JPH0862398A - Ｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】真空度の低下などの異常事態の際にも検出器の
破損及び劣化を防止することが出来る高電圧遮断保護装
置付きのＸ線二次元検出器を提供する。 【構成】真空容器８内に、試料のＸ線像を光電変換・電
子増倍するマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１
１，１２および電子像を可視光に変換する蛍光面１３が
接地される。ＭＣＰ出射側１２と、ＭＣＰ入射側１１お
よび蛍光面１３との間に高電圧が印加される。一方、真
空容器８内の真空度は真空度計１６により検知され、切
換手段（スイッチング回路）制御系１７が真空度低下を
検出したら直ちに、ＭＣＰ入射側１１および蛍光面１３
に印加されている高電圧を接地レベルに落とす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線顕微鏡やＸ線分析
装置等に用いられる二次元Ｘ線検出器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】軟Ｘ線の波長は0.1nm 〜30nmであり、可
視光の波長（380nm 〜770nm 程度）に比べ短くまた物質
の透過力が高いという特徴をもっている。この軟Ｘ線を
顕微鏡や分析装置等のＸ線装置に用いることにより、従
来よりも高い分解能で物質の内部構造が観察できるなど
の大きな特徴を生み出す。しかしながら、軟Ｘ線の波長
が可視光よりも短いために反射面の形状精度も非常に高
いものが要求される。近年、超微細加工技術の発展と共
にＸ線用の反射鏡に使用できるような形状精度の高い光
学素子の製作が可能となり、Ｘ線顕微鏡や分析装置など
への応用が行われるようになってきた。

【０００３】Ｘ線顕微鏡や分析装置等のＸ線像を検出す
る手段として、Ｘ線像を光電変換面によって二次電子像
に変換し、その電子像を検出することによりＸ線の二次
電子像を得る方法が行われてきている。

【０００４】以下に、マイクロチャンネルプレート（以
下、ＭＣＰという）の動作原理、及びＸ線二次元検出器
を用いたＸ線顕微鏡の従来例を説明する。

【０００５】図４はＭＣＰの概略構成を示した図であ
る。ＭＣＰは図４のように内壁を抵抗体とした数十μm
の内径をもった細い硝子パイプ（チャンネル）５１を多
数束ねた二次元構造をしている。

【０００６】図５は、ＭＣＰの動作原理を示すために１
つのチャンネル５１を示した図である。チャンネル５１
の内壁にはＸ線を二次電子に変換する光電変換面として
ＣｓＩ等５２がコーティングされている。ＭＣＰに入射
したＸ線５３はチャンネル５１内の光電変換面により二
次電子５４に変換され放出される。放出された二次電子
はＭＣＰ両端５５間に印加された高電圧による電位差に
より加速され、チャンネル内の内壁に衝突して再び二次
電子を放出する。これを繰り返すことによって、ＭＣＰ
のチャンネル５１はそれぞれ独立した二次電子増倍器を
形成している。この過程がチャンネル内の内壁で多数繰
り返される結果、出力側より多数の電子５６が増倍され
て放出されることになる。増倍された二次電子像は、二
次電子を可視光に変換する蛍光面やマルチアノード等に
よって検出される。

【０００７】図６に、従来の二次元Ｘ線検出器を用いた
Ｘ線顕微鏡の概略構成図を示した。図６のように、この
Ｘ線顕微鏡は、Ｘ線発生器１を、他の構成部である照明
光学系２、試料容器３、拡大光学系４、Ｘ線二次元検出
器５とは別の副真空容器７内に収納した構成となってい
る。主真空容器８はＸ線の大気での吸収を防ぐために排
気装置１０によって真空排気されている。このような構
成では、Ｘ線透過窓を持った真空分離膜５０によって主
真空容器８と副真空容器７は分離されているので、Ｘ線
発生器１を収納する副真空容器７内は、排気装置９によ
り、他に比べて真空度を低くすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＭＣＰ等の高電圧を印
加して利用する検出器では、動作中は比較的高い真空度
が要求される。それは、これらの検出器を低真空中で動
作させ高電圧を印加すると、放電が起こり検出器の破損
または劣化の原因となるからである。

【０００９】しかし、従来の構成のＸ線顕微鏡において
は、検出器の高電圧印加部分を高真空にしておいたとし
ても、真空分離膜が機械的衝撃などの理由で破損した
り、真空シーケンスの故障及び人為的操作ミスなどの予
期せぬ真空容器内の真空度の低下等の事態が生じた際
に、真空容器内の真空度が一気に低下してしまう。真空
度の低下によって、検出器には高電圧が印加されている
ので、放電が起こりＭＣＰのチャンネル及び放射線像拡
大観察装置の光電変換膜及び蛍光面などが破損してしま
う。幸い破損に至らなかったとしても検出器の寿命は確
実に短くなる。チャンネル、光電変換膜、蛍光面等は非
常に高価で交換の手順も煩わしい。

【００１０】また、真空度低下の異常事態の際に検出器
に印加している高電圧をＯＦＦしたとしても、チャンネ
ル、光電変換面、蛍光面等に印加されている高電圧は直
ちにグランドレベルまで下がるわけではない。そのた
め、残った高電圧による放電により、ＭＣＰのチャンネ
ル、光電変換膜、蛍光面等の破損または劣化を抑えるこ
とが出来ない。

【００１１】そこで本発明では上記問題点を解決し、真
空度の低下などの異常事態の際にも検出器の破損及び劣
化を防止することが出来る高電圧遮断保護装置付きのＸ
線二次元検出器を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明によるＸ線検出器は、少なくとも、入射す
るＸ線像を二次電子像に変換する光電変換手段と、この
二次電子像を検出する検出手段とを真空容器内に設置
し、前記光電変換手段と前記検出手段との間に二次電子
を加速するための高電圧を印加するＸ線検出器におい
て、前記真空容器内の真空度をモニターする真空計と、
前記高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発
生手段により前記光電変換手段と前記検出手段との間に
印加される高電位差を低下させる切替手段と、前記真空
計の真空度が予め定めた真空度まで低下したとき、前記
切替手段に対して前記高電位差を低下させることを指示
する切替信号を出力する制御手段と、を備えたことを特
徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によれば、Ｘ線二次元像を得るために高
真空雰囲気中で高電圧を印加して使用するＭＣＰ、放射
線像拡大観察装置等の二次元Ｘ線検出器を用いていると
きに、真空分離膜が機械的衝撃などの理由で破損した
り、真空シーケンスの間違い及び人為的操作ミスなどの
予期せぬ真空容器内の真空度の低下等の事態が生じたと
きにも、真空容器内の真空度の劣化をモニターする真空
計からの信号により、高電圧印加部分に接続された切替
手段（スイッチング回路）が動作し、この切替手段によ
って高電圧印加部分の高電圧をカットすると同時に高電
圧印加部分を低電位、例えばグランドレベルに接続す
る。そのために、Ｘ線二次元検出器の高電圧は直ちに低
（０）レベルに落ちることとなり、真空度の低下が起こ
っても光電変換面、ＭＣＰ、蛍光面等の破損及び劣化を
防ぐことが出来る。

【００１４】

【実施例】以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。

【００１５】＜第１の実施例＞図１はＸ線顕微鏡の二次
元検出器にＭＣＰを用いた場合の本発明の第１の実施例
である。本実施例のＸ線顕微鏡では、真空分離膜５０に
より、照明鏡２、試料容器３、対物鏡４、Ｘ線二次元検
出器であるＭＣＰ１１，１２、蛍光面１３を設置する主
真空槽８と、Ｘ線発生器１用の副真空槽７とに分離され
ている。Ｘ線発生器１用の副真空槽７内はＸ線発生器１
からのデブリ等を防ぐために排気系９により低真空にさ
れまたはＨｅ等により置換されている。主真空槽８は、
Ｘ線の大気またはＨｅガスなどの吸収による減衰を防ぐ
ため、およびＭＣＰの低真空時での放電による破損及び
劣化を防ぐために排気系１０により高真空に真空排気さ
れている。

【００１６】Ｘ線二次元検出器を構成するＭＣＰのチャ
ンネルのＸ線入射側１１及び蛍光面１３は、検出器動作
中は高電圧源１８内のスイッチング回路のスイッチ１
９、スイッチ２０がそれぞれ端子２１、端子２４に接続
され、高電圧電源２５、２６によりそれぞれ−２ｋＶ、
＋４ｋＶの高電圧が印加されている。またＭＣＰのチャ
ンネルの出射側１２はグランドに接続されている。ＭＣ
Ｐに入射したＸ線はチャンネル内の光電変換膜にぶつか
った後、電子に変換される。ＭＣＰ入射側１１とＭＣＰ
出射側１２との電位差により電子はチャンネル内で増倍
される。さらにＭＣＰ出射側１２と蛍光面１３間の電位
差により、増倍された電子は蛍光面１３に衝突し電子か
ら可視光へと変換される。可視光に変換されたＸ線二次
元像は真空槽窓１４を介してＣＣＤカメラ等の可視光用
の撮像装置１５等の可視光検出器により画像データとし
て取り込まれ、モニター６上に写し出される。

【００１７】ＭＣＰに高電圧を印加し、Ｘ線顕微鏡によ
る撮像を行っている最中に、真空分離膜５０の機械的衝
撃または経時疲労等による破損、或いは真空シーケンス
の故障、人為的ミス等による真空槽内の真空度の低下が
起こると、主真空槽８内の真空度を常にモニターしてい
る真空計１６が真空度の低下（例えば、予め定めた閾値
に達したこと）を直ちに検出し、切換手段（スイッチン
グ回路）制御系１７から高電圧電源１８にスイッチ切替
信号１７ａが送られ、スイッチ１９、スイッチ２０は同
時に、グランドレベルにつながった端子２２、端子２３
に接続される。そのため、ＭＣＰのＸ線入射側１１およ
び蛍光面１３に印加されていた高電圧は直ちに０レベル
となり、低真空時に高電圧をかけている際に発生する放
電を防ぐことができ、ひいてはＭＣＰのチャンネル及び
蛍光面の放電による破損または劣化を未然に防ぐことが
可能となる。

【００１８】＜第２の実施例＞図２は、Ｘ線顕微鏡の二
次元検出器として放射線拡大観察装置を用いた場合の本
発明の第２の実施例を示す。図１と同様の構成要素には
同様の参照番号が付してある。

【００１９】Ｘ線二次元検出器である放射線拡大観察装
置は、光電変換面２７、ＭＣＰ１１、１２、蛍光面１３
及び電子レンズ２８によって構成されている。本実施例
のＸ線顕微鏡も、第１の実施例と同様の構成で、真空分
離膜５０により、照明鏡２、試料容器３、対物鏡４、放
射線像拡大観察装置を配置した主真空槽８と、Ｘ線発生
器１用の副真空槽７とに分離されている。Ｘ線発生器１
用の副真空槽７内は、Ｘ線発生器１からのデブリ等を防
ぐために排気系９により低真空にされまたはＨｅ等によ
り置換されている。主真空槽８は、Ｘ線の大気またはＨ
ｅガスなどの吸収による減衰を防ぐためおよびＸ線二次
元検出器である放射線拡大観察装置の低真空での放電に
よる破損及び劣化を防ぐために、排気系１０により高真
空に真空排気されている。

【００２０】放射線像拡大観察装置の光電変換面２７、
ＭＣＰ入射側１１、及び蛍光面１３は、それぞれ高電圧
電源１８内のスイッチ２９、スイッチ３０、スイッチ３
１を介して、端子３３、端子３４、端子３７に接続さ
れ、高電圧電源３８、３９、４０によりそれぞれ−８ｋ
Ｖ、−２ｋＶ、＋５ｋＶの高電圧が印加されている。ま
た、ＭＣＰの出射側１２はグランドに接続されている。
放射線像拡大観察装置の光電変換面２７に入射したＸ線
二次元像は光電変換面２７により電子に変換される。光
電変換面２７とＭＣＰ入射側１１の間の電位差により二
次電子像は加速され、同時に電子レンズ２８によって二
次元電子像は拡大され、ＭＣＰ入射側１１に入射する。
ＭＣＰ内に入射した電子は第１の実施例と同様に増倍さ
れ、ＭＣＰ出射側１２と蛍光面１３間の電位差により蛍
光面１３に二次電子拡大像を形成する。蛍光面１３に入
射した二次電子拡大像は蛍光面１３により可視光に変換
され、その可視光像は真空槽窓１４を介してＣＣＤなど
の可視光検出器１５により検出し画像データをモニター
６上に写し出す。

【００２１】放射線像拡大観察装置に高電圧を印加しＸ
線顕微鏡による撮像を行っている最中に、真空分離膜５
０の機械的衝撃または経時疲労等により真空分離膜が破
損したり、或いは真空シーケンスの故障、人為的ミス等
により真空槽内の高真空が破られると、主真空槽８内の
真空度を常にモニターしている真空計１６が真空度の低
下を直ちに検出し、切換手段（スイッチング回路）制御
系１７から高電圧電源１８にスイッチ切替信号１７ａが
送られ、スイッチ２９、スイッチ３０、スイッチ３１は
同時にグランドレベルの接続端子３２、３５、３６にそ
れぞれ接続される。そのため、放射線像拡大観察装置の
光電変換面２７、ＭＣＰのＸ線入射側１１および蛍光面
１３に印加されていた高電圧は直ちに０レベルとなり、
低真空時に高電圧をかけている際に発生する放電を防ぐ
ことができ、ひいては放射線像拡大観察装置の光電変換
面２７、ＭＣＰのチャンネル及び蛍光面１３の放電によ
る破損または劣化を未然に防ぐことが可能となる。

【００２２】＜第３の実施例＞図３は、Ｘ線の二次元拡
大投影像の検出器としてＭＣＰを用いた場合の本発明の
第３の実施例の概略図を示したものである。図１、２に
示した構成要素と同様の構成要素には同じ参照番号を付
してある。

【００２３】この実施例では、第１の実施例、第２の実
施例で用いているＸ線の波長よりも空気中の透過率が高
いＸ線を使用することにより、Ｘ線源１を空気中に配置
することを可能にしている。放射線二次元検出器を構成
するＭＣＰは、低真空時の放電による破損及び劣化を防
止するために、真空槽８内に配置されている。Ｘ線源１
の直後に配置された試料３の投影拡大像は真空分離窓５
０を介して真空槽８内のＭＣＰに入射される。動作中の
ＭＣＰのＸ線入射側１１、Ｘ線出射側１２には高電圧電
源内の−６ｋＶの高電圧４７を抵抗４８、抵抗４９によ
り分圧しそれぞれ−４ｋＶ、−２ｋＶの高電圧を印加し
ている。ＭＣＰに入射したＸ線二次元像は第１の実施例
と同様の過程を経て蛍光面１３から可視光の二次元像が
得られる。

【００２４】ＭＣＰに高電圧を印加しＸ線顕微鏡による
撮像を行っている最中に、真空分離膜５０の機械的衝撃
または経時疲労等により真空分離膜が破損したり、或い
は真空シーケンスの故障、人為的ミス等により真空槽内
の高真空が破られると、真空槽８内の真空度を常にモニ
ターしている真空計１６が真空度の低下を直ちに検出
し、切換手段（スイッチング回路）制御系１７から高電
圧電源１８にスイッチ切替信号１７ａが送られる。

【００２５】本実施例では、ＭＣＰの入射側１１、出射
側１２は抵抗４８、抵抗４９を介してグランドレベルに
接続されているので、スイッチ４１をＯＦＦにする（開
放状態にする）だけでも高電圧は徐々にグランドレベル
へと落ちる。しかし、抵抗４８、抵抗４９の抵抗値が２
ＭΩ、４ＭΩと大きいために、時定数も非常に大きく印
加高電圧が０レベルに落ちるまで時間がかかり、真空槽
８内の真空度の低下の速度に間に合わない。そこで、ス
イッチ４１、スイッチ４２は同時にグランドレベルの端
子４３、端子４６に、抵抗を介さずに接続する。そのた
め、ＭＣＰのＸ線入射側１１およびＭＣＰ出射側１２に
印加されていた高電圧は直ちに０レベルとなる。その結
果、低真空時に高電圧をかけている際には発生する放電
を防ぐことができ、ひいてはＭＣＰのチャンネル及び蛍
光面１３の放電による破損または劣化を未然に防ぐこと
が可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の高電圧遮断
保護装置付きＸ線二次元検出器を用いることにより、Ｘ
線二次元検出器動作中の高電圧を印加している状態の時
でも、、真空分離膜の機械的衝撃或いは経時疲労等によ
り真空分離膜が破損したり、或いは真空シーケンスの故
障、人為的ミス等により真空槽内の高真空が破られ、主
真空槽内の真空が劣化しＸ線二次元検出器が低真空中に
さらされたとしても、そのＸ線二次元検出器の放電によ
る破損または劣化や寿命の低下等を防ぐことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図

【図２】本発明の第２の実施例を示すブロック図

【図３】本発明の第３の実施例を示すブロック図

【図４】従来の二次元検出器であるＭＣＰの概観を示す
一部切欠き斜視図

【図５】従来の二次元検出器であるＭＣＰの動作原理を
示す説明図

【図６】従来のＸ線顕微鏡の概観を示すブロック図

【符号の説明】

１・・・Ｘ線発生源 ２・・・照明光学系 ３・・・試料容器 ４・・・拡大光学系 ５・・・Ｘ線二次元検出器 ６・・・モニター ７・・・副真空槽 ７ａ・・・スイッチ切替信号 ８・・・主真空槽 ９・・・副真空槽真空排気系 １０・・・主真空槽真空排気系 １１・・・ＭＣＰ入射側 １２・・・ＭＣＰ出射側 １３・・・蛍光面 １４・・・真空槽窓 １５・・・二次元可視光検出器 １６・・・真空計 １７・・・切換手段（スイッチング回路）制御系 １８・・・高電圧電源部 １９、２０・・・スイッチ ２１、２２、２３、２４・・・端子 ２５・・・高電圧電源（−２ｋＶ） ２６・・・高電圧電源（＋４ｋＶ） ２７・・・光電変換面 ２８・・・電子レンズ ２９、３０、３１・・・スイッチ ３２、３３、３４、３５、３６、３７・・・端子 ３８・・・高電圧電源（−８ｋＶ） ３９・・・高電圧電源（−２ｋＶ） ４０・・・高電圧電源（＋５ｋＶ） ４１、４２・・・スイッチ ４３、４４、４５、４６・・・端子 ４７・・・高電圧電源（−６ｋＶ） ４８・・・抵抗（２ＭΩ） ４９・・・抵抗（４ＭΩ） ５０・・・真空分離膜 ５１・・・ＭＣＰのチャンネル ５２・・・光電変換膜 ５３・・・入射Ｘ線 ５４・・・二次電子 ５５・・・高電位差をもったＭＣＰチャンネルの両端 ５６・・・増倍された出射二次電子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 洋行 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、入射するＸ線像を二次電子像
   に変換する光電変換手段と、この二次電子像を検出する
   検出手段とを真空容器内に設置し、前記光電変換手段と
   前記検出手段との間に二次電子を加速するための高電圧
   を印加するＸ線検出器において、 前記真空容器内の真空度をモニターする真空計と、 前記高電圧を発生する高電圧発生手段と、 前記高電圧発生手段により前記光電変換手段と前記検出
   手段との間に印加される高電位差を低下させる切替手段
   と、 前記真空計の真空度が予め定めた真空度まで低下したと
   き、前記切替手段に対して前記高電位差を低下させるこ
   とを指示する切替信号を出力する制御手段と、 を備えたことを特徴とするＸ線検出器。
2. 【請求項２】前記光電変換手段は、Ｘ線像を受けて光電
   変換および電子増倍を行なうマイクロチャンネルプレー
   トを含むことを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
3. 【請求項３】前記光電変換手段は、Ｘ線像を受けて電子
   像に変換する光電変換面と、この光電変換面の電子像を
   拡大する電子レンズと、この拡大された電子像を増倍す
   るマイクロチャンネルプレートとにより構成されること
   を特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
4. 【請求項４】前記二次電子像を検出する検出手段は、電
   子像を可視像に変換する蛍光面により構成されることを
   特徴とする請求項１、２または３記載のＸ線検出器。
5. 【請求項５】前記切替手段は、前記高電圧発生手段によ
   り発生された高電圧が印加される端子を接地側へ切替る
   切替スイッチを有することを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載のＸ線検出器。