（1984）の第IV部に記載され
ている。この文献の192〜202頁に、Ｘ線顕微鏡について
記載されており、この場合には総ての結像素子、即ちコ
ンデンサ及びＸ線対物レンズはゾーンプレートとして構
成されている。このようなゾーンプレートは、薄い支持
体シート（例えばポリイミドから成る）に施された、例
えば金から成る、多数の極めて薄いリングから成る。こ
れらのリングは線密度が半径方向で上昇する円形格子を
形成する。該ゾーンプレートは一定波長の投射する単色
Ｘ線を回折し、それによって結像させる。準単色ビーム
としては、この場合には一定の帯域幅Δλのビームが理
解されるべきであり、この場合ゾーンプレートと関係し
てこの帯域幅は関係式：λ／Δλxp・ｍ（ｐ＝線数、ｍ
＝なお検出すべき回折次数の数）によって与えられる。
このような公知のＸ線顕微鏡においては、画像内のコ
ントラストは物体内での光電吸収によって助長される、
即ち透過するＸ線の振幅変調を惹起する構造が結像され
る。
ントラストは物体内での光電吸収によって助長される、
即ち透過するＸ線の振幅変調を惹起する構造が結像され
る。
この場合には、2.4nm〜4.5nmの範囲内にある、即ち酸
素Ｋエッジと炭素Ｋエッジとの範囲内にあるＸ線の波長
範囲が特に適当である。この領域は水窓（Wasserfenste
r）とも称される、それというのもこの場合には水は有
機物質よりも約10倍高い透過率を有するからである。そ
れにともない、この波長範囲内では有機物質、ひいては
細胞及び細胞小器官を生きた状態で調査することができ
る。
素Ｋエッジと炭素Ｋエッジとの範囲内にあるＸ線の波長
範囲が特に適当である。この領域は水窓（Wasserfenste
r）とも称される、それというのもこの場合には水は有
機物質よりも約10倍高い透過率を有するからである。そ
れにともない、この波長範囲内では有機物質、ひいては
細胞及び細胞小器官を生きた状態で調査することができ
る。
Ｘ線顕微鏡で従来達成された解像力は光顕微鏡におけ
るよりも約10倍良好である、しかも約１桁のＸ線顕微鏡
の解像力の一層の向上がなお可能である。この場合に
は、Ｘ線顕微鏡における限界解像力は調査すべき物体の
Ｘ線負荷による振幅構造によって与えられる。
るよりも約10倍良好である、しかも約１桁のＸ線顕微鏡
の解像力の一層の向上がなお可能である。この場合に
は、Ｘ線顕微鏡における限界解像力は調査すべき物体の
Ｘ線負荷による振幅構造によって与えられる。
発明が解決しようとする問題点 ところで、本発明の課題は、従来通常の方法によるよ
りも低いＸ線負荷をもたらす線量で、しかも画像コント
ラストの劣化を甘受する必要がなく、特に生物構造体の
調査を実施することを可能にするＸ線顕微鏡を提供する
ことであった。
りも低いＸ線負荷をもたらす線量で、しかも画像コント
ラストの劣化を甘受する必要がなく、特に生物構造体の
調査を実施することを可能にするＸ線顕微鏡を提供する
ことであった。
問題点を解決するための手段 前記課題は、冒頭に記載した形式のＸ線顕微鏡におい
て、Ｘ線対物レンズのフーリエ平面内に、物体によって
回折された、ゼロ次又は予め選択した別の次数のビーム
が当たる面領域全体に亙って延びかつ透過するビームに
位相シフトを与える素子が配置されており、かつ該素子
が付加的に異なった次数の強度を補償するために吸収作
用を有し、その際吸収作用を有する領域と、位相シフト
作用を有する領域とがＸ線対物レンズのフーリエ平面内
の異なった面に分配されていること 発明の作用及び効果 本発明によるＸ線顕微鏡においては、コントラストを
形成するために物体構造の位相シフ特性を利用する。光
路内に配置された位相シフト素子は、該素子の形によっ
て予め選択された次数の、物体から到達するＸ線ビーム
に、それとは別の、物体から到達する素子を透過しなか
ったビームに対して位相をシフトさせる。この際、位相
シフトしたビーム成分と影響を受けなかったビーム成分
とは画像面内で干渉しかつその際コントラストに富ん
だ、拡大された、物体の像を形成する。
て、Ｘ線対物レンズのフーリエ平面内に、物体によって
回折された、ゼロ次又は予め選択した別の次数のビーム
が当たる面領域全体に亙って延びかつ透過するビームに
位相シフトを与える素子が配置されており、かつ該素子
が付加的に異なった次数の強度を補償するために吸収作
用を有し、その際吸収作用を有する領域と、位相シフト
作用を有する領域とがＸ線対物レンズのフーリエ平面内
の異なった面に分配されていること 発明の作用及び効果 本発明によるＸ線顕微鏡においては、コントラストを
形成するために物体構造の位相シフ特性を利用する。光
路内に配置された位相シフト素子は、該素子の形によっ
て予め選択された次数の、物体から到達するＸ線ビーム
に、それとは別の、物体から到達する素子を透過しなか
ったビームに対して位相をシフトさせる。この際、位相
シフトしたビーム成分と影響を受けなかったビーム成分
とは画像面内で干渉しかつその際コントラストに富ん
だ、拡大された、物体の像を形成する。
物体から到達するビームのゼロ次のＸ線に、物体構造
によって回折された次数のビームに対して90゜の位相シ
フトを与えるのが特に有利であることが判明した。この
操作は簡単に行うことができる、それというのもゼロ次
のビームはＸ線対物レンズのフーリエ平面において中心
の円板を照明するからである。そのために適当な、位相
シフト素子の構成は、特許請求の範囲第３項及び第４項
に記載されている。
によって回折された次数のビームに対して90゜の位相シ
フトを与えるのが特に有利であることが判明した。この
操作は簡単に行うことができる、それというのもゼロ次
のビームはＸ線対物レンズのフーリエ平面において中心
の円板を照明するからである。そのために適当な、位相
シフト素子の構成は、特許請求の範囲第３項及び第４項
に記載されている。
本発明は、１つの素子の屈折率ｎはＸ線範囲内におい
ては２つの異なって作用する数量から構成されるという
認識から出発する、このことは概略的には式;n＝１−δ
−ｉβによって表すことができる。この場合、数量βは
吸収量を表し、該吸収量はＸ線の波長λが短くなると小
さくなる。数量δは透過するＸ線に与える位相シフトに
とって極めて重要である。数量δは一般に波長との関係
においては極めて緩慢に変動する。従って、この理由か
ら物体による位相シフトを利用すると画像におけるコン
トラストの明らかな改良を達成することができる。
ては２つの異なって作用する数量から構成されるという
認識から出発する、このことは概略的には式;n＝１−δ
−ｉβによって表すことができる。この場合、数量βは
吸収量を表し、該吸収量はＸ線の波長λが短くなると小
さくなる。数量δは透過するＸ線に与える位相シフトに
とって極めて重要である。数量δは一般に波長との関係
においては極めて緩慢に変動する。従って、この理由か
ら物体による位相シフトを利用すると画像におけるコン
トラストの明らかな改良を達成することができる。
特に物体の線負荷が小さくても、そのコントラスト画
像がより高い線負荷で振幅コントラストを利用する場合
よりも悪くない画像が形成される。
像がより高い線負荷で振幅コントラストを利用する場合
よりも悪くない画像が形成される。
前記考察からも、本発明によるＸ線顕微鏡の一層著し
い利点が生じる。数量δが波長λに関しては僅かにしか
変化しないので、位相シフトを利用するとＸ線の波長範
囲を、吸収が少ない、即ちβが小さいことに基づき、画
像内で達成可能なコントラストが小さいためにＸ線顕微
鏡を従来は有効に使用できなかった、短い方の波長に向
かって移行させることができる。
い利点が生じる。数量δが波長λに関しては僅かにしか
変化しないので、位相シフトを利用するとＸ線の波長範
囲を、吸収が少ない、即ちβが小さいことに基づき、画
像内で達成可能なコントラストが小さいためにＸ線顕微
鏡を従来は有効に使用できなかった、短い方の波長に向
かって移行させることができる。
場合によっては、ゼロ次のＸ線ではなく、物体によっ
て回折された高い、次数のビームの位相をシフトさせる
ことも可能である。これらの次数はＸ線対物レンズにフ
ーリエ平面にリングを形成する、従って位相シフト素子
は特許請求の範囲第５項記載に基づき構成することがで
きる。
て回折された高い、次数のビームの位相をシフトさせる
ことも可能である。これらの次数はＸ線対物レンズにフ
ーリエ平面にリングを形成する、従って位相シフト素子
は特許請求の範囲第５項記載に基づき構成することがで
きる。
Ｘ線範囲内の屈折率ｎに関する方程式、即ちｎ＝１−
δ−ｉβが示すように、位相シフトとは常に又吸収作用
が結び付いている。このことは勿論本発明によるＸ線顕
微鏡で使用される素子についても当て嵌まる。従って、
物体から到達する、画像面で干渉する次数のビームの強
度を相互に補償することが必要になることもある。この
ために、位相シフト素子の位相シフト作用と吸収作用と
をＸ線対物レンズのフーリエ平面内の種々の相応する面
に分布させるのが有利である。この場合、これらの相応
する面を透過するビームは、相互に無関係に位相及び振
幅において、しかも画像面内で干渉する次数のビームの
強度が相互に補償されるように影響せしめられる。
δ−ｉβが示すように、位相シフトとは常に又吸収作用
が結び付いている。このことは勿論本発明によるＸ線顕
微鏡で使用される素子についても当て嵌まる。従って、
物体から到達する、画像面で干渉する次数のビームの強
度を相互に補償することが必要になることもある。この
ために、位相シフト素子の位相シフト作用と吸収作用と
をＸ線対物レンズのフーリエ平面内の種々の相応する面
に分布させるのが有利である。この場合、これらの相応
する面を透過するビームは、相互に無関係に位相及び振
幅において、しかも画像面内で干渉する次数のビームの
強度が相互に補償されるように影響せしめられる。
実施例 次に、第１図〜第４図に示した実施例により本発明を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図には、Ｘ線源から到達するビームが１で示され
ている。Ｘ線源としては、例えばシンクロトロン又はそ
の他の、シュマール（Schmal）及びルドロフ（Rudolp
h）著、“Ｘ−Ray Mikroscopiy"、スプリンガー出版社
（1984）の第１部に記載されたＸ線源を使用することが
できる。
ている。Ｘ線源としては、例えばシンクロトロン又はそ
の他の、シュマール（Schmal）及びルドロフ（Rudolp
h）著、“Ｘ−Ray Mikroscopiy"、スプリンガー出版社
（1984）の第１部に記載されたＸ線源を使用することが
できる。
Ｘ線ビームはＸ線コンデンサ２を透過しかつ該コンデ
ンサによって、中心絞り４に配置された観察すべき物体
３に導かれる。物体３によって回折されたＸ線ビーム
は、高解像力対物レンズ５を透過しかつ該対物レンズに
よって画像面６に結像される。
ンサによって、中心絞り４に配置された観察すべき物体
３に導かれる。物体３によって回折されたＸ線ビーム
は、高解像力対物レンズ５を透過しかつ該対物レンズに
よって画像面６に結像される。
７で対物レンズ５のフーリエ平面が示されており、該
面内で物体３を透過するビームの調和のとれたフーリエ
成分への分解が行われる。画像面６で、この分布はフー
リエ逆変換によって実像として再生される。
面内で物体３を透過するビームの調和のとれたフーリエ
成分への分解が行われる。画像面６で、この分布はフー
リエ逆変換によって実像として再生される。
結像する素子２及び５としては、例えば第２図に示さ
れているようなゾーンプレートを使用するのが有利であ
る。このゾーンプレートは、例えばポリイミドから成
る、極めて薄い支持体シートに施された多数のリングか
ら成る。該リングはたいてい金又はクロムから成ってお
りかつ約0.1μｍの小さい層厚さを有する。該リングは
線密度が半径方向で上昇した円形格子を形成する。
れているようなゾーンプレートを使用するのが有利であ
る。このゾーンプレートは、例えばポリイミドから成
る、極めて薄い支持体シートに施された多数のリングか
ら成る。該リングはたいてい金又はクロムから成ってお
りかつ約0.1μｍの小さい層厚さを有する。該リングは
線密度が半径方向で上昇した円形格子を形成する。
対物レンズ５のフーリエ平面７内に、位相シフト及び
／又は吸収素子８が配置されている。該素子は、第３図
から明らかなように、リング10内に包括された薄い支持
体シート９から成り、かつ該シート上に、中央円板11の
形の、位相シフト材料、例えばクロムから成る薄い層が
施されている。
／又は吸収素子８が配置されている。該素子は、第３図
から明らかなように、リング10内に包括された薄い支持
体シート９から成り、かつ該シート上に、中央円板11の
形の、位相シフト材料、例えばクロムから成る薄い層が
施されている。
第１図から明らかなように、中央円板11は物体３から
到達するゼロ次のＸ線が透過する。この際に、このビー
ムは物体構造によって回折された次数に対して90゜位相
がシフトせしめられる。画像面６内に、位相シフトした
ビームと影響を受けなかったビームとの間の干渉が発生
しかつそれに伴いコントラストに富んだ、拡大された、
物体３の画像が生じ、該画像は例えば直接的に感光性層
に固定することができる。
到達するゼロ次のＸ線が透過する。この際に、このビー
ムは物体構造によって回折された次数に対して90゜位相
がシフトせしめられる。画像面６内に、位相シフトした
ビームと影響を受けなかったビームとの間の干渉が発生
しかつそれに伴いコントラストに富んだ、拡大された、
物体３の画像が生じ、該画像は例えば直接的に感光性層
に固定することができる。
例えば波長λ＝4.5nmのＸ線ビームを使用しかつ素子
８の中央円板11が厚さ0.09μｍのクロム層から成ってい
る場合には、水中で厚さ10nmの蛋白質構造は第１図のＸ
線顕微鏡で、振幅コントラストにおいて従来普通の結像
よりも約20倍良好なコントラストをもたらす。
８の中央円板11が厚さ0.09μｍのクロム層から成ってい
る場合には、水中で厚さ10nmの蛋白質構造は第１図のＸ
線顕微鏡で、振幅コントラストにおいて従来普通の結像
よりも約20倍良好なコントラストをもたらす。
第４図は、位相シフト及び／又は吸収にために利用さ
れる素子８の１実施例を示し、この場合には支持体シー
ト９上に相応する材料、例えばクロムから成るリング12
が設けられている。このリングは物体によって回折され
た高次数のビームに位相シフトを与える。どの次数が影
響されるべきかは、リング12の直径及び幅によって決ま
る。
れる素子８の１実施例を示し、この場合には支持体シー
ト９上に相応する材料、例えばクロムから成るリング12
が設けられている。このリングは物体によって回折され
た高次数のビームに位相シフトを与える。どの次数が影
響されるべきかは、リング12の直径及び幅によって決ま
る。
第１図は本発明によるＸ線顕微鏡の原理的構造の１実施
例を示す略示構成図、第２図は結像素子として使用され
るゾーンプレートの平面図、第３図は第１図の顕微鏡に
組み込まれた素子の平面図及び第４図は位相シフト素子
の別の実施例の平面図である。 ３……物体、５……Ｘ線対物レンズ、７……フーリエ平
面、８……位相シフト及び／又は吸収素子、９……支持
体シート、11……中央円板、12……リング状層
例を示す略示構成図、第２図は結像素子として使用され
るゾーンプレートの平面図、第３図は第１図の顕微鏡に
組み込まれた素子の平面図及び第４図は位相シフト素子
の別の実施例の平面図である。 ３……物体、５……Ｘ線対物レンズ、７……フーリエ平
面、８……位相シフト及び／又は吸収素子、９……支持
体シート、11……中央円板、12……リング状層
Claims (4)
- 【請求項１】物体をコンデンサを介して準単色Ｘ線でコ
ヒーレント又は部分コヒーレント照射しかつゾーンプレ
ートとして構成された高解像力のＸ線対物レンズを用い
て拡大して結像面に結像させるＸ線顕微鏡において、Ｘ
線対物レンズ（５）のフーリエ平面（７）内に、物体
（３）によって回折された、ゼロ次又は予め選択した別
の次数のビームが当たる面領域全体に亙って延びかつ透
過するビームに位相シフトを与える素子（８）が配置さ
れており、かつ該素子（８）が付加的に異なった次数の
強度を補償するために吸収作用を有し、その際吸収作用
を有する領域と、位相シフト作用を有する領域とがＸ線
対物レンズ（５）のフーリエ平面（７）内の異なった面
に分配されていることを特徴とするＸ線顕微鏡。 - 【請求項２】素子（８）が、支持体シート（９）に施さ
れた層（11;12）からなる、特許請求の範囲第１項記載
のＸ線顕微鏡。 - 【請求項３】支持体シート（９）に施された層（11）
が、ゼロ次の透過するＸ線ビームが90゜の位相シフトを
受けるような厚さの中央円板の形を有する、特許請求の
範囲第１項記載のＸ線顕微鏡。 - 【請求項４】支持体シートに施された層（11）がＸ線波
長λ＝4.5nmで厚さ0.09μｍのクロム層から成る、特許
請求の範囲第３項記載のＸ線顕微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19863642457 DE3642457A1 (de) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | Roentgen-mikroskop |
| DE3642457.9 | 1986-12-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63163300A JPS63163300A (ja) | 1988-07-06 |
| JPH0814640B2 true JPH0814640B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=6316038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62308806A Expired - Fee Related JPH0814640B2 (ja) | 1986-12-12 | 1987-12-08 | Ｘ線顕微鏡 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4870674A (ja) |
| EP (1) | EP0270968B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0814640B2 (ja) |
| DE (2) | DE3642457A1 (ja) |
| DK (1) | DK174016B1 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH678663A5 (ja) * | 1988-06-09 | 1991-10-15 | Zeiss Carl Fa | |
| US5199057A (en) * | 1989-08-09 | 1993-03-30 | Nikon Corporation | Image formation-type soft X-ray microscopic apparatus |
| JP2775949B2 (ja) * | 1990-01-10 | 1998-07-16 | 株式会社ニコン | Ｘ線光学素子保持枠 |
| US5022061A (en) * | 1990-04-30 | 1991-06-04 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | An image focusing means by using an opaque object to diffract x-rays |
| US5204887A (en) * | 1990-06-01 | 1993-04-20 | Canon Kabushiki Kaisha | X-ray microscope |
| DE4027285A1 (de) * | 1990-08-29 | 1992-03-05 | Zeiss Carl Fa | Roentgenmikroskop |
| US5432607A (en) * | 1993-02-22 | 1995-07-11 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for inspecting patterned thin films using diffracted beam ellipsometry |
| US5432349A (en) * | 1993-03-15 | 1995-07-11 | The United State Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fourier transform microscope for x-ray and/or gamma-ray imaging |
| JP3703483B2 (ja) * | 1993-09-15 | 2005-10-05 | カール−ツァイス−スチフツング | 位相コントラスト−ｘ線顕微鏡 |
| JP3741411B2 (ja) * | 1999-10-01 | 2006-02-01 | 株式会社リガク | Ｘ線集光装置及びｘ線装置 |
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| CN102365052B (zh) * | 2009-03-27 | 2015-05-13 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 利用圆形光栅进行差分相衬成像 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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